XRD分析（課堂PPT）

1、西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心.1X射線衍射分析（射線衍射分析（XRD）分析測試中心分析測試中心孫紅娟孫紅娟3/4/20223/4/2022西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心2引言引言問問 題題v科研、生產(chǎn)、商業(yè)和日?；顒又?，我們經(jīng)常遇到：科研、生產(chǎn)、商業(yè)和日?；顒又?，我們經(jīng)常遇到：這是一種什么物質(zhì)？含有那些雜質(zhì)或有害物質(zhì)？用這是一種什么物質(zhì)？含有那些雜質(zhì)或有害物質(zhì)？用什么方法鑒定？什么方法鑒定？vX射線衍射分析（射線衍射分析（XRD）的原理？儀器？樣品？）的原理？儀器？樣品？vXRD除物相分析還能做些什么？除物相分析

2、還能做些什么？v如何從如何從XRD所給出的數(shù)據(jù)中提取更多的信息？包括所給出的數(shù)據(jù)中提取更多的信息？包括成分、結(jié)構(gòu)、形成方式（條件）、結(jié)晶度、晶粒度？成分、結(jié)構(gòu)、形成方式（條件）、結(jié)晶度、晶粒度？等等。等等。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心3主要內(nèi)容主要內(nèi)容v1 引言引言v2 X-射線衍射分析原理射線衍射分析原理v3 X-射線衍射分析應(yīng)用射線衍射分析應(yīng)用v4 小角小角X射線散射射線散射v5 思考題思考題西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心41 引言引言v1.1 X 射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)v1895年倫琴（年倫琴（W.C. Ro

3、entgen）研究陰極射）研究陰極射線管時，發(fā)現(xiàn)陰極管能放出一種有線管時，發(fā)現(xiàn)陰極管能放出一種有穿透力穿透力的的肉眼肉眼看不見看不見的射線。由于它的本質(zhì)在當(dāng)時是的射線。由于它的本質(zhì)在當(dāng)時是一個一個“未知數(shù)未知數(shù)”，故稱之為，故稱之為X射線射線。v1896年，倫琴將他的發(fā)現(xiàn)和初步的研究結(jié)果年，倫琴將他的發(fā)現(xiàn)和初步的研究結(jié)果寫了一篇論文，發(fā)表在英國的寫了一篇論文，發(fā)表在英國的Nature雜雜志上。志上。v這一偉大發(fā)現(xiàn)很快在醫(yī)學(xué)上獲得了應(yīng)用這一偉大發(fā)現(xiàn)很快在醫(yī)學(xué)上獲得了應(yīng)用X射線透視技術(shù)射線透視技術(shù)。v1910年，諾貝爾獎第一次頒發(fā)，倫琴因年，諾貝爾獎第一次頒發(fā)，倫琴因X射射線的發(fā)現(xiàn)而獲得第一個諾貝

4、爾物理學(xué)獎。線的發(fā)現(xiàn)而獲得第一個諾貝爾物理學(xué)獎。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心5與與X射線及晶體衍射有關(guān)諾貝爾獎獲得者射線及晶體衍射有關(guān)諾貝爾獎獲得者年 份學(xué) 科得獎?wù)邇?nèi) 容1901物理倫琴Wilhelm Conral RontgenX射線的發(fā)現(xiàn)1914物理勞埃Max von Laue晶體的X射線衍射亨利.布拉格Henry Bragg勞倫斯.布拉格Lawrence Bragg.1917物理巴克拉Charles Glover Barkla元素的特征X射線1924物理卡爾.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射線光譜學(xué)戴維森Clint

5、on Joseph Davisson湯姆孫George Paget Thomson1954化學(xué)鮑林Linus Carl Panling化學(xué)鍵的本質(zhì)肯德魯John Charles Kendrew帕魯茲Max Ferdinand Perutz1962生理醫(yī)學(xué)Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、Maurice h.f.Wilkins脫氧核糖核酸DNA測定1964化學(xué)Dorothy Crowfoot Hodgkin青霉素、B12生物晶體測定霍普特曼Herbert Hauptman卡爾Jerome Karle魯斯卡E.Ruska電子顯微鏡賓尼希G.Binnig掃描隧道顯微鏡

6、羅雷爾H.Rohrer布羅克豪斯 B.N.Brockhouse中子譜學(xué)沙爾 C.G.Shull中子衍射直接法解析結(jié)構(gòu)1915物理晶體結(jié)構(gòu)的X射線分析1937物理電子衍射1986物理1994物理1962化學(xué)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)測定1985化學(xué)西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心61.2 X-射線的性質(zhì)射線的性質(zhì)v 肉眼不能觀察到，但可使照相底片感光、熒光板發(fā)光肉眼不能觀察到，但可使照相底片感光、熒光板發(fā)光和使氣體電離；和使氣體電離；v 能透過可見光不能透過的物體；能透過可見光不能透過的物體；v 這種射線沿直線傳播，在電場與磁場中不偏轉(zhuǎn)，在通這種射線沿直線傳播，在電場與磁

7、場中不偏轉(zhuǎn)，在通過物體時不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過普通光柵亦不引起過物體時不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過普通光柵亦不引起衍射；衍射；v 這種射線對生物有很厲害的生理作用。這種射線對生物有很厲害的生理作用。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心7（1）X射線的波動性射線的波動性vX射線的本質(zhì)是一種電磁波，它具有射線的本質(zhì)是一種電磁波，它具有波粒二象性波粒二象性。即它。即它既具既具波動性波動性，又具有，又具有粒子性粒子性。vX射線的波動性表現(xiàn)在它以一定的波長和頻率在空間傳射線的波動性表現(xiàn)在它以一定的波長和頻率在空間傳播。播。X射線的波長范圍為射線的波長范圍為0.0110

8、0，介于，介于射線和紫外射線和紫外線之間。線之間。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心8（2）X射線的粒子性射線的粒子性vX射線的粒子性表現(xiàn)在它是由大量的不連續(xù)的粒子流構(gòu)射線的粒子性表現(xiàn)在它是由大量的不連續(xù)的粒子流構(gòu)成的。它具有一定的能量和動量。能量成的。它具有一定的能量和動量。能量和動量和動量p與與X射射線光子的頻率線光子的頻率v和波長和波長之間的關(guān)系如下：之間的關(guān)系如下： 能量：能量： 動量：動量： h為普朗克常數(shù)，為為普朗克常數(shù)，為6.62510-34Js，c為光速，為為光速，為 2.998108m/sv按照現(xiàn)代物理學(xué)理論，按照現(xiàn)代物理學(xué)理論，X射線具有

