儀器分析_張新榮_原子吸收光譜.ppt

第3章原子吸收光譜法AtomicAbsorptionSpectrometry(AAS),第一節(jié)概述原子吸收光譜法是一種基于待測(cè)基態(tài)原子對(duì)特征譜線的吸收而建立的分析方法。,1、原子吸收現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1802年Wollaston發(fā)現(xiàn)太陽光譜的暗線；,一、歷史這一方法的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：,1859年Kirchhoff和Bunson解釋了暗線產(chǎn)生的原因,暗線是由于大氣層中存在的元素的原子對(duì)太陽光選擇性吸收的結(jié)果：,基于原子吸收原理進(jìn)行儀器設(shè)計(jì)的思路,Whyaremolecularspectrausuallymeasuredinabsorption,andatomicspectrainemission?Thereisapparentlynogoodreasontodisregardtheabsorptionspectraofatoms.Whenacontinuumsourcewasused,aresolutionof2pm（0.002nm）wouldberequired.Themeasurementofatomicabsorptionhencerequireslineradiationsources.Thetaskofthemonochromatoristhenmerelytoseparatethelineusedformeasurementfromotherlinesemittedbythesource.,StatementsfromAlanWalsh:,SirAlanWalsh1916-1998,Walsh的論文“Applicationofatomicabsorptionspectrometrytoanalyticalchemistry”,2、空心陰極燈的發(fā)明,1955年Walsh發(fā)表的這一篇論文解決了原子吸收光譜的光源問題，隨后PE和Varian公司推出了原子吸收商品儀器。,DrawingbyWalshfromApril1952,3、電熱原子化技術(shù)的提出1959年里沃夫提出電熱原子化技術(shù)，大大提高了原子吸收的靈敏度,二、原子吸收光譜法的特點(diǎn),1、靈敏度高（火焰法：1ng/ml，石墨爐100-0.01pg)；2、精密度好（火焰法：RSD1%，石墨爐3-5%）3、選擇性高（可測(cè)元素達(dá)70個(gè)，相互干擾很?。┤秉c(diǎn)：不能進(jìn)行多元素同時(shí)分析,問題,原子吸收不適于定性分析的原因是測(cè)一個(gè)元素得換一個(gè)燈，那么，原子吸收譜線到底有多窄？能不能直接采用連續(xù)光源，通過分光，產(chǎn)生單色光進(jìn)行原子吸收分析？,第二節(jié)原子吸收光譜理論,一、原子吸收光譜的產(chǎn)生當(dāng)輻射光通過原子蒸汽時(shí)，若入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的能量，就可能被基態(tài)原子所吸收。,問題,原子吸收分析的前提是樣品在高溫下原子化，可是發(fā)射光譜一章中講到：在高溫下原子也會(huì)激發(fā)，那么在什么條件下才能保證原子化的同時(shí)，又保證原子處于基態(tài)？請(qǐng)給出你的理論分析。,當(dāng)在一定條件下達(dá)到熱平衡后，處在激發(fā)態(tài)和基態(tài)的原子數(shù)的比值遵循Boltzman分布：,Ni,N0激發(fā)態(tài)和基態(tài)原子數(shù)gi，g0激發(fā)態(tài)和基態(tài)統(tǒng)計(jì)權(quán)重KBoltzman常數(shù)T熱力學(xué)溫度Ei激發(fā)能,教材78頁列出某些元素共振線的Ni/No值,由此表數(shù)據(jù)可以看出：,TNi/No,T3000Ni/No10-3可以忽略因此，原子吸收測(cè)量通常在3000K以下進(jìn)行,1、自然寬度由于激發(fā)壽命原因，原子吸收線有一定自然寬度，約為10-5nm,2.Dopple變寬由于原子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的變寬,D=,若用M（原子量）代替m,則:,m=1.660510-24M,3、壓力變寬壓力變寬指壓力增大后，原子之間相互碰撞引起的變寬。