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簡析X射線衍射儀XRD的基本原理

更新時間:2020-09-15      點擊次數(shù):8425
   X射線衍射儀XRD是利用X射線在晶體物質(zhì)中的衍射效應(yīng)進行物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的技術(shù)。每一種結(jié)晶物質(zhì),都有其特定的晶體結(jié)構(gòu),包括點陣類型、晶面間距等參數(shù),用具有足夠能量的X射線照射試樣,試樣中的物質(zhì)受激發(fā),會產(chǎn)生二次熒光X射線(標(biāo)識X射線),晶體的晶面反射遵循布拉格定律。通過測定衍射角位置(峰位)可以進行化合物的定性分析,測定譜線的積分強度(峰強度)可以進行定量分析,而測定譜線強度隨角度的變化關(guān)系可進行晶粒的大小和形狀的檢測。
  X射線同無線電波、可見光、紫外線等一樣,本質(zhì)上都屬于電磁波,只是彼此之間占據(jù)不同的波長范圍而已。X射線的波長較短,大約在10-8~10-10cm之間。X射線分析儀器上通常使用的X射線源是X射線管,這是一種裝有陰陽極的真空封閉管,在管子兩極間加上高電壓,陰極就會發(fā)射出高速電子流撞擊金屬陽極靶,從而產(chǎn)生X射線。當(dāng)X射線照射到晶體物質(zhì)上,由于晶體是由原子規(guī)則排列成的晶胞組成,這些規(guī)則排列的原子間距離與入射X射線波長有相同數(shù)量級,故由不同原子散射的X射線相互干涉,在某些特殊方向上產(chǎn)生強X射線衍射,衍射線在空間分布的方位和強度,與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)不同的晶體物質(zhì)具有自己*的衍射樣,這就是X射線衍射的基本原理。
  當(dāng)一個外來電子將K層的一個電子擊出成為自由電子(二次電子),這是原子就處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài),必然自發(fā)地向穩(wěn)態(tài)過渡。此時位于外層較高能量的L層電子可以躍遷到K層。能量差ΔE=EL-EK=hν將以X射線的形式放射出去,其波長λ=h/ΔE必然是個僅僅取決于原子序數(shù)的常數(shù)。這種由L→K的躍遷產(chǎn)生的X射線我們稱為Kα輻射,同理還有Kβ輻射,Kγ輻射。不過應(yīng)當(dāng)知道離開原子核越遠(yuǎn)的軌道產(chǎn)生躍遷的幾率越小,所以高次輻射的強度也將越來越小。

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