第四章X射线衍射-1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第四章,X,射线光谱与电子能谱分析法,一、概述,generalization,二、,X,射线与,X,射线谱,X-ray and X-ray spectrum,三,、,X,射线的吸收、散射和衍射,absorption,diffuse,and,diffraction,of X-ray,第一节,X,射线和,X,射线光谱分析,X-ray spectrometry and electron spectroscopy,X-ray and X-ray spectrum analysis,2026/1/29 周四,一、概述,generalization,X-,射线：波长0.00150,nm,；,X-,射线的能量与原子轨道能级差的数量级相同；,X-,射线光谱,X-,射线荧光分析,X-,射线吸收光谱,X-,射线衍射分析,X-,射线荧光分析,利用元素内层电子跃迁产生的荧光光谱，应用于元素的定性、定量分析；固体表面薄层成分分析；,2026/1/29 周四,电子能谱分析,电子能谱分析,紫外光电子能谱,X-,射线光电子能谱,Auger,电子能谱,利用元素受激发射的内层电子或价电子的能量分布进行元素的定性、定量分析；固体表面薄层成分分析；,2026/1/29 周四,共同点,(1)属原子发射光谱的范畴；,(2)涉及到元素内层电子；,(3)以,X-,射线为激发源；,(4)可用于固体表层或薄层分析,2026/1/29 周四,二、,X,射线与,X,射线光谱,X-ray and X-ray spectrum,1.初级,X,射线的产生,X-,射线：波长0.00150,nm,的电磁波；,0.0124,nm；(,超铀,K,系谱线)(,锂,K,系谱线),高速电子撞击阳极(,Cu、Cr,等重金属)：热能(99%)+,X,射线(1%),高速电子撞击使阳极元素的内层电子激发；产生,X,射线辐射；,2026/1/29 周四,2.,X,射线光谱,（1）连续,X,射线光谱,电子靶原子，产生连续的电磁辐射，连续的,X,射线光谱；,成因：,大量电子的能量转换是一个随机过程，多次碰撞；,阴极发射电子方向差异，能量损失随机；,2026/1/29 周四,（2）,X,射线特征光谱,特征光谱产生：,碰撞跃迁(高)空穴跃迁(低),特征谱线的频率：,R,=1.097,10,7,m,-1,Rydberg,常数；,核外电子对核电荷的屏蔽常数；,n,电子壳层数；,c,光速；,Z,原子序数；,不同元素具有自己的特征谱线,定性基础,。,2026/1/29 周四,跃迁定则：,(1)主量子数,n,0,(2),角量子数,L,=1,(3)内量子数,J,=,1，0,J,为,L,与磁量子数矢量和,S,；,n=,1,2,3，,线系,线系,线系；,L,K,层,K,；,K,1,、,K,2,M,K,层,K,；,K,1,、,K,2,N,K,层,K,；,K,1,、,K,2,M,L,层,L,；,L,1,、,L,2,N,L,层,L,；,L,1,、,L,2,N,M,层,M,；,M,1,、,M,2,2026/1/29 周四,特征光谱,定性依据,L,K,层；,K,线系；,n,1,=2，,n,2,=1；,不同元素具有自己的特征谱线,定性基础,；,谱线强度,定量,；,2026/1/29 周四,莫色莱定律,特征,X,射线谱的频率（或波长）只与阳极靶物质的原子结构有关，而与其他外界因素无关，是物质的固有特性。,1913,1914,年莫色莱发现物质发出的特征谱波长与它本身的原子序数间存在以下关系：,根据莫色莱定律，将实验结果所得到的未知元素的特征,X,射线谱线波长，与已知的元素波长相比较，可以确定它是何元素。,它是,X,射线光谱分析的基本依据,2026/1/29 周四,小结,连续谱,(,软,X,射线,),高速运动的粒子能量转换成电磁波,谱图特征,:,强度随波长连续变化,是衍射分析的背底,;,是医学采用的,特征谱,(,硬,X,射线,),高能级电子回跳到低能级多余能量转换成电磁波,仅在特定波长处有特别强的强度峰,衍射分析采用,2026/1/29 周四,三、,X,射线的吸收、散射与衍射,absorption,diffuse and diffraction of X-ray,1.,X,射线的吸收,d,I,0,=-,I,0,l,d,l,l,：,线性衰减系数；,d,I,0,=-,I,0,m,d,m,m,：,质量衰减系数；,d,I,0,=-,I,0,n,d,n,n,：原子衰减系数；,衰减系数的物理意义：单位路程(,cm,)、,单位质量(,g)、,单位截面(,cm,2,),遇到一个原子时，强度的相对变化（,衰减,）；,符合光吸收定律：,I,=,I,0,exp,(-,l,l,),固体试样时，采用,m,=,l,/,（：密度）；,2026/1/29 周四,X,射线与物质的相互作用,X,射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程。