连续x射线特征,x射线的基本五大特征

XRD 1、连续X射线谱与特征x射线谱产生的机理 连续X射线谱: 从阴极发出的电子经高压加速到达阳极靶材时，由于单位时间内到达的电子数目极大，而且达到靶材的时间和条件各不相同，并且大多数电子要经过多次碰撞，能量逐步损失掉，因而出现连续变化的波长谱。 特征X射线谱: 从阴极发出的电子在高压加速后，如果电子的能量足够大而将 阳极靶原子中内层电子击出留下空位，原子中其他层电子就会跃迁以填补该空位，同时将多余的能量以X射线光子的形式释放出来，结果得到具有固定能量，频率或固定波长的特征X射线。 书上答：原子系统中的电子遵从刨利不相容原理不连续的分布在K、L、M、N等，不同能级的壳层上，而且按能量最低原理从里到外逐层填充。当外来的高速度的粒子动能足够大时，可以将壳层中某个电子击出去，于是在原来的位置出现空位，原子系统的能量升高，处于激发态，这时原子系统就要向低能态转化，即向低能级上的空位跃迁，在跃迁时会有一能量产生，这一能量以光子的形式辐射出来，即特征X射线 2、 X射线谱的种类？各自的特征？ 两种类型：连续X射线谱和特征X射线谱 连续X射线谱：具有从某一个最短波长（短波极限）开始的连续的各种波长的X射线。它的强度随管电压V、管电流i和阳极材料原子序数Z的变化而变化。指X射线管中发出的一部分包含各种波长的光的光谱。从管中释放的电子与阳极碰撞的时间和条件各不相同，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱 特征X射线谱：也称标识X射线谱，它是由若干特定波长而强度很大的谱线构成的，这种谱线只有当管电压超过一定数值Vk(激发电压)时才能产生，而这种谱线的波长与X射线管的管电压、管电流等工作条件无关，只取决于阳极材料，不同元属制成的阳极将发出不同波长的谱线，并称为特征X射线谱

3、 X射线相干散射与非相干散射现象

相干散射：当X射线与原子中束缚较紧的内层电子相撞时，电子振动时向四周发射电磁波的散射过程。（这些散射波之间复合振动方向相同、频率相同、位相差恒定的光的干涉条件，所以可以发生干涉作用）

非相干散射：当X射线光子与束缚不大的外层电子或价电子或金属晶体中的自由电子相撞时的散射过程。

4、 光电子、荧光X射线以及俄歇电子的含义

光电效应：以光子激发原子所发生的激发和辐射过程。

光电子：光电效应中由光子激发所产生的电子（或入射光量子与物质原子中电子相互碰撞时被激发的电子）。

荧光X射线（二次特征X射线）：由X射线激发所产生的特征X射线。

俄歇电子：原子外层电子跃迁填补内层空位后释放能量并产生新的空位，这些能量被包括空位层在内的临近原子或较外层电子吸收，受激发逸出原子的电子叫做俄歇电子。

5、 短波限、吸收限

短波限：X射线管不同管电压下的连续谱存在的一个最短波长值。

吸收限：把一特定壳层的电子击出所需要的入射光最长波长。

6、 X射线与物质的如何相互作用的，产生那些物理现象？

X射线与物质的作用是通过X射线光子与物质的电子相互碰撞而实现的。

与物质作用后会产生X射线的散射（弹性散射和非弹性散射），X射线的吸收，光电效应与荧光辐射等现象

7、晶面及晶面间距

晶面：在空间点阵中可以作出相互平行且间距相等的一组平面，使所有的节点均位于这组平面上，各平面的节点分布情况完全相同，这样的节点平面成为晶面。

晶面间距：两个相邻的平行晶面的垂直距离。

8、晶面间距与点阵常数之间的关系(掌握立方晶系的)。

dhkl=a/sqrt(h2 k2 l2)

