连续X射线谱:具有连续波长的X射线,其强度与波长的关系曲线即为连续X射线谱。标识X射线谱:当管电压增加到某一临界值以上时,在连续谱的背景上叠加一些强度突增的分立谱线,这些分立谱线称为标识X射线谱。
相干散射:X射线使物质中的电子在其电场的作用下产生强迫振动,每个受迫振动的电子便成为新的电磁波源向空间各个方向辐射与入射X射线频率相同的电磁波,这些新的散射波中间可以发生干涉作用,我们称这种散射为相干散射。
非相干散射:X射线与外层电子(受核束缚小)或自由电子碰撞时,电子获得一部分动能成为反冲电子,碰撞后的光子能力减少并偏离原来的传播方向,由于散射波波长随散射方向改变,与入射X射线不存在固定的位相关系,散射线之间不能发生干涉作用,我们称这种散射为非相干散射。
短波限:连续X射线谱的强度是随波长的变化而连续变化的,每条曲线都有一个强度最大值,并在短波长方向有一个波长极限,称为短波限。
吸收限:对于一种元素其质量吸收系数Um随着波长的变化有若干突变,发生突变的波长称为吸收限。
俄歇效应:物质受入射X射线作用,原子发生K系激发,若该过程中所释放出来的能量用来产生二次电离,使另一个核外电子脱离原子变为二次电子的现象称为俄歇效应。产生的二次电子的能量具有固定值,这种具有特征能量的电子称为俄歇电子。
质量吸收系数:表示单位重量物质对X射线强度的衰减程度,当物质状态发生改变时,它保持不变。
线吸收系数:表示单位体积物质对X射线强度的衰减程度,与物质的密度成正比。
荧光辐射、光电效应:当一个具有足够能量的光子从原子内部击出一个K层电子时,同样会发生象电子激发原子时类似的辐射过程,即产生标识X射线,这种以光子激发原子所产生的激发和辐射过程称为光电效应,被击出的电子称为光电子,所辐射出的次级标识X射线称为荧光X射线。
倒易矢量的基本性质:倒易矢量r*垂直于正点阵中的HKL晶面。倒易矢量的长度r*等于HKL晶面的面间距dHKL的倒数。
晶面指数、晶向指数:空间点阵的阵点平面和阵点直线相当于晶体结构中的晶面和晶向,在晶体学中阵点平面和阵点直线的空间取向分别用晶面指数和晶向指数来表示。
晶带定律:凡是属于[uvw]晶带的晶面,它们的晶面指数(HKL)都必须符合Hu+Kv+Lw=0,把这个关系式称为晶带定律。
晶带:在晶体结构或空间点阵中,平行于同一个方向的所有晶面族称为一个晶带,该方向称为晶带轴。
晶面族、晶向族:在晶体中,具有等同条件而只是空间位相不同的各组晶面(即这些晶面的原子排列情况和晶面间距等完全相同),可归并为一个晶面族。用{hkl}表示。与晶面族类似,晶体中因堆成关系而等同搞的各组晶向可归并为一个晶向族。用
选择反射:原子面不是对任意角度入射的X射线都能产生反射,只有当λ、θ和d三者之间满足布拉格方程时才能发生反射,X射线的这种反射称为选择反射。
结构因子:用来表征单胞的相干散射与单电子散射之间的对应关系的参量。
干涉面:把(hkl)晶面的n级反射看成与(hkl)晶面平行、面间距为dHKL=dhkl/n的晶面的一级反射。面间距dHKL的晶面并不一定是晶体中的原子面,是为了简化布拉格方程而引入的反射面,这样的反射面称为干涉面。
干涉指数:干涉面的面指数,常用HKL来表示。当干涉指数互为质数时,他就代表了一族真实的晶面。
PDF卡片:以d-I数据组代替衍射花样而制备的衍射数据卡片。
原子散射因子:用来表达一个原子散射和一个电子散射之间的对应关系。
多重因子:把同族晶面{HKL}的等同晶面数P称为衍射强度的多重因子。
系统消光:由于结构因子FHKL=0而使衍射线消失的现象称为系统消光,包括点阵消光和结构消光。
消光效应:由于晶面多次反射和入射线与反射线的想干作用对入射线强度的衰减称为消光效应。消光效应只有当晶体处于反射位置时才能产生,否则等于零。晶体的反射本领越强,消光效应越显著。
面角守恒定律:在相同的热力学条件下,同一物质的各晶体之间比较,相应晶面的大小形状和个数可以不同,但相应晶面夹角不变,一组特定的夹角构成这种物质所有晶体的共同特征。电子雪崩效应:当一个X射线光子进入计时器,使计时器内气体电离,在电场作用下,电离后的电子和争离子分别向两级运动,在电子向阳级运动的过程中逐渐被加速而获得更高的能量,这些电子和气体分子碰撞时将引起进一步电离,产生大量的电子涌向阳级,称为电子雪崩效应。
X射线衍射方法:A 劳埃法,该法采用连续X射线照射不动的单晶体。连续谱的波长有一个范围,对应的反射球也会处于两个球面之间,处于这两个球面内的倒易阵点,均会在一定的波长下会满足布拉格条件,从而产生衍射。主要用于分析晶体的对称性和进行晶体定向B 旋转晶体法,该法采用单色X射线照射转动的单晶体。在晶体转动的过程中,相当于处于O点的倒易点阵绕某个轴旋转,在某一瞬间总会有某一倒易阵点与厄瓦尔德球相交,相交的瞬间,与该倒易阵点对应的晶面就会产生衍射。主要用于研究晶体结构C、粉末法,该法采用单色X射线照射多晶试样。相当于位于O点的倒易阵点中,任意位向的阵点都有,则其中总会有与厄瓦尔德相交的,与该套倒易阵点对应的晶粒中,与厄瓦尔德球相交的晶面就能产生衍射。主要用于物相分析。