,一束,X,射线通过物体后，其强度将被衰减，它是被散射和吸收的结果，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。,2026/1/29 周四,光电效应小结,光电子,被,X,射线击出壳层的电子即,光电子,它带有壳层的特征能量,所以可用来进行成分分析,(XPS),俄歇电子,高能级的电子回跳,多余能量将同能级的另一个电子送出去,这个被送出去的电子就是,俄歇电子,带有壳层的特征能量,(AES),二次荧光,高能级的电子回跳,多余能量以,X,射线形式发出,.,这个二次,X,射线就是,二次荧光,也称荧光辐射同样带有壳层的特征能量,2026/1/29 周四,X,射线的吸收,X,射线的强度衰减：吸收+散射；,总的质量,衰减,系数,m,：,m,=,m,+,m,m,：质量吸收系数；,m,：质量散射系数；,N,A,：Avogadro,常数；,A,r,：,相对原子质量；,k,：,随吸收限改变的常数；,Z,：,吸收元素的原子序数；,：波长；,X,射线的,；,Z,，越易吸收；,，穿透力越强；,2026/1/29 周四,元素的,X,射线吸收光谱,吸收限(吸收边)：,一个特征,X,射线谱系的临界激发波长；,在元素的,X,射线吸收光谱,中,，,质量吸收系数,发生,突变,；呈现,非连续性,；上一个谱系的吸收结束，下一个谱系的吸收开始处；,能级(,M,K,),吸收限(波长,),，,激发需要的能量,。,2026/1/29 周四,2.,X,射线的散射,X,射线的强度衰减：吸收+散射；,X,射线的,；,Z,，越易吸收，,吸收散射,；,吸收为主；,，,Z,；穿透力越强；,对轻元素,N,C,O，,散射为主；,(1),相干散射(,Rayleigh,散射，弹性散射,),E,较小、,较长的,X,射线,碰撞(,原子中,束缚较紧、,Z,较大,电子),新振动波源群,（,原子中的电子）；与,X,射线的周期、频率相同，方向不同。,实验可观察到该现象；测量晶体结构的物理基础；,X,射线,碰撞,新振动波源群,相干散射,2026/1/29 周四,（2）非相干散射,Comptom 散射、非弹性散射；Comptom-吴有训效应；,X,射线,非弹性碰撞,，方向，变,反冲电子,波长、周相不同，无相干,=-=,K,(1-,cos,),K,与散射体和入射线波长有关的常数；,Z,，非相干散射；,衍射图上出现连续背景。,2026/1/29 周四,小结,相干散射,因为是相干波所以可以干涉加强,.,只有相干散射才能产生衍射,所以相干散射是,X,射线衍射基础,不相干散射,因为不相干散射不能干涉加强产生衍射,所以不相干散射只是衍射的背底,2026/1/29 周四,3,.,X,射线的衍射,相干散射线的干涉现象；,相等，相位差固定，方向同，,n,中,n,不同，产生干涉。,X射线的衍射线：,大量原子散射波的叠加、干涉而产生最大程度加强的光束；,Bragg,衍射方程：,DB,=,BF,=,d,sin,n,=2,d,sin,光程差为,的整数倍时相互加强；,2026/1/29 周四,Bragg,衍射方程及其作用,n,=2,d,sin,|,sin,|1；,当,n,=1,时，,n,/2,d,=,|,sin,|1，,即,2,d,；,只有当入射,X,射线的波长,2,倍晶面间距时，才能产生衍射,Bragg,衍射方程重要作用：,(1)已知,，测,角，计算,d,；,(2),已知,d,的晶体，测,角，得到特征辐射波长,，确定元素，,X,射线荧光分析的基础。,2026/1/29 周四,内容选择,第一节,X,射线与,X,射线光谱分析,X-ray and X-ray spectr,ometry,第二节,X,射线荧光分析,X-ray fluorescence spectrometry,第三节,X,射线衍射分析,X-ray diffraction analysis,第四节,X,射线光电子能谱,X-ray electron spectroscopy,结束,2026/1/29 周四,