分為：Lorentz變寬：指被測(cè)元素原子和其它粒子碰撞引起的變寬（5000，第一項(xiàng)起支配作用當(dāng)液體流量大，Qg/QL0.0X%)；,B.定量分析譜線強(qiáng)度與含量成正比；（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法（2）增量法（3）內(nèi)標(biāo)法,二.X射線衍射分析,相干散射線的干涉現(xiàn)象；,n=2dsin光程差為的整數(shù)倍時(shí)相互加強(qiáng),Bragg衍射方程的作用,n=2dsin|sin|1；當(dāng)n=1時(shí)，/2d=|sin|1，即2d；只有當(dāng)入射X射線的波長(zhǎng)2倍晶面間距時(shí)，才能產(chǎn)生衍射,1.理論,Bragg衍射方程重要作用：(1)已知，測(cè)角，計(jì)算d；(2)已知d的晶體，測(cè)角，得到特征輻射波長(zhǎng)，確定元素。,(1)多晶粉末衍射分析,在入射X光的作用下，原子中的電子構(gòu)成多個(gè)X輻射源，以球面波向空間發(fā)射形成干涉光；強(qiáng)度與原子類型、晶胞內(nèi)原子位置有關(guān)；衍射圖：晶體化合物的“指紋”；多晶粉末衍射法：測(cè)定立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)；,單色X射線源樣品臺(tái)檢測(cè)器,2、X射線衍射儀,儀器特點(diǎn),X射線衍射儀與X射線熒光儀相似；主要區(qū)別：(A)單色X射線源;(B)不需要分光晶體;試樣本身為衍射晶體，試樣平面旋轉(zhuǎn)；光源以不同角對(duì)試樣進(jìn)行掃描；,(2)單晶衍射分析,儀器：計(jì)算機(jī)化單晶X射線四圓衍射儀四圓：、2圓：圍繞安置晶體的軸旋轉(zhuǎn)的圓；圓：安裝測(cè)角頭的垂直圓，測(cè)角頭可在此圓上運(yùn)動(dòng)；圓：使垂直圓繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圓即晶體繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圓；,3、應(yīng)用,能提供晶體內(nèi)部三維空間的電子云密度分布，晶體中分子的立體構(gòu)型、構(gòu)像、化學(xué)鍵類型，鍵長(zhǎng)、鍵角、分子間距離，配合物配位等。,同步輻射光源,第七節(jié)電子能譜簡(jiǎn)介,一、概述,X-射線紫外線電子束,X-射線光電子俄歇電子,光電子或俄歇電子，在逸出的路徑上自由程很短，實(shí)際能探測(cè)的信息深度只有表面幾個(gè)至十幾個(gè)原子層，光電子能譜通常用來作為表面分析的方法。,1、電子能譜的分類,根據(jù)激發(fā)源的不同，電子能譜分為:X射線光電子能譜(簡(jiǎn)稱XPS)(X-RayPhotoelectronSpectrometer)紫外光電子能譜(簡(jiǎn)稱UPS)(UltravioletPhotoelectronSpectrometer)俄歇電子能譜(簡(jiǎn)稱AES)(AugerElectronSpectrometer),是用X射線激發(fā)原子的內(nèi)層電子發(fā)生電離，產(chǎn)生光電子，這些內(nèi)層能級(jí)的結(jié)合能對(duì)特定的元素具有特定的值，因此通過測(cè)定電子的結(jié)合能和譜峰強(qiáng)度，可鑒定除H和He（因?yàn)樗鼈儧]有內(nèi)層能級(jí)）之外的全部元素以及元素的定量分析。,XPS,AES,是用具有一定能量的電子激發(fā)原子內(nèi)層電子，產(chǎn)生俄歇電子。其具有表面靈敏度高（檢測(cè)極限小于10-18g）、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，在表面科學(xué)領(lǐng)域主要進(jìn)行1）表面組成的定性和定量；2）表面元素的二維分布圖和顯微像；3）表面元素的三維分布分析;4）表面元素的化學(xué)環(huán)境和鍵合等方面的研究。