9、波動性和粒子性，即射線具有波動性和粒子性，即為不連續(xù)的為不連續(xù)的“量子流量子流”。這種量子性質(zhì)在這種量子性質(zhì)在X射線與物質(zhì)射線與物質(zhì)相互作用（如吸收、散射）時可以表現(xiàn)出來。相互作用（如吸收、散射）時可以表現(xiàn)出來。X射線的射線的波長愈短（即頻率愈高），能量愈大。波長愈短（即頻率愈高），能量愈大。hp hchv 西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心91.3 X射線的產(chǎn)生及射線的產(chǎn)生及X射線管射線管v X射線的產(chǎn)生有多種方射線的產(chǎn)生有多種方式，目前最常用的方式式，目前最常用的方式是是通過高速運動的電子通過高速運動的電子流轟擊金屬靶流轟擊金屬靶來獲得的，來獲得的，有些

10、特殊的研究工作也有些特殊的研究工作也用同步幅射用同步幅射X射線源。射線源。 v產(chǎn)生產(chǎn)生X-射線的方法，是使快速移動的電子（或離子）射線的方法，是使快速移動的電子（或離子）驟然驟然停止其運動，則電子的動能可部分轉(zhuǎn)變成停止其運動，則電子的動能可部分轉(zhuǎn)變成X光能，即輻射出光能，即輻射出X-射線。射線。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心10X射線管射線管（1）陰極：如同一般的燈絲，一般用鎢絲做成，用于產(chǎn)生大量的電子。）陰極：如同一般的燈絲，一般用鎢絲做成，用于產(chǎn)生大量的電子。（2）陽極：又稱靶，由不同的金屬組成，從陰極發(fā)出的電子高速向靶撞擊，產(chǎn)生）陽極：又稱靶，由不

11、同的金屬組成，從陰極發(fā)出的電子高速向靶撞擊，產(chǎn)生X射線，射線，不同金屬制成的靶產(chǎn)生的不同金屬制成的靶產(chǎn)生的X射線是不同的射線是不同的。（3）冷卻系統(tǒng)：當(dāng)電子束轟擊陽極靶時，其中只有）冷卻系統(tǒng)：當(dāng)電子束轟擊陽極靶時，其中只有1%能量轉(zhuǎn)換為能量轉(zhuǎn)換為X射線，其余射線，其余的的99%均轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。均轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?）焦點：指陽極靶面被電子束轟擊的面積。）焦點：指陽極靶面被電子束轟擊的面積。（5）窗口：）窗口：X射線射出的通道，窗口一般用對射線射出的通道，窗口一般用對X射線穿透性好的輕金屬鈹密封，射線穿透性好的輕金屬鈹密封，以保持以保持X射線的真空。射線的真空。一般一般X射線管有四個窗口，分別從它們中

12、射出一對線狀和一射線管有四個窗口，分別從它們中射出一對線狀和一對點狀對點狀X射線束。射線束。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心111.4 X射線譜vX射線管產(chǎn)生射線管產(chǎn)生X射線的特點：當(dāng)高速電子束轟擊射線的特點：當(dāng)高速電子束轟擊金屬靶時會產(chǎn)生兩種不同的金屬靶時會產(chǎn)生兩種不同的X射線。一種是射線。一種是連連續(xù)續(xù)X射線射線，另一種是，另一種是特征特征X射線射線。它們的性質(zhì)不。它們的性質(zhì)不同、產(chǎn)生的機理不同，用途也不同。同、產(chǎn)生的機理不同，用途也不同。vX射線衍射分析射線衍射分析利用的是利用的是特征特征X射線；射線；而而X射線射線熒光光譜分析熒光光譜分析利用的是利

13、用的是連續(xù)連續(xù)X射線射線。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心121.4.1 連續(xù)連續(xù)X射線（白色射線（白色X射線）射線）v正如太陽光包含有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、正如太陽光包含有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫等許多不同波長的光一樣，從紫等許多不同波長的光一樣，從X射線管中發(fā)射線管中發(fā)出的出的X射線也不是單一波長（單色）的，而是射線也不是單一波長（單色）的，而是包含有包含有許多不同波長的許多不同波長的X射線射線。這些波長構(gòu)成。這些波長構(gòu)成連續(xù)的光譜，且是從某一連續(xù)的光譜，且是從某一最小值最小值開始的一系列開始的一系列連續(xù)波長的幅射。它與可見光中的白光相似，連續(xù)波長

14、的幅射。它與可見光中的白光相似，故稱故稱白色白色X射線射線或稱或稱連續(xù)連續(xù)X射線射線。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心13連續(xù)連續(xù)X射線產(chǎn)生機理射線產(chǎn)生機理v連續(xù)連續(xù)X射線光譜射線光譜(或稱白色或稱白色X射線射線)是由于快速移動的電是由于快速移動的電子在靶面突然停止而產(chǎn)生的。每一個電子，由于突然子在靶面突然停止而產(chǎn)生的。每一個電子，由于突然停下來的結(jié)果，它把它的動能的一部分變?yōu)闊崮?，一停下來的結(jié)果，它把它的動能的一部分變?yōu)闊崮?，一部分變?yōu)橐粋€或幾個部分變?yōu)橐粋€或幾個X射線量子。射線量子。由于電子的動能轉(zhuǎn)變由于電子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闉閄射線能量的有多有少，所放出的

15、射線能量的有多有少，所放出的X射線的頻率有所射線的頻率有所不同不同。因此，由此產(chǎn)生的。因此，由此產(chǎn)生的X射線譜是連續(xù)的，但是有一射線譜是連續(xù)的，但是有一個最短波長的極限，這相當(dāng)于某些電子把個最短波長的極限，這相當(dāng)于某些電子把其全部的能其全部的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榱哭D(zhuǎn)變?yōu)閄射線能量時，頻率最大的情況射線能量時，頻率最大的情況。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心14連續(xù)連續(xù)X射線產(chǎn)生機理射線產(chǎn)生機理v在極限情況下，若電子將其能量完全轉(zhuǎn)換為一個光子的在極限情況下，若電子將其能量完全轉(zhuǎn)換為一個光子的能量，則此光子能量，則此光子能量最大、波長最短、頻率最高能量最大、波長最短、頻

