现代微分导论1-2 (1)

现代微分析技术

教材：《电子材料现代分析概论》许恒生

课程简介

物质分析分元素分析、结构分析和显微分析等层次

元素分析是认识物质的基础，但它不知道元素的存在形式（有些元素还不能保证测出），在百余种元素中，分别按不同键合形式可结合成几十万到上百万种物质如何结合聚集的结构分析是决定物结合成几十万到上百万种物质。如何结合聚集的结构分析是决定物质性质、探索合成制备工艺的关键。

结构分析包括结合键、原子排列方式和组织几个层次

通常, 强相互作用形成的无机、金属、矿物、微电子和各种工

射线衍射电镜等仪器进行分析；

业材料的结构和组织偏重用X射线衍射、电镜等仪器进行分析；弱相互作用的有机、高分子和生化医药等分子结构偏重用红外、质谱、色谱、核磁等仪器分析。当然具体问题具体对待，也不尽然。

各学科专业以不同的角度、层次、范围出发研究物质世界，都要涉及

物质的微观组成、结构及其与物质的性质、演变机理的关系研究。现

代分析仪器的使用联系着各类人才的培养、各学科的科研工作，也联

系着经济建设中需要理化检验支持的各个领域

系着经济建设中需要理化检验支持的各个领域。

主要教学内容安排（32学时）：

1.光谱分析篇6学时

2.X-射线分析篇10学时

子微分析学

3.电子显微分析8学时

4.表面分析8学时

要求掌握：

分析测试的原理、仪器的基本组成、主要技术指标、应用

考核方式：

考试70%+（到课+作业) 30%

•参考书：

•1．材料结构分析基础余昆主编科学出版社，2000

• 2.材料分析测试方法，王成国等编著上海交通大学出版社, 1994

• 3. 材料近代分析测试方法，常铁军，祁欣主编哈工大出版社, 1999 3材料近代分析测试方法常铁军祁欣主编 1999

现代分析仪器的种类及理化性质：

分类特征性质及仪器方法

光谱分析发射、吸收、ICP

结构分析X射线衍射、红外、电子衍射

X-

显微分析SEM、TEM、AFM

表面分析AES、XPS、SIMS

一、光谱分析篇

光谱分析篇

第一章光谱分析基础

concepts of optical analysis

第二章原子吸收光谱分析

第章

atom absoption spectrum

第三章红外光谱分析技术

infrared spectrum

光谱分析法及其特点

光谱分析法：利用物质发射的光而判断物质化学成分和含量的一门技术基本原理：由于物质的组成不同，一定条件下物质能发射其特征的光谱相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射

相互作用方式发射吸收反射折射散射干涉衍射

物质发射的光谱类型：

线状光谱：原子或离子激发发射

带状光谱：分子激发发射

带状光谱

连续光谱：炽热的固体或液体发射

特点：检出限低、速度快、分析元素全

（例如铌和钽、锆和鉿、稀土元素等，利用化学分析比较困难）

（例如铌和钽锆和鉿稀土元素等利用化学分析比较困难）

光谱分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可区代的地位！但是不能示出物质的晶体结构(局限)！

式中,m j 是总的磁量子数。m j =-j 、-j +1、…、j -1、j ．如果j =+1/2共(2l +2)个取值如果j l 1/2m 共2l 个取值

l +1/2,m j 共(2l +2)个取值；如果j =l -1/2,m j 共2l 个取值。自旋和轨道磁矩相互作用的能量

电子绕核运动而产生的磁矩称轨道磁矩μl ,电子绕自身轴转动产生的磁矩称自旋磁矩μs 。电子的轨道磁矩与它本身的自旋磁矩之间相互作用的结果导致L l 和L s 绕着L j 作进动,这个进动的能量用ΔE 表示。计算表明,ΔE 与j 、l 、n 都有关系当0当0都有关系。当j =l +1/2时,ΔE >0；当j =l -1/2时,ΔE <0。4. 电子能级

由上所述,价电子处在一系列分立的能量状态中,这便是所谓的电子能级。在没有外磁场的情况下, 电子能级表示为

)

,,(,l n j E E E l n Δ+=n 为主量子数,n = 1, 2, 3, …；l 为角量子数,l = 0、1、2、…、n -1,相应的各有其相应的轨道形状电子轨道依次被命名为s 、p 、d 、f 、…,各有其相应的轨道形状；电子的能量状态主要由它的主量子数和角量子数确定。能级依次用符号：12233表示1s 、2s 、2p 、3s 、3p 、3d 、…表示。当l=0L l =0,

没有轨道磁矩与自旋磁矩的相互作用问题ΔE =0。除s 之时,l ,没有轨矩与自旋矩的相作用问题,即除外的能级,都会因轨道磁矩与自旋磁矩的相互作用而分裂成2个能级。

5．电子状态的表示（能级符号与光谱项）电子能级通常使用光谱学符号表示,记做：

j

l n 2

其中“”代表角量子数表示“”的左上标“”即,l 代表角量子数,用s 、p 、d 、…表示；l 的左上标2即(2s+1),表示光谱项的多重性(可能分裂的能级数为2,即右下标“j ”内量子数l+s,..l-s),但要注意,s 能级是不会分裂的,这时的“2”不代表什么

n 1222333334444444电子定态

l 0

11011220112233j 1/21/21/23/21/21/23/23/25/21/21/23/23/25/25/27/2m j 个数

2

2

2

4

2

2

4

4

6

2

2

4

4

6

68光谱符号12s 1/222s 1/222p 1/222p 3/232s 1/232p 1/232p 3/232d 3/232d 5/242s 1/242p 1/242p 3/242d 3/242d 5/242f 5/242f 7/2支壳层

K L I

L II

L III

M I

M II

M III

M IV

M V

N I

II

N III

N IV

N V

N VI

N VII

主壳层可

容电281832

子数