,二、電子能譜的基本原理,能量關(guān)系可表示：,原子的反沖能量,忽略(0.1eV）得,電子結(jié)合能,電子動(dòng)能,特征：,XPS采用能量為的射線源，能激發(fā)內(nèi)層電子。各種元素內(nèi)層電子的結(jié)合能是有特征性的，因此可以用來鑒別化學(xué)元素。,UPS采用或作激發(fā)源。與X射線相比能量較低，只能使原子的價(jià)電子電離，用于研究?jī)r(jià)電子和能帶結(jié)構(gòu)的特征。,AES大都用電子作激發(fā)源，因?yàn)殡娮蛹ぐl(fā)得到的俄歇電子譜強(qiáng)度較大。,光電子或俄歇電子，在逸出的路徑上自由程很短，實(shí)際能探測(cè)的信息深度只有表面幾個(gè)至十幾個(gè)原子層，光電子能譜通常用來作為表面分析的方法。,X射線光電子能譜（XPS）,由于各種原子軌道中電子的結(jié)合能是一定的，因此XPS可用來測(cè)定固體表面的化學(xué)成分,一般又稱為化學(xué)分析光電子能譜法（ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis，簡(jiǎn)稱ESCA）。,與紫外光源相比，射線在0.7eV以上，因此不能分辨出分子、離子的振動(dòng)能級(jí)。,在實(shí)驗(yàn)時(shí)樣品表面受輻照損傷小，能檢測(cè)周期表中除H和He以外所有的元素，并具有很高的絕對(duì)靈敏度。因此是目前表面分析中使用最廣的譜儀之一。,譜圖特征,圖是表面被氧化且有部分碳污染的金屬鋁的典型的圖譜,寬能量范圍掃描的全譜,低結(jié)合能端的放大譜,O和C兩條譜線的存在表明金屬鋁的表面已被部分氧化并受有機(jī)物的污染,金屬鋁低結(jié)合能端的放大譜(精細(xì)結(jié)構(gòu)),相鄰的肩峰則分別對(duì)應(yīng)于Al2O3中鋁的2s和2p軌道的電子,化學(xué)位移,由于化合物結(jié)構(gòu)的變化和元素氧化狀態(tài)的變化引起譜峰有規(guī)律的位移稱為化學(xué)位移,化合物聚對(duì)苯二甲酸乙二酯中三種完全不同的碳原子和兩種不同氧原子1s譜峰的化學(xué)位移,化學(xué)位移現(xiàn)象起因及規(guī)律,內(nèi)層電子一方面受到原子核強(qiáng)烈的庫侖作用而具有一定的結(jié)合能，另一方面又受到外層電子的屏蔽作用。當(dāng)外層電子密度減少時(shí)，屏蔽作用將減弱，內(nèi)層電子的結(jié)合能增加；反之則結(jié)合能將減少。因此當(dāng)被測(cè)原子的氧化價(jià)態(tài)增加，或與電負(fù)性大的原子結(jié)合時(shí)，都導(dǎo)致其XPS峰將向結(jié)合能的增加方向位移。,俄歇電子能譜(AES),俄歇電子能譜的基本機(jī)理是：入射電子束使原子內(nèi)層能級(jí)電子電離，外層電子產(chǎn)生無輻射俄歇躍遷，發(fā)射俄歇電子，用電子能譜儀在真空中對(duì)它們進(jìn)行探測(cè)。,1925年法國(guó)的物理學(xué)家俄歇（P.Auger）在用X射線研究光電效應(yīng)時(shí)就已發(fā)現(xiàn)俄歇電子，并對(duì)現(xiàn)象給予了正確的解釋。1968年L.A.Harris使俄歇電子能譜開始進(jìn)入實(shí)用階段。1969年，Palmberg、Bohn和Tracey引進(jìn)了筒鏡能量分析器，提高了靈敏度和分析速度，使俄歇電子能譜被廣泛應(yīng)用。,俄歇過程和俄歇電子能量,WXY俄歇過程示意圖,WXY躍遷產(chǎn)生的俄歇電子的動(dòng)能可近似地用經(jīng)驗(yàn)公式估算，即：,俄歇電子,俄歇過程至少有兩個(gè)能級(jí)和三個(gè)電子參與，所以氫原子和氦原子不能產(chǎn)生俄歇電子。(Z3)孤立的鋰原子因最外層只有一個(gè)電子，也不能產(chǎn)生俄歇電子，但固體中因價(jià)電子是共用的，所以金屬鋰可以發(fā)生KVV型的俄歇躍遷。,三、電子能譜儀的結(jié)構(gòu),電子能譜儀主要由激發(fā)源、電子能量分析器、檢測(cè)器和真空系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。,1激發(fā)源,電子能譜儀通常采用的激發(fā)源有三種：X射線源、真空紫外燈和電子槍。商品譜儀中將這些激發(fā)源組裝在同一個(gè)樣品室中，成為一個(gè)多種功能的綜合能譜儀。