16、率最高，因此，因此連續(xù)譜有一個下限波長連續(xù)譜有一個下限波長min。 min與與X射線管工作電壓關(guān)射線管工作電壓關(guān)系可由下式推導(dǎo)。系可由下式推導(dǎo)。電子動能電子動能=電子由陰極至陽極時電場所做的功電子由陰極至陽極時電場所做的功=X射線光子能量射線光子能量 即即 所以所以v連續(xù)譜線中最短波長與連續(xù)譜線中最短波長與X射線管的電壓有關(guān)。射線管的電壓有關(guān)。v連續(xù)譜線應(yīng)用不廣，只有勞埃法才用它。在其他方法中連續(xù)譜線應(yīng)用不廣，只有勞埃法才用它。在其他方法中它只能造成不希望有的背景。它只能造成不希望有的背景。minmax22hchveVmveVhcmin西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試

17、 中中 心心15連續(xù)連續(xù)X射線的總強度射線的總強度v連續(xù)連續(xù)X射線的總強度取決于射線的總強度取決于電壓電壓、電流電流、陽極、陽極靶靶原子序數(shù)原子序數(shù)v實驗證明，連續(xù)實驗證明，連續(xù)X射線的總強度與管電流射線的總強度與管電流i、管、管電壓電壓V、陽極靶的原子序數(shù)、陽極靶的原子序數(shù)Z存在如下關(guān)系：存在如下關(guān)系：miZVkI1西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心16管電流、管電壓、陽極靶的原子序數(shù)對連續(xù)譜的影響管電流、管電壓、陽極靶的原子序數(shù)對連續(xù)譜的影響 西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心171.4.2 特征特征X射線（標(biāo)識射線（

18、標(biāo)識X射線）射線）v從圖可見，當(dāng)電壓加到從圖可見，當(dāng)電壓加到25KV時，時，Mo靶的連續(xù)靶的連續(xù)X射線譜上出現(xiàn)了射線譜上出現(xiàn)了兩個尖銳的峰兩個尖銳的峰K和和K。隨著電。隨著電壓的增大，其強度進一步增強，壓的增大，其強度進一步增強，但波長不變。也就是說，這些但波長不變。也就是說，這些譜譜線的波長與管壓和管流無關(guān)，它線的波長與管壓和管流無關(guān)，它與靶材有關(guān)，對給定的靶材，它與靶材有關(guān)，對給定的靶材，它們的這些譜線是特定的們的這些譜線是特定的。因此，。因此，稱之為稱之為特征特征X射線或標(biāo)識射線或標(biāo)識X射線射線。產(chǎn)生特征產(chǎn)生特征X射線的最低電壓稱激射線的最低電壓稱激發(fā)電壓。發(fā)電壓。西西 南南 科科 技技

19、 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心18特征特征X射線產(chǎn)生的機理射線產(chǎn)生的機理v特征特征X射線光譜產(chǎn)生的原因與連續(xù)光譜完全不射線光譜產(chǎn)生的原因與連續(xù)光譜完全不同。由陰極飛馳來的電子，在其與陽極的原子同。由陰極飛馳來的電子，在其與陽極的原子相作用時，把其能量傳給這些原子中的電子，相作用時，把其能量傳給這些原子中的電子，把這些電子激發(fā)到更高一級的能階上把這些電子激發(fā)到更高一級的能階上；換句話；換句話說，就是說，就是把原子的內(nèi)層電子打到外層或者甚至把原子的內(nèi)層電子打到外層或者甚至把它打到原子外面，而使原子電離，從而在原把它打到原子外面，而使原子電離，從而在原子的內(nèi)電子層中留有缺席的位置。

20、子的內(nèi)電子層中留有缺席的位置。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心19特征特征X射線產(chǎn)生的機理射線產(chǎn)生的機理v此時原子過渡到不穩(wěn)定的受刺激的狀態(tài)。原子停留在這此時原子過渡到不穩(wěn)定的受刺激的狀態(tài)。原子停留在這樣的受刺激狀態(tài)的壽命不超過樣的受刺激狀態(tài)的壽命不超過10-3秒，外層的電子立即秒，外層的電子立即落到內(nèi)層填補空位。當(dāng)發(fā)生這種過渡時，原子的能量重落到內(nèi)層填補空位。當(dāng)發(fā)生這種過渡時，原子的能量重新減少，多余的能量就作為新減少，多余的能量就作為X射線量子發(fā)射出來射線量子發(fā)射出來X射線射線的頻率由下式?jīng)Q定：的頻率由下式?jīng)Q定：hv =E2-E1式中式中E1和和E2為

21、原子的正常狀態(tài)能量和受刺激狀態(tài)時的能量為原子的正常狀態(tài)能量和受刺激狀態(tài)時的能量v由于各類原子的能階有別，所以由于各類原子的能階有別，所以特征特征X射線的波長隨陽射線的波長隨陽極的材料而異極的材料而異。特征。特征X射線的波長與陽極材料的原子序射線的波長與陽極材料的原子序數(shù)的平方成反比。數(shù)的平方成反比。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心20莫塞來定律莫塞來定律v莫塞來莫塞來1914年總結(jié)了特征年總結(jié)了特征X射線與靶材原子結(jié)構(gòu)之間的射線與靶材原子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系：關(guān)系： 或或 式中式中K為與靶中主元素有關(guān)的常數(shù)，為與靶中主元素有關(guān)的常數(shù)，為屏蔽常數(shù)，與為屏蔽常數(shù)，與

22、電子所在的殼層有關(guān)。電子所在的殼層有關(guān)。v反過來，如果能測到材料中元素發(fā)射的特征反過來，如果能測到材料中元素發(fā)射的特征X射線的波射線的波長，長，就能知道產(chǎn)生這些特征就能知道產(chǎn)生這些特征X射線元素是什么射線元素是什么。這就是。這就是X射線熒光光譜和電子探針分析的理論基礎(chǔ)。射線熒光光譜和電子探針分析的理論基礎(chǔ)。)(1ZK)(ZK西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心21特征特征X射線的命名方法射線的命名方法v當(dāng)當(dāng)K電子被打出電子被打出K層時，如層時，如L層電子來填充層電子來填充K空位時，則空位時，則產(chǎn)生產(chǎn)生K輻射輻射。同樣當(dāng)。同樣當(dāng)K空位被空位被M層電子填充時，則產(chǎn)