9、什么叫X射线的衍射？布拉格方程的表达式？各字母的含义？意义？极限条件？应用？

1）当一束X射线照射到晶体上，晶体中各个原子对X射线的相干散射波干涉叠加的现象叫X射线的衍射。

2）布拉格方程两种表达 1)普通形式：2dsinθ=nλ 2)标准形式：2dHKLsinθ=λ

3）其中d为晶面间距，（HKL）为衍射指数，θ为半衍射角，λ为X射线波长，n为整数，称衍射级数。

4）意义：仅当射向相邻原子面上的入射光程差为波长λ的整数倍时，相邻晶面的反射波才能干涉加强形成衍射线，产生衍射

5）极限条件：（2个）

1、2dsinθ=nλ =sinθ=nλ/(2d) ≤1 = n≤2d/λ 当入射线的波长和衍射面选定以后，d和λ的值都定了，可能有的衍射级数n也就确定了，所以一组晶面只能在有限的几个方向上“反射”X射线。

2、对于一定波长λ的X射线而言，晶体中能产生衍射的晶面族数也是有限的

sinθ=nλ/(2d) ≤1 d≥λ/2 也就是说晶面间距大于波长的二分之一的晶面才能产生衍射

6）应用：1、 测晶面间距d 2、测X射线波长 （利用XRF）

已知波长λ的X射线，测定θ角，计算晶体的晶面间距d，结构分析；

已知晶体的晶面间距，测定θ角，计算X射线的波长，X射线光谱学。

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11、阐述多晶体X射线衍射强度影响因素及其应用

1）参考P42-P50 影响X射线衍射强度的因素有如下5项：

①结构因子②角因子包括极化因子和洛仑兹因子③多重性因子④吸收因子⑤温度因子。

2）应用：利用各影响因子对衍射强度的影响，可判断出晶胞内原子的种类，原子个数，原子位置。

结构因子：①消光规律的判断；②金属间化合物的有序度的判断。

角因子：利用谢乐公式研究晶粒尺寸大小；

多重性因子：等同晶面对衍射强度的影响

吸收规律：试样形状和衍射方向的不同，衍射线在试样中穿行的路径便不同，引起吸收效果的不一样。

温度因子：研究晶体的热运动，测定热膨胀系数等。

12、X射线衍射方法

劳埃法、周转晶体法、粉末法

13、结构因子，系统消光

这种由于原子在晶体中的位置不同或者原子种类不同而引起的某些方向上的衍射线消失的现象，称为“系统消光”。

结构因子是定量表征原子排布以及原子种类对衍射强度影响规律的参数，即晶体结构对衍射强度的影响因子。也称作结构因素。

14、结构因子的计算

1）简单点阵

每个晶胞中只有一个原子a，其位置在原点（000）处：

F2＝[facos2π(0)]2＋[fa sin2π(0)]2＝fa 2

∴ F＝fa

可见：

①结构因子与晶面指数（hkl）无关，表明所有晶面均有反射，均能衍射。

②所有晶面的结构因子大小一样。

2）体心点阵

单位晶胞中有两个原子，N＝2，

其坐标为（000）、（1/2 1/2 1/2）

设为同种原子，即f1＝f2＝fa。则：

F2＝fa2·[1＋cosπ(h＋k＋l)]2

F＝fa·[1＋cosπ(h＋k＋l)]

结论：

h＋k＋l＝偶数时，F＝2fa，产生衍射；

h＋k＋l＝奇数时，F＝0，不产生衍射。

3）面心点阵

N＝4，其坐标为：（000）、（1/2 1/2 0）、（1/2 0 1/2）、（0 1/2 1/2）。

设为同种原子，f1＝f2＝f3＝f4＝fa，则：

F2＝fa2·[1＋cosπ(h＋k)＋cosπ(k＋l)＋cosπ(h＋l)]2

F＝fa·[1＋cosπ(h＋k)＋cosπ(k＋l)＋cosπ(h＋l)]