,電子能譜常用激發(fā)源,射線源,XPS中最常用的X射線源主要由燈絲、柵極和陽極靶構(gòu)成。,雙陽極X射線源示意圖,要獲得高分辨譜圖和減少伴峰的干擾，可以采用射線單色器來實(shí)現(xiàn)。即用球面彎曲的石英晶體制成，能夠使來自X射線源的光線產(chǎn)生衍射和“聚焦”，從而去掉伴線和韌致輻射，并降低能量寬度，提高譜儀的分辨率。,紫外光源,紫外光電子能譜儀中使用的高強(qiáng)度單色紫外線源常用稀有氣體的放電共振燈提供。,UPS中的HeI氣體放電燈示意圖,電子源,電子通常由金屬的熱發(fā)射過程得到。電子束具有可以聚焦、偏轉(zhuǎn)、對(duì)原子的電離效率高、簡(jiǎn)單易得等優(yōu)點(diǎn)，在電子能譜中，電子束主要用于俄歇電子能譜儀，因用電子槍作激發(fā)源得到的俄歇電子譜強(qiáng)度較大。,常用于AES的一種電子槍,2.電子能量分析器,電子能量分析器其作用是探測(cè)樣品發(fā)射出來的不同能量電子的相對(duì)強(qiáng)度。它必須在高真空條件下工作即壓力要低于10-3帕，以便盡量減少電子與分析器中殘余氣體分子碰撞的幾率。,半球形電子能量分析器,半球形分析器示意圖,3檢測(cè)器,檢測(cè)器通常為單通道電子倍增器和多通道倍增器,單通道電子倍增器是一種采用連續(xù)倍增電極表面（管狀通道內(nèi)壁涂一層高阻抗材料的薄膜）靜電器件。內(nèi)壁具有二次發(fā)射性能。電子進(jìn)入器件后在通道內(nèi)連續(xù)倍增，增益可達(dá)109。,多通道檢測(cè)器是由多個(gè)微型單通道電子倍增器組合在一起而制成的一種大面積檢測(cè)器，也稱位敏檢測(cè)器（PSD）或多陣列檢測(cè)器。,倍增器,4真空系統(tǒng),電子能譜儀的真空系統(tǒng)有兩個(gè)基本功能。,1、使樣品室和分析器保持一定的真空度，以便使樣品發(fā)射出來的電子的平均自由程相對(duì)于譜儀的內(nèi)部尺寸足夠大，減少電子在運(yùn)動(dòng)過程中同殘留氣體分子發(fā)生碰撞而損失信號(hào)強(qiáng)度。,2、降低活性殘余氣體的分壓。因在記錄譜圖所必需的時(shí)間內(nèi)，殘留氣體會(huì)吸附到樣品表面上，甚至有可能和樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而影響電子從樣品表面上發(fā)射并產(chǎn)生外來干擾譜線。,298K吸附一層氣體分子所需時(shí)間10-4Pa時(shí)為1秒；10-7Pa時(shí)為1000秒,四、應(yīng)用,電子能譜主要應(yīng)用于探索固體表面的組成、形貌、結(jié)構(gòu)、化學(xué)狀態(tài)、電子結(jié)構(gòu)和表面鍵合等信息。,Ag-Pd合金退火前后的AES譜a.退火前；b.700K退火5min.,a清潔表面；b1barO2、403K氧化1小時(shí),較高氧化態(tài)的鎳Ni3+,金屬態(tài)的鎳Ni,MoO3/Al2O3催化劑的XPS譜,掃描電鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理,從電子槍陰極發(fā)出的直徑20nm30nm的電子束，受到陰陽極之間加速電壓的作用，射向鏡筒，經(jīng)過聚光鏡及物鏡的會(huì)聚作用，縮小成直徑約幾nm的電子探針。在物鏡上部的掃描線圈的作用下，電子探針在樣品表面作光柵狀掃描并且激發(fā)出多種電子信號(hào)。這些電子信號(hào)被相應(yīng)的檢測(cè)器檢測(cè)，經(jīng)過放大、轉(zhuǎn)換，變成電壓信號(hào)，最后被送到顯像管的柵極上并且調(diào)制顯像管的亮度。顯像管中的電子束在熒光屏上也作光柵狀掃描，并且這種掃描運(yùn)動(dòng)與樣品表面的電子束的掃描運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格同步，這樣即獲得襯度與所接收信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的掃描電子像，這種圖象反映了樣品表面的形貌特征,粒子流轟擊,光子（波粒二象性）,電子,中子,能量釋放,第8節(jié)中子活化分析NeutronActivationAnalysis,NAA,1.