七章X射线衍射与荧光光谱

7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论1第七章第七章 X X射线衍射与荧光光谱射线衍射与荧光光谱(短波长的电磁波，短波长的电磁波，或称为高能光子或称为高能光子)X射线射线阴极射线实验阴极射线实验1895年伦琴（年伦琴（Roentgen）7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论2发展了发展了X射线射线的衍射理论的衍射理论X射线衍射学X射线光谱学X射线光谱学结晶化学结晶化学固体物理固体物理结构生物学X射线的发现和应用X射线的发现和应用1912年劳埃（年劳埃（Laue）开创了人类认开创了人类认识物质微观结识物质微观结构的新纪元构的新纪元7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论3X X射线的发现和广泛应用是廿世纪科学发展射线的发现和广泛应用是廿世纪科学发展中最伟大成就之一中最伟大成就之一围绕围绕X射线发现、射线发现、发展和应用而发展和应用而进行科研工作进行科研工作的科学家获诺的科学家获诺贝尔奖的就有贝尔奖的就有近卅人之多近卅人之多X射线衍射法射线衍射法结构测定结构测定X射线荧光光谱射线荧光光谱成分分析成分分析19011901年年 伦琴伦琴(英英)获诺贝尔物理奖获诺贝尔物理奖19141914年年 劳埃劳埃(德德)获诺贝尔物理奖获诺贝尔物理奖19151915年年 布拉格父子布拉格父子(英英)获诺贝尔物理奖获诺贝尔物理奖19361936年年 德拜德拜(英英/荷荷)获诺贝尔化学奖获诺贝尔化学奖19621962年年 奥森等奥森等3 3人人 获诺贝尔生物奖获诺贝尔生物奖1964年年 霍奇金霍奇金(英英/埃埃)获诺贝尔化学奖获诺贝尔化学奖19851985年年 豪普特曼等豪普特曼等2 2人人 获诺贝尔化学奖获诺贝尔化学奖 7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论47.1 X 7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点7.1.1 X7.1.1 X射线的产生及性质射线的产生及性质X射线射线=1104 p mX光子光子 =124104 124 e V 常用于结构测定常用于结构测定=50=50250 p m =248102 9960 e V 10-4Pa 30mA 104kV连续连续 X 射线射线特征特征 X 射线射线阳极滤光片冷却水i热阴极高压电源稳流电源电子器件+-v+7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论5X光管示意图光管示意图7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论61.1.连续连续 X X 射线射线Cu 靶靶 产产 生生 的的 X 射射 线线 谱谱E=mv2=eV min=hc/E=hc/eV=pm白白 色色 射射 线线伏）(1234500V21特特 征征 X 射射 线线7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论72.2.特征特征X X射线射线Cu（K 1）：）：154.056pm；（K 2）：）：154.439pm；平均平均（K）：）：154.18pm （K）：）：139.222pm7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论87.1.2 X7.1.2 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用X射线射线 物体物体反射（小部分）朗伯定律尔吸收（部分）：满足比波长短，透射力强透射（大部分）：因为X射线射线波长短，穿透能力强波长短，穿透能力强比尔比尔-朗伯定律朗伯定律 I=Ioe-l，其中其中Io和和I分别是入射和出射强度分别是入射和出射强度，l是物体厚度，是物体厚度，为线性吸收系数为线性吸收系数，Z4 n（指数指数n=2.53）7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论9靶子材料的特征波长及滤色片的选用靶子材料的特征波长及滤色片的选用靶子靶子（原子序数）（原子序数）K 波长波长（pm）滤色材料滤色材料（原子序（原子序数）数）K 临界吸收波长临界吸收波长（pm）滤色片厚度要求滤色片厚度要求（m）铬铬 Cr（24）229.09钒钒 V（23）209.615.3铁铁 Fe（26）193.73锰锰 Mn（25）189.615.1镍镍 Ni（28）165.91钴钴 Co（27）158.412.0铜铜 Cu（29）154.18镍镍 Ni（28）148.815.8钼钼 Mo（42）71.07锆锆 Zr（40）68.93.0银银 Ag（47）56.09钯钯 Pd（46）50.941.0选择比靶子元素低一至二个原选择比靶子元素低一至二个原子序数的元素作为滤色片材料子序数的元素作为滤色片材料7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论10吸收的吸收的X X射线与物质粒子作用的二种效应射线与物质粒子作用的二种效应射线改变方向的次生换）位相，波长不变，相干散射（没有能量交射线波长和方向改变的次生反冲电子换）不相干散射（有能量交散射效应荧光）（产生光电子和非散射效应：光电效应吸收XXX与本章内容有关的是与本章内容有关的是:X射线荧光产生的机理射线荧光产生的机理相干次生相干次生X射线产生的机理射线产生的机理7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论111 1、X X射线荧光发射射线荧光发射X 射射 线线荧荧 光光 X 射射 线线荧荧 光光 X 射射 线线 能能 量量 为为 E=EK-EL小小 于于 激激 发发 的的 X 射射 线线 能能 量量7.1 X 射线的产生、性质及特点射线的产生、性质及特点2022-10-18谱学导论谱学导论122 2、相干次生、相干次生X X射线的产生射线的产生X X光子光子平面电磁波平面电磁波h入原子核原子核电子相干次生相干次生X X射线射线相干次生相干次生X X射线射线 =入入球面电磁波球面电磁波不同电子为中心的相干次生不同电子为中心的相干次生X射线会产生干涉现象射线会产生干涉现象