23、生層電子填充時，則產(chǎn)生K輻射輻射。M能級與能級與K能級之差大于能級之差大于L能級與能級與K能級之差，能級之差，即一個即一個K光子的能量大于一個光子的能量大于一個K光子的能量；光子的能量； 但因但因LK層躍遷的幾率比層躍遷的幾率比MK遷附幾率大，故遷附幾率大，故K輻射強輻射強度比度比K輻射強度大五倍左右。顯然，當(dāng)輻射強度大五倍左右。顯然，當(dāng)L層電子填充層電子填充K層后，原子由層后，原子由K激發(fā)狀態(tài)變成激發(fā)狀態(tài)變成L激發(fā)狀態(tài)，此時更外層激發(fā)狀態(tài)，此時更外層如如M、N層的電子將填充層的電子將填充L層空位，產(chǎn)生層空位，產(chǎn)生L系輻射系輻射。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中

24、 心心22特征特征X射線射線v放大看，放大看，K還包括兩還包括兩個峰（圖），個峰（圖），K波長波長比比K長，長，K與與K強度強度比約為比約為5：1，放大看，放大看，K還分為還分為K1和和K2兩條兩條線。線。K1和和K2強度比約強度比約為為2：1。 西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心23特征特征X射線的命名方法射線的命名方法v因此，當(dāng)原子受到因此，當(dāng)原子受到K激發(fā)時，除產(chǎn)生激發(fā)時，除產(chǎn)生K系輻射外，系輻射外，還將伴生還將伴生L、M等系的輻射。除等系的輻射。除K系輻射因波系輻射因波長短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波長長短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波

25、長長而被吸收。長而被吸收。vK雙線的產(chǎn)生與原子能級的精細(xì)結(jié)構(gòu)相關(guān)。雙線的產(chǎn)生與原子能級的精細(xì)結(jié)構(gòu)相關(guān)。L層層的的8個電子的能量并不相同，而分別位于三個亞層個電子的能量并不相同，而分別位于三個亞層上。上。K雙線系電子分別由雙線系電子分別由L和和L兩個亞層躍遷兩個亞層躍遷到到K層時產(chǎn)生的輻射，層時產(chǎn)生的輻射，而由而由LI亞層到亞層到K層因不符合層因不符合選擇定則選擇定則（此時（此時L0），因此沒有輻射。），因此沒有輻射。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心24選擇定則選擇定則v選擇定則：選擇定則：n0，l1和和j0，其中其中n、l、j分別分別表示主量子數(shù)，表示主量

26、子數(shù)，軌道角動量量子軌道角動量量子數(shù)和總角動量量數(shù)和總角動量量子數(shù)。子數(shù)。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心25特征特征X射線射線v飛馳到陽極上的電子能夠把陽極材料中原子內(nèi)某一個能飛馳到陽極上的電子能夠把陽極材料中原子內(nèi)某一個能階上的電子打掉，則飛馳來的電子必須有足夠的動能；階上的電子打掉，則飛馳來的電子必須有足夠的動能；換言之，加于換言之，加于X射線管上的電壓必須超過某一個確定的射線管上的電壓必須超過某一個確定的數(shù)量。數(shù)量。原子里面，電子愈靠近原子核，則與核聯(lián)系愈緊原子里面，電子愈靠近原子核，則與核聯(lián)系愈緊密。因此，激發(fā)密。因此，激發(fā)K系射線所需的電位比激

27、發(fā)系射線所需的電位比激發(fā)L系線要高；系線要高；而而L系線比系線比M線要高。線要高。v同是同是K層電子，在不同原子中與原了核聯(lián)系的緊密程度層電子，在不同原子中與原了核聯(lián)系的緊密程度亦有差異。當(dāng)然，亦有差異。當(dāng)然，原子序數(shù)愈高，則原子核對原子序數(shù)愈高，則原子核對K層電子層電子的聯(lián)系也愈緊，激發(fā)的聯(lián)系也愈緊，激發(fā)K層電子所需的電壓也愈高層電子所需的電壓也愈高。v產(chǎn)生各種特征產(chǎn)生各種特征X射線所必須的最低電壓稱為激發(fā)電壓，射線所必須的最低電壓稱為激發(fā)電壓，激發(fā)電壓隨原于的種類以及射線的種類而異激發(fā)電壓隨原于的種類以及射線的種類而異。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心

28、261.5 X射線與物質(zhì)相互作用射線與物質(zhì)相互作用 vX射線與物質(zhì)相互作用時，產(chǎn)生各種不同的和射線與物質(zhì)相互作用時，產(chǎn)生各種不同的和復(fù)雜的過程。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束復(fù)雜的過程。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線射線通過物質(zhì)時，可分為三部分：通過物質(zhì)時，可分為三部分：一部分被散射一部分被散射，一部分被一部分被吸收吸收，一部分一部分透過透過物質(zhì)繼續(xù)沿原來的物質(zhì)繼續(xù)沿原來的方向傳播方向傳播。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心271.5.1 X射線的散射射線的散射 vX射線通過物質(zhì)時，部分射線通過物質(zhì)時，部分X射線將改變它射線將改變它們前進的方向，即發(fā)生散射現(xiàn)象。們前進

29、的方向，即發(fā)生散射現(xiàn)象。X射線射線的散射包括兩種：的散射包括兩種：相干散射相干散射、非相干散非相干散射射。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心28v 當(dāng)入射當(dāng)入射X射線光子與原子射線光子與原子中束縛較緊的電子發(fā)生中束縛較緊的電子發(fā)生彈彈性碰撞時性碰撞時，X射線光子的射線光子的能量不足以使電子擺脫束能量不足以使電子擺脫束縛，電子的散射線波長與縛，電子的散射線波長與入射線波長相同，有確定入射線波長相同，有確定的相位關(guān)系。這種的相位關(guān)系。這種散射稱散射稱相 干 散 射 或 湯 姆 遜相 干 散 射 或 湯 姆 遜（Thomson）散射）散射。（1）相干散射）相干散射

30、西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心29（2）非相干散射）非相干散射 v當(dāng)入射當(dāng)入射X射線光子與原子中束射線光子與原子中束縛較弱的電子（如外層電子）縛較弱的電子（如外層電子）發(fā)生發(fā)生非彈性碰撞非彈性碰撞時，光子消耗時，光子消耗一部分能量作為電子的動能，一部分能量作為電子的動能，于是電子被撞出原子之外，同于是電子被撞出原子之外，同時發(fā)出波長變長、能量降低的時發(fā)出波長變長、能量降低的非 相 干 散 射 或 康 普 頓非 相 干 散 射 或 康 普 頓（Compton）散射。）散射。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心301.5.2