原理以中子或質(zhì)子照射試樣，使原子核活化產(chǎn)生輻射能，用射線分光光譜儀測(cè)定光譜，根據(jù)波峰分析確定試樣成分；根據(jù)輻射能的強(qiáng)弱進(jìn)行定量分析。中子是電中性的，所以當(dāng)用中子輻照試樣時(shí)，中子與靶核之間不存在庫侖斥力，一般通過核力與核發(fā)生相互作用。核力是一種短程力，作用距離為10fm，表現(xiàn)為極強(qiáng)的吸引力。中子接近靶核至10fm時(shí)，由于核力作用，被靶核俘獲，形成復(fù)合核。復(fù)合核一般處于激發(fā)態(tài)（用*表示）,壽命為10-1210-14秒，它通過各種方式退激發(fā)。,2、檢測(cè)方法,工作的基本原理是：從中子源發(fā)出的中子與物料中的各種元素的原子核作用，將原子核能態(tài)提高到激發(fā)態(tài)。這些激發(fā)態(tài)的壽命極其短暫，即刻發(fā)射出特征伽瑪能射線。不同種類的原子核發(fā)出不同能量有像“指紋”一樣具有特征的譜線。實(shí)際上瞬發(fā)伽瑪中子活化能譜分析就是高能光譜分析,中子活化分析-特點(diǎn),與其他元素分析法相比較，有許多優(yōu)點(diǎn)：1、靈敏度高，準(zhǔn)確度、精確度高。NAA法對(duì)周期表中80%以上的元素的靈敏度都很高，一般可達(dá)10-6-10-12g，其精度一般在5%。2、多元素分析，它可對(duì)一個(gè)樣品同時(shí)給出幾十種元素的含量，尤其是微量元素和痕量元素，能同時(shí)提供樣品內(nèi)部和表層的信息，突破了許多技術(shù)限于表面分析的缺點(diǎn)。3、取樣量少，屬于非破壞性分析，不易沾污和不受試劑空白的影響。還有儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，分析速度快。它適合同類樣品的快速批量自動(dòng)分析，其缺點(diǎn)是檢測(cè)不到不能被中子活化的元素及含量，半衰期短的元素也無法測(cè)量。此外，探測(cè)儀器也較昂貴。缺點(diǎn)如下：1、一般情況下，只能給出元素的含量，不能測(cè)定元素的化學(xué)形態(tài)及其結(jié)構(gòu)。2、靈敏度因元素而異，且變化很大。例如，中子活化分析對(duì)鉛的靈敏度很差而對(duì)錳、金等元素的靈敏度很高，可相差達(dá)10個(gè)數(shù)量級(jí)。3、由于核衰變及其計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)性，致使中子活化分析法存在的獨(dú)特的分析誤差。誤差的減少與樣品量的增加不成線性關(guān)系。,中國(guó)科學(xué)家渴求的鎮(zhèn)“箱”之寶散裂中子源探索物質(zhì)本原，是人類永恒的課題。現(xiàn)代科學(xué)興起后，人們對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)日新月異。然而，工欲善其事，必先利其器。專家告訴記者，中國(guó)散裂中子源建設(shè)的意義在于：作為先進(jìn)的中子探測(cè)裝置，它是當(dāng)代科學(xué)家從事諸多前沿領(lǐng)域研究時(shí)“工具箱”里不可或缺的一大利器。中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)局局長(zhǎng)張杰院士介紹，中子和人們熟知的X射線一樣，都是人類探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的有力手段，但中子不帶電，具有磁矩，穿透性強(qiáng)，能分辨輕元素、同位素和近鄰元素，且有對(duì)樣品的非破壞性的特點(diǎn)，不僅可探索物質(zhì)靜態(tài)微觀結(jié)構(gòu)，還能用來研究其動(dòng)力學(xué)機(jī)制，因此已成為薄膜、納米團(tuán)簇、生物大分子和蛋白質(zhì)等熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域不可缺少的研究工具。,用X射線或中子探測(cè)物質(zhì)內(nèi)部，說起來簡(jiǎn)單做起來難。對(duì)前者來說，是能產(chǎn)生高強(qiáng)度X光的高能電子加速器；對(duì)后者來說，則是源源不斷提供高能中子的中子源。