荧光辐射:具有足够能量的X射线光子从物质中的原子内部击出一个K层电子时辐射出特征辐射。其波长与吸收限频率有关,会造成X射线衍射分析图像背底增强,对分析不利。非相干散射:X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时,电子获得一部分动能成为反冲电子,光子也离开原来的方向,其波长与三射线和入射线的夹角有关,会在X射线衍射分析时增加连续背景,特别是对轻元素,这种散射非常显著,会给衍射分析带来很大困难。
采用滤波片的目的:在晶体X射线衍射分析时采用K系标识X射线作为辐射源时,避免同时出现由Ka及Kb的产生的两套衍射图案使衍射花样过于复杂。作用原理:K吸收限的特征,选择滤波片的K吸收限刚好位于辐射源Ka和Kb之间,而且尽量靠近Ka,这时滤波片对Kb的吸收很强烈,而对Ka的吸收却很小。
定性相分析原理:每种结晶物质都有其特定的结构参数,包括点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子(或者离子)的数目及其位置等等,而这些参数在X射线的衍射花样中均有所反映;尽管物相的种类有成千上万种,但就象人的指纹一样,没有两种衍射花样完全相同的物相!因此可以用X射线衍射花样唯一地确定物相;如果将几种物相混合,则得到的多晶衍射花样将是各个物相衍射结果的简单叠加。
步骤:①用衍射仪法获取衍射花样,计算晶面间距和确定衍射峰的相对强度:物相的定性分析对晶面间距的精确度要求并不很高,在衍射图上,可以取衍射峰的中线位置(估计即可)作为该线的2θ值,再用布拉格方程算出相应的晶面间距;定性分析时相对强度的测量一般是直接测量衍射峰的峰高,而不必采用积分强度,峰高也允许大致估计而无须精确测量,可以将最高峰定为100,并按此定出其它峰的相对强度;最好将上述数据做成一个晶面间距与相对强度的表格;②从前反射区(2θ<90°)中选取强度最大的三根衍射线,并使其d值
按强度递减的次序排列,又将其余线条按强度递减的顺序列于三强线之后;③在数字索引中找到与d1(最强线的晶面间距)对应的那组;④按次强线的晶面间距d2找到接近的几列,在同一组中,各列系按d2递减的顺序排列,这一点对检索十分重要;⑤检索这几列数据中第三个d 值是否与实验值相对应;如果某一或几列相符,再查看第4根线、第5根线直至第8根线,并从中找出最可能的物相及其卡片号;⑥从卡片库中抽出相应的卡片,将实验所得的d 值及相对强度与卡片上的数据详细对照,如果对应得很好,则物相鉴定即告完成;⑦如果在索引中找不到与实验结果完全匹配的条目,则应考虑如下的可能:a 、被测物质为单相,但由于择优取向等原因,使得本来应该是强度很弱的峰被选进了八强峰,这种情况下只要条目中绝大部分线满足条件即可,找出PDF 卡片后自然可以确定物相鉴定的正确与否;b 、被测物质中包含两种以上的物相,这种情况比较麻烦,首先要用排列组合的方式找出某一物相的三强线及其它衍射线,找出与其对应的条目后,找出PDF 卡片确定该物相,然后将该物相对应的线条剔除,并将剩下的线条的强度归一化后,按前面提到的顺序进行新一轮的物相鉴定。
定量相分析原理:①各相衍射峰的强度,随该相含量的增加而提高②多相衍射花样之间无干扰,只是所含物质的衍射花样的机械叠加而成。
K 值法步骤:测定①Kjs 值,制备一个待测相(j 相)和内标物质(S 相)重量为1:1的两相复合试样,测量此复合试样中j 及S 相某选测峰的衍射强度Ij 和IS 。因为此复合试样中W’j/Ws=1,故Kjs = Ij/IS ② 制备待测相的复合试样 向待测试样中掺入与测Kjs 时相同的内标物质(掺入量不限),混合均匀,即为待测相的复合试样 ③测量待测相的复合试样,所选测的衍射峰及实验条件与测定Kjs 时完全相同④计算待测相的含量,由测量待测相的复合试样所得的Ij 和IS 、S 相的掺入量Ws 、预先测出的Kjs 计算出W’j ,再利用关系式W ’j=Wj/(1-Ws) 即可求出Wj 。
衍射仪法优点:精度和灵敏度较高。连续扫描:扫射速度快,工作效率高,测量精度受扫射速度和时间常数的影响。适用于全扫射(如定性相分析)。步进扫描:测量精度高,能给出精确的衍射峰位,衍射线形积分强度和积分宽度等衍射信息,适用于各种定量分析。
e b A A F HKL ==
射振幅一个电子散射的相干散射的相干散射振幅一个单胞内所有原子散 e a f A A ==射振幅一个电子散射的相干散射振幅一个原子散射的相干散
角因子:θ
θθcos sin 2cos 122+由两部分组成,一部分是在单电子散射时引入的偏振因子2
2cos 12θ+,另一部分是由衍射几何特征而引入的θθcos sin 12,称为洛仑兹因子,角因子又称为洛仑兹-偏振因子。