31、 X射線的吸收射線的吸收 v物質(zhì)對物質(zhì)對X射線的吸收指的是射線的吸收指的是X射線能量在通過物射線能量在通過物質(zhì)時轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，質(zhì)時轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰浚琗射線發(fā)生了能射線發(fā)生了能量損耗。量損耗。v物質(zhì)對物質(zhì)對X射線的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子射線的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子躍遷而引起躍遷而引起的。這個過程中發(fā)生的。這個過程中發(fā)生X射線的射線的光電光電效應(yīng)效應(yīng)和和俄歇效應(yīng)俄歇效應(yīng)。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心31（1 1）光電效應(yīng)）光電效應(yīng)v當(dāng)用當(dāng)用X射線轟擊物質(zhì)時，若射線轟擊物質(zhì)時，若X射線的能量大于物質(zhì)射線的能量大于物質(zhì)原子對其內(nèi)層電子的束縛

32、力時，入射原子對其內(nèi)層電子的束縛力時，入射X射線光子射線光子的能量就會被吸收，從而導(dǎo)致其內(nèi)層電子（如的能量就會被吸收，從而導(dǎo)致其內(nèi)層電子（如K層電子）被激發(fā)，并使高能級上的電子產(chǎn)生躍遷，層電子）被激發(fā)，并使高能級上的電子產(chǎn)生躍遷，發(fā)射新的特征發(fā)射新的特征X射線。射線。v我們稱我們稱X射線激發(fā)的特征射線激發(fā)的特征X射線為射線為二次特征二次特征X射線射線或或熒光熒光X射線射線。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心32西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心33（2）俄歇效應(yīng)）俄歇效應(yīng)v當(dāng)高能級的電子向低能級躍遷時，能量不是產(chǎn)生當(dāng)高能級

33、的電子向低能級躍遷時，能量不是產(chǎn)生二次二次X射線，而是射線，而是被周圍某個殼層上的電子所吸被周圍某個殼層上的電子所吸收收，并促使該電子，并促使該電子受激發(fā)逸出原子成為二次電子受激發(fā)逸出原子成為二次電子。這種效應(yīng)是俄歇這種效應(yīng)是俄歇1925年發(fā)現(xiàn)的。故稱俄歇效應(yīng)，年發(fā)現(xiàn)的。故稱俄歇效應(yīng)，產(chǎn)生的二次電子稱俄歇電子。產(chǎn)生的二次電子稱俄歇電子。v二次電子具有特定的能量值，可以用來表征這些二次電子具有特定的能量值，可以用來表征這些原子。利用該原理制造的俄歇能譜儀主要用于分原子。利用該原理制造的俄歇能譜儀主要用于分析材料表面的成分。析材料表面的成分。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試

34、試 中中 心心34西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心351.6.3 X射線的衰減規(guī)律射線的衰減規(guī)律 vX射線通過物質(zhì)時，射線通過物質(zhì)時，X射線強度衰減了。射線強度衰減了。其中，因散射引起的衰減遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于因吸收其中，因散射引起的衰減遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于因吸收導(dǎo)致的衰減量。因此，可以近似地認(rèn)為，導(dǎo)致的衰減量。因此，可以近似地認(rèn)為，X射線通過物質(zhì)后其強度的衰減是由于物射線通過物質(zhì)后其強度的衰減是由于物質(zhì)對它的吸收所造成的。質(zhì)對它的吸收所造成的。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心36v當(dāng)一束當(dāng)一束X射線通過物射線通過物質(zhì)時，由于散射和吸質(zhì)時，由

35、于散射和吸收的作用使其透射方收的作用使其透射方向上的強度衰減。衰向上的強度衰減。衰減的程度與所經(jīng)過物減的程度與所經(jīng)過物質(zhì)中的距離成正比。質(zhì)中的距離成正比。HHHxxxdxxxmeIeIIdxIdIIII0/0西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心37質(zhì)量衰減系數(shù)質(zhì)量衰減系數(shù)m vm：表示單位質(zhì)量物質(zhì)對：表示單位質(zhì)量物質(zhì)對X射線強度的衰射線強度的衰減程度。減程度。v質(zhì)量衰減系數(shù)與波長和原子序數(shù)質(zhì)量衰減系數(shù)與波長和原子序數(shù)Z存在如存在如下近似關(guān)系：下近似關(guān)系： K為常數(shù)為常數(shù)vm 隨隨的變化是不連續(xù)的其間被尖銳的突的變化是不連續(xù)的其間被尖銳的突變分開。突變對應(yīng)的波長

36、為變分開。突變對應(yīng)的波長為K吸收限。吸收限。33ZKm西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心381）吸收系數(shù)隨波長的增大而增大）吸收系數(shù)隨波長的增大而增大, 且在一定區(qū)間內(nèi)是連續(xù)變化的。這是因且在一定區(qū)間內(nèi)是連續(xù)變化的。這是因為為X射線的波長越長越容易被物質(zhì)所吸收。射線的波長越長越容易被物質(zhì)所吸收。2）在某些波長的位置上產(chǎn)生跳躍式的突變。即吸收限（吸收邊）或激發(fā)限）在某些波長的位置上產(chǎn)生跳躍式的突變。即吸收限（吸收邊）或激發(fā)限的存在。的存在。 西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心39吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用 v在在X射線分析中，

37、在大多數(shù)情況下都希望所使用射線分析中，在大多數(shù)情況下都希望所使用的的X射線波長單一，即射線波長單一，即“單色單色”X射線。射線。v但實際上，如上所述，但實際上，如上所述，K系特征譜線包括兩條譜系特征譜線包括兩條譜線。在線。在X射線分析時，它們之間會相互干擾。我射線分析時，它們之間會相互干擾。我們可以應(yīng)用某些材料對們可以應(yīng)用某些材料對X射線吸收的特性，將其射線吸收的特性，將其中的中的K線過濾掉。線過濾掉。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心40濾波片的選擇濾波片的選擇vX射線分析中，在射線分析中，在X射線管與樣品之間放一個濾射線管與樣品之間放一個濾波片，以濾掉波

38、片，以濾掉K線。濾波片的材料依靶的材料而線。濾波片的材料依靶的材料而定。定。v一般采用比靶材的原子序數(shù)小一般采用比靶材的原子序數(shù)小1或或2的材料。的材料。v當(dāng)當(dāng)Z靶靶40時，時， Z濾濾=Z靶靶-1 v當(dāng)當(dāng)Z靶靶40時，時， Z濾濾=Z靶靶-2西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心41西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心421.6 X射線的探測與防護射線的探測與防護 v（1）X射線的探測射線的探測v熒光屏法熒光屏法v照相法照相法v輻射探測器法：輻射探測器法：X射線光子對氣體和某些固態(tài)射線光子對氣體和某些固態(tài)物質(zhì)的電離作用可以用來