它們主要解決兩種射線在科學(xué)研究中“亮度”不夠的問題，一個(gè)對(duì)電子結(jié)構(gòu)和重原子異常敏感，一個(gè)探測(cè)原子核和輕原子得心應(yīng)手，相得益彰、堪稱雙璧。散裂中子源是世界中子源的主流發(fā)展方向，與核反應(yīng)堆中子源相比具有高脈沖通量、產(chǎn)生豐富的高能短波中子、低本底、不使用核燃料、只產(chǎn)生極少量活化產(chǎn)物等許多獨(dú)特性能。據(jù)悉，散裂中子源散射的中子束，可幫助科學(xué)家了解從液態(tài)晶體到超導(dǎo)陶瓷、從蛋白質(zhì)到塑料、從金屬到膠粒等各種物質(zhì)特性的詳細(xì)情況，其建設(shè)不僅關(guān)乎一個(gè)國(guó)家原始創(chuàng)新能力的提高，過程中還能孕育一大批實(shí)用型高新技術(shù)。例如，中子散射已在磁性凝聚態(tài)物理、納米材料、高強(qiáng)度高性能塑料、蛋白質(zhì)和生物、高溫超導(dǎo)機(jī)理、同位素辨識(shí)、工業(yè)無損深度探傷、污染及廢料處理等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。中國(guó)科學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)白春禮院士介紹，進(jìn)入21世紀(jì)以來，美、日、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛把建設(shè)高性能散裂中子源作為提高科技創(chuàng)新能力的重要舉措，相繼斥巨資建設(shè)新一代的散裂中子源。在美國(guó)，總投資14億美元、設(shè)計(jì)束流功率為1.4MW的散裂中子源已經(jīng)開始調(diào)束；日本總投資約18億美元的強(qiáng)流質(zhì)子加速器研究聯(lián)合裝置已開始加速器調(diào)束；韓國(guó)和印度也正在積極籌建束流功率為百千瓦量級(jí)的散裂中子源。然而，中國(guó)雖然在北京、安徽合肥、臺(tái)灣新竹和上海（在建）擁有4座高亮度高性能的X射線源，卻從不具備高性能脈沖中子源。鑒于前述領(lǐng)域的高分辨中子散射測(cè)量迫切需要通量高、波段寬的中子源，建造一座高性能的脈沖中子源勢(shì)在必行。,中子衍射,中子衍射方法是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要手段之一。中子衍射的基本原理和X射線衍射十分相似,其不同之處在于：X射線是與電子相互作用,因而它在原子上的散射強(qiáng)度與原子序數(shù)成正比,而中子是與原子核相互作用,它在不同原子核上的散射強(qiáng)度不是隨值單調(diào)變化的函數(shù),這樣,中子就特別適合于確定點(diǎn)陣中輕元素的位置(X射線靈敏度不足)和值鄰近元素的位置（X射線不易分辨）；對(duì)同一元素，中子能區(qū)別不同的同位素,這使得中子衍射在某些方面，特別在利用氫-氘的差別來標(biāo)記、研究有機(jī)分子方面有其特殊的優(yōu)越性；中子具有磁矩，能與原子磁矩相互作用而產(chǎn)生中子特有的磁衍射，通過磁衍射的分析可以定出磁性材料點(diǎn)陣中磁性原子的磁矩大小和取向，因而中子衍射是研究磁結(jié)構(gòu)的極為重要的手段；一般說來中子比X射線具有高得多的穿透性，因而也更適用于需用厚容器的高低溫、高壓等條件下的結(jié)構(gòu)研究。中子衍射的主要缺點(diǎn)是需要特殊的強(qiáng)中子源，并且由于源強(qiáng)不足而常需較大的樣品和較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)收集時(shí)間。,中子衍射設(shè)備與X射線衍射相似,中子衍射的應(yīng)用,中子衍射主要應(yīng)用于：在晶體結(jié)構(gòu)方面，首先是輕元素的定位工作。例如各種無機(jī)碳?xì)?、氧化物、NaH、TiHZrHHfHPdHWCMoCThC、UC、PbO、BaSO、SnO等結(jié)構(gòu)中輕元素的位置,主要都是靠中子衍射定出的,近期以來已經(jīng)擴(kuò)展到有機(jī)分子方面如氨基酸維生素B,以至肌紅蛋白等較復(fù)雜大分子的結(jié)構(gòu)研究；對(duì)近鄰元素研究方面