39、檢查物質(zhì)的電離作用可以用來檢查X射線的存在與射線的存在與否和測量它和強度。按照這種原理制成的探測否和測量它和強度。按照這種原理制成的探測X射線的儀器電離室和各種計數(shù)器。射線的儀器電離室和各種計數(shù)器。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心43（2）X射線的安全防護射線的安全防護vX射線對人體有一定的危害。長時間的照射，射線對人體有一定的危害。長時間的照射，會引起不良的后果。在進行會引起不良的后果。在進行X射線分析應(yīng)該射線分析應(yīng)該注意對注意對X射線的防護，不要讓射線的防護，不要讓X射線直接照射線直接照射人體。可用一些重金屬材料，如鉛，進行射人體?？捎靡恍┲亟饘俨牧希?/p>

40、如鉛，進行屏蔽。屏蔽。v不過也不必談虎色變，少量接觸影響不大。不過也不必談虎色變，少量接觸影響不大。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心442 X-射線衍射分析原理射線衍射分析原理v2.1 X射線衍射與布拉格方程射線衍射與布拉格方程v2.2 衍射線的強度衍射線的強度v2.3 布拉格方程的應(yīng)用布拉格方程的應(yīng)用v2.4 獲得晶體衍射花樣的三種基本方法獲得晶體衍射花樣的三種基本方法v2.5 X射線衍射儀射線衍射儀西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心452.1 X射線衍射與布拉格方程射線衍射與布拉格方程v一束波長為一束波長為的射線透過

41、晶體時，某一特定方向上的散的射線透過晶體時，某一特定方向上的散射射X射線發(fā)生疊加，這種現(xiàn)象稱為射線發(fā)生疊加，這種現(xiàn)象稱為X射線衍射射線衍射。布拉格方。布拉格方程解決了衍射線的方向。程解決了衍射線的方向。布拉格方程：布拉格方程： 2dsin= n西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心462d sin q = sinq q的最大值為的最大值為1，可知最小測定可知最小測定d尺寸為尺寸為 /2，理，理論上最大可測尺寸為無窮大，實際上為幾個論上最大可測尺寸為無窮大，實際上為幾個 qsin12dqsin21d西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中

42、心心47關(guān)于布拉格方程的幾點討論關(guān)于布拉格方程的幾點討論v（1）X射線的射線的“反射反射”v布拉格方程及其推導(dǎo)過程在形式上與光的鏡面反射相似。布拉格方程及其推導(dǎo)過程在形式上與光的鏡面反射相似。因此，人因此，人們們也經(jīng)常把也經(jīng)常把X射線的衍射習(xí)慣地稱作晶面對射線的衍射習(xí)慣地稱作晶面對X射射線的反射線的反射。實際上，這是。實際上，這是X射線在晶體產(chǎn)生衍射的結(jié)果，射線在晶體產(chǎn)生衍射的結(jié)果，但布拉格方程借助了鏡面反射的規(guī)律來描述但布拉格方程借助了鏡面反射的規(guī)律來描述X射線的方向，射線的方向，這給這給X射線衍射分析中的計算帶來了極大的方便。實際上，射線衍射分析中的計算帶來了極大的方便。實際上，正如我們上

43、面提到的，也在正如我們上面提到的，也在1912年，勞厄先于布拉格就年，勞厄先于布拉格就提出了勞厄方程，來描述提出了勞厄方程，來描述X射線的衍射，并且該方程的物射線的衍射，并且該方程的物理模型更清楚。但該方程較為復(fù)雜，在一般的理模型更清楚。但該方程較為復(fù)雜，在一般的X射線分析射線分析中較少用。當(dāng)然二者是實際上是一致的。中較少用。當(dāng)然二者是實際上是一致的。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心48v盡管如此，我們還是應(yīng)當(dāng)注意這里所說盡管如此，我們還是應(yīng)當(dāng)注意這里所說X射線射線的的“反射反射”與光的鏡面反射的區(qū)別。與光的鏡面反射的區(qū)別。v1）在本質(zhì)上是晶體中各原子散射

44、波干涉，即衍）在本質(zhì)上是晶體中各原子散射波干涉，即衍射的結(jié)果，而不是像可見光那樣是晶面對射的結(jié)果，而不是像可見光那樣是晶面對X射射線反射的結(jié)果。因此，線反射的結(jié)果。因此，X射線的衍射線強度較射線的衍射線強度較其入射線的強度要弱得多。這是因為散射光的其入射線的強度要弱得多。這是因為散射光的強度很弱。而可見光的鏡面反射中的入射光與強度很弱。而可見光的鏡面反射中的入射光與反射光的強度幾乎相同。反射光的強度幾乎相同。 西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心49v2）X射線的反射只在滿足布拉格方程的若干個射線的反射只在滿足布拉格方程的若干個特殊的角度上才能產(chǎn)生反射，其它角

45、度上則不特殊的角度上才能產(chǎn)生反射，其它角度上則不發(fā)生反射。因此，有人將發(fā)生反射。因此，有人將X射線的反射稱為射線的反射稱為選選擇反射擇反射。而可見光的反射在任意角度上均可發(fā)。而可見光的反射在任意角度上均可發(fā)生。生。v3）在布拉格方程中入射角是入射線與晶面的夾）在布拉格方程中入射角是入射線與晶面的夾角，而可見光的反射定律中是入射線與法線的角，而可見光的反射定律中是入射線與法線的夾角。夾角。v因此，我們將因此，我們將X射線衍射中的入射角稱為射線衍射中的入射角稱為掠過掠過角角或或布拉格角布拉格角，而不叫入射角或反射角。，而不叫入射角或反射角。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試

46、 中中 心心50v（2）反射級數(shù)與干涉指數(shù)）反射級數(shù)與干涉指數(shù)v布拉格方程中的反射級數(shù)反映相鄰兩條衍射線之間光程差布拉格方程中的反射級數(shù)反映相鄰兩條衍射線之間光程差的倍數(shù)，其物理意義可用下圖來說明。的倍數(shù)，其物理意義可用下圖來說明。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心51v 實際中，這個反射級數(shù)是不易測定的。并且我實際中，這個反射級數(shù)是不易測定的。并且我們關(guān)心的主要是衍射線的方向。因此，可將布們關(guān)心的主要是衍射線的方向。因此，可將布拉格方程作如下的轉(zhuǎn)換：拉格方程作如下的轉(zhuǎn)換： 2dsin=n2（d/n）sin=v也就是說，間距為也就是說，間距為d 的晶面對的晶

47、面對X射線的射線的n級反射級反射可以看作是間距為可以看作是間距為d/n的晶面的一級反射。如的晶面的一級反射。如圖圖2-13所示。所示。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心52v2dsin=n 2（d/n）sin=v 2dsin=2 2（d/2）sin=v間距為間距為d的晶面的晶面對對X射線的射線的n級反級反射可以看作是間射可以看作是間距為距為d/n的晶面的的晶面的一級反射。一級反射。 v這個面稱稱為干這個面稱稱為干涉 面 。 用 指 數(shù)涉 面 。 用 指 數(shù)HKL來表示，并來表示，并稱之為干涉指數(shù)。稱之為干涉指數(shù)。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析

48、 測測 試試 中中 心心53v假設(shè)原來的晶面間距為假設(shè)原來的晶面間距為d的晶面的晶面指數(shù)為的晶面的晶面指數(shù)為(hkl)，根據(jù)晶面指數(shù)的定義可以得出，這個晶面間距為根據(jù)晶面指數(shù)的定義可以得出，這個晶面間距為d/n的干涉面的干涉指數(shù)為的干涉面的干涉指數(shù)為nh nk nl 即即 H=nh K=nk L=nl v例如，如果原有的晶面是例如，如果原有的晶面是(100)，它的二級反射看，它的二級反射看作是作是(200)干涉面的一級反射，記為干涉面的一級反射，記為200反射。晶面反射。晶面(110)的二級反射作為的二級反射作為(220)干涉面的一級反射，即干涉面的一級反射，即220反射。反射。v設(shè)設(shè)d=d/

49、n，布拉格方程，布拉格方程2dsin=n可進一步簡化為：可進一步簡化為：2dsin= 或或 2dHKLsin=西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心54v布拉格方程變成一級反射的形式。同時規(guī)定，布拉格方程變成一級反射的形式。同時規(guī)定，用產(chǎn)生第一級反射的那個干涉面的指數(shù)來標(biāo)記用產(chǎn)生第一級反射的那個干涉面的指數(shù)來標(biāo)記相應(yīng)的反射線。相應(yīng)的反射線。v如（如（220）反射則表示）反射則表示(220)面的一級反射。實面的一級反射。實際上它是際上它是(110)面的二級反射干涉指數(shù)與晶面指面的二級反射干涉指數(shù)與晶面指數(shù)的區(qū)別是各指數(shù)不是互質(zhì)的，如（數(shù)的區(qū)別是各指數(shù)不是互質(zhì)的，如

50、（200）。在）。在X射線分析中，并不嚴(yán)格區(qū)分干涉指數(shù)和晶面射線分析中，并不嚴(yán)格區(qū)分干涉指數(shù)和晶面指數(shù)。指數(shù)。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心552.2 衍射線的強度衍射線的強度v布拉格方程確定了衍射線的方向，并與晶體結(jié)構(gòu)布拉格方程確定了衍射線的方向，并與晶體結(jié)構(gòu)的基本周期相聯(lián)系。通過對衍射方向的測量，理的基本周期相聯(lián)系。通過對衍射方向的測量，理論上我們可以確定晶體結(jié)構(gòu)的對稱類型和晶胞參論上我們可以確定晶體結(jié)構(gòu)的對稱類型和晶胞參數(shù)。但不能確定原子的種類和排布的位置。數(shù)。但不能確定原子的種類和排布的位置。v而而X射線對于晶體的衍射強度則決定于晶體中原射線對于

51、晶體的衍射強度則決定于晶體中原子的元素種類及其排列的位置。此外，強度還與子的元素種類及其排列的位置。此外，強度還與諸多其它的因素有關(guān)。諸多其它的因素有關(guān)。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心56物質(zhì)衍射線強度的物質(zhì)衍射線強度的表達(dá)式很復(fù)雜，但表達(dá)式很復(fù)雜，但是可以簡明地寫成是可以簡明地寫成下 面 的 形 式 ：下 面 的 形 式 ：v式中：式中：I0為單位截面積上入射的單色為單位截面積上入射的單色X射線強度；射線強度；|F|稱為結(jié)構(gòu)因子稱為結(jié)構(gòu)因子，取決于晶體的結(jié)構(gòu)以及晶體所含，取決于晶體的結(jié)構(gòu)以及晶體所含原子的性質(zhì)。原子的性質(zhì)。K是一個綜合因子，它與實驗時的

52、衍是一個綜合因子，它與實驗時的衍射幾何條件，試樣的形狀、吸收性質(zhì)，溫度以及其射幾何條件，試樣的形狀、吸收性質(zhì)，溫度以及其它一些物理常數(shù)有關(guān)。它一些物理常數(shù)有關(guān)。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心57v結(jié)構(gòu)因子結(jié)構(gòu)因子F可由下式求算：可由下式求算： 式中：式中：fi是晶體單胞中第是晶體單胞中第i個原子的散射因子，（個原子的散射因子，（xi、yi、zi）是第）是第i個原個原子的坐標(biāo)，子的坐標(biāo)，h、k、l是觀測的衍射線所對應(yīng)面網(wǎng)（是觀測的衍射線所對應(yīng)面網(wǎng)（hkl）的衍射指數(shù)，）的衍射指數(shù)，公式求和計算時需包括晶體單胞內(nèi)所有原子。公式求和計算時需包括晶體單胞內(nèi)所有原

53、子。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心582.3 布拉格方程的應(yīng)用布拉格方程的應(yīng)用v（1）已知晶體的）已知晶體的d值，通過測量值，通過測量，求特征，求特征X射射線的線的，并通過，并通過判斷產(chǎn)生特征判斷產(chǎn)生特征X射線的元素。射線的元素。這這主要應(yīng)用于主要應(yīng)用于X射線熒光光譜儀和電子探針中。射線熒光光譜儀和電子探針中。v（2）已知入射）已知入射X射線的波長，通過測量射線的波長，通過測量，求面，求面網(wǎng)間距。網(wǎng)間距。并通過面網(wǎng)間距，測定晶體結(jié)構(gòu)或進行并通過面網(wǎng)間距，測定晶體結(jié)構(gòu)或進行物相分析。物相分析。n = 2d sinq q西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分

54、分 析析 測測 試試 中中 心心592.4 獲得晶體衍射花樣的三種基本方法獲得晶體衍射花樣的三種基本方法v（1）勞埃法（勞厄法）勞埃法（勞厄法）v（2）旋轉(zhuǎn)晶體法）旋轉(zhuǎn)晶體法v（3）粉末法）粉末法 西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心60（1）勞埃法（勞厄法）勞埃法（勞厄法）v勞埃法也稱固定單晶法。用連續(xù)勞埃法也稱固定單晶法。用連續(xù)X射線譜作為入射線譜作為入射光源，單晶固定不動，入射線與各衍射面的射光源，單晶固定不動，入射線與各衍射面的夾角也固定不動，靠衍射面選擇不同波長的夾角也固定不動，靠衍射面選擇不同波長的X射射線來滿足布拉格方程。產(chǎn)生的衍射線表示了各線來

55、滿足布拉格方程。產(chǎn)生的衍射線表示了各衍射面的方位，固此法能夠反映晶體的取向和衍射面的方位，固此法能夠反映晶體的取向和對稱性。對稱性。v勞埃法主要用于分析晶體的對稱性和進行晶體勞埃法主要用于分析晶體的對稱性和進行晶體定向。定向。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心61勞埃法（勞厄法）勞埃法（勞厄法）西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心62（2）旋轉(zhuǎn)晶體法）旋轉(zhuǎn)晶體法v旋轉(zhuǎn)單晶法是用單色旋轉(zhuǎn)單晶法是用單色X射射線照射單晶體，并且使晶線照射單晶體，并且使晶體不斷地旋轉(zhuǎn)。即固定體不斷地旋轉(zhuǎn)。即固定X射線的波長，不斷改變射線的波長，不斷

56、改變角，角，使某些面網(wǎng)在一定的角度使某些面網(wǎng)在一定的角度時，能滿足布拉格方程，時，能滿足布拉格方程，而產(chǎn)生衍射。而產(chǎn)生衍射。旋轉(zhuǎn)晶體法旋轉(zhuǎn)晶體法主要用于研究晶體結(jié)構(gòu)主要用于研究晶體結(jié)構(gòu) 。旋轉(zhuǎn)晶體法旋轉(zhuǎn)晶體法西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心63（3）粉末法）粉末法v粉末法是通過單色粉末法是通過單色X射線照射多晶體樣品，入射射線照射多晶體樣品，入射X射線波長固定。通過無數(shù)取向不同的晶粒來獲得射線波長固定。通過無數(shù)取向不同的晶粒來獲得滿足布拉格方程的滿足布拉格方程的角。角。 v當(dāng)波長一定的當(dāng)波長一定的X射線照射多晶體樣品時，但由于樣射線照射多晶體樣品時，但由于

57、樣品中有無數(shù)個晶體，且品中有無數(shù)個晶體，且每個晶體的取向每個晶體的取向是不同，是不同，總可以找到一些顆粒中的某個面網(wǎng)，它與總可以找到一些顆粒中的某個面網(wǎng)，它與X射線的射線的夾角恰好滿足布拉格方程，而產(chǎn)生衍射。夾角恰好滿足布拉格方程，而產(chǎn)生衍射。v粉末法是粉末法是X射線衍射分析中最常用的方法。主要用射線衍射分析中最常用的方法。主要用于物相分析，點陣參數(shù)的測定等。于物相分析，點陣參數(shù)的測定等。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心64西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心652.5 X射線衍射儀射線衍射儀西西 南南 科科 技技 大大

58、學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心663 X-射線衍射分析應(yīng)用射線衍射分析應(yīng)用v3.1 物相分析物相分析v3.2 定量分析定量分析v3.3 晶胞參數(shù)的精確測定晶胞參數(shù)的精確測定v3.4 晶粒尺寸和點陣畸變的測定晶粒尺寸和點陣畸變的測定v3.5 介孔材料、長周期材料的低角度區(qū)衍射介孔材料、長周期材料的低角度區(qū)衍射v3.6 薄膜的物相鑒定及取向測定薄膜的物相鑒定及取向測定v3.7 薄膜的反射率、厚度、密度及界面粗糙度測定薄膜的反射率、厚度、密度及界面粗糙度測定西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心673.1 物相分析物相分析v射線晶體照射到晶體所產(chǎn)生的衍射具有

59、一定的特征，可射線晶體照射到晶體所產(chǎn)生的衍射具有一定的特征，可用衍射線的方向及強度表征，根據(jù)衍射特征來鑒定晶體物用衍射線的方向及強度表征，根據(jù)衍射特征來鑒定晶體物相的方法稱為物相的方法稱為物相分析法相分析法。v材料性能不是簡單地由其元素或離子團的成分所決定，而材料性能不是簡單地由其元素或離子團的成分所決定，而是由這些成分所組成的物相、各物相的相對含量、晶體結(jié)是由這些成分所組成的物相、各物相的相對含量、晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)缺陷及分布情況情況等因素所決定的。為了研究構(gòu)、結(jié)構(gòu)缺陷及分布情況情況等因素所決定的。為了研究材料的相組成，相結(jié)構(gòu)、相變及結(jié)構(gòu)對性能的影響，確定材料的相組成，相結(jié)構(gòu)、相變及結(jié)構(gòu)對性能的

60、影響，確定最佳的配方與生產(chǎn)工藝，必須進行物相分析。最佳的配方與生產(chǎn)工藝，必須進行物相分析。西西 南南 科科 技技 大大 學(xué)學(xué) 分分 析析 測測 試試 中中 心心68物相分析原理物相分析原理v任何結(jié)晶物質(zhì)都有其特定的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括任何結(jié)晶物質(zhì)都有其特定的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括點陣類型、晶胞大小、晶胞中質(zhì)點的數(shù)目及坐標(biāo)等點陣類型、晶胞大小、晶胞中質(zhì)點的數(shù)目及坐標(biāo)等）。）。當(dāng)當(dāng)X射線通過晶體時，產(chǎn)生特定的衍射圖形，對應(yīng)一系射線通過晶體時，產(chǎn)生特定的衍射圖形，對應(yīng)一系列特定的面間距列特定的面間距d和相對強度和相對強度I/I1值。值。其中其中d與晶胞形狀與晶胞形狀及大小有關(guān)，及大小有關(guān)， I