结论：

若h、k、l全奇或者全偶时，F＝4·fa，有衍射；

若h、k、l不是全奇或者全偶时，F＝0，没有衍射。

4）底心斜方晶胞

（0、0、0）、（1/2、1/2、0)。

h、k全奇或全偶，F=2f，有衍射。

15、德拜相机

1）光阑的作用：限制入射线的不平行度和固定入射线的尺寸和位置，也成为准直管。

2）承光管的作用：监视入射线和试样的相对位置，同时吸收透射的X射线，保护操作者的安全。

3）底片的安装：正装法：几何关系和计算均较简单，常用于物相分析等工作

反装法：高角线弧对间距较小，有底片收缩造成的误差也较小，适用于点阵常数的测定

偏装法（不对称装法）：有反装法的优点，其外还可以直接由底片上测算出真实的圆周长，因此，消除了由于底片收缩、试样偏心以及相机半径不准确所产生的误差

16、物相的定性分析

1）基本原理

多晶体衍射线条的数目、位置及其强度，是每种物质的特征。——物相定性分析的原理。

如果试样中存在几种不同结构的物相，则所得衍射线条是各个单独物相衍射结果的简单叠加，其中，每个物相特有的衍射花样不变。——多相材料物相分析的原理

2）物相定性分析制备试样时注意事项

1必须使择优取向减至最小，因为择优取向能使衍射线条的相对强度明显地与正常值不同

2晶粒要细小

3注意相对强度随入射线波长不同而有所变化

4必须选取合适的辐射，使荧光辐射降至最低且能得到适当数目的衍射线条。

3）定性分析方法步骤与思路

1、拍摄并分析衍射花样或衍射图

①制备粉末衍射花样（德拜相），或者在衍射仪上测得衍射图。

注意：对复杂结构的化合物相，应该选用波长较长的X射线，这样可以使衍射线条尽可能分开，并避免漏掉大晶面间距的重要线条。

②测量衍射线条位置（2θ），计算出面间距d。

选择衍射峰的中线位置测出2θ角；

计算出d值，或者由2θ-d对照表查出d值。

注意：为了使d值具备足够的精度，2θ、d应分别给出0.010°和0.001位有效数字。

③测量相对强度I/I1。

若是德拜照片，常常采用目测法确定强度。一般将强度分为五级：

很强线-定为100；

强线-定为80～70；

中等线-定为60～50；

弱线-定为40～30；

很弱线-定为10～5。

2、查索引，比对卡片，确定物相种类

①从前反射区(2θ＜90°)中选出强度最大的三根线，并使其d值按强度递减次序排列，即：d1d2d3，其余线条的d值也按强度递减次序列于其后。

②在数值索引中找到最强线d1所在的大组。

③按次强线的面间距d2找到接近的几列。

④检查这几列数据中的第三个d值，看是否与待测试样的d3相符。

如果相符，再查看d4，d5，……，一直到八强线数据均进行过对照为止，最后从中找出最可能的物相及其卡片号。

⑤从档案中抽出卡片，将试验所得d—I/I1数据与卡片上的数据详细对照。如果完全符合，则物相鉴定完成。

给出物相定性分析与定量分析的原理及一般步骤。

答：定性分析：

原理：目前所知结晶物质，之所以表现出种类的差别，是由于不同的物质个具有自己特定的原子种原子排列方式和点阵常数，进而呈现出特定的衍射花样；多相物质的衍射花样互不干扰、相互独立，只是机械的叠加；衍射花样可以表明物相中元素的化学结合态。这样只要把晶体全部进行衍射或照相再将衍射花样存档，试验时，只要把试样的衍射花样和标准衍射花样相对比，从中选出相同者就可以确定了。

步骤：先求出晶面间距d和相对强度I/I1后有以下三个程序：

根据待测相得衍射数据，得出三强面的晶面间距值d1、d2、d3.

根据d1值，在数值索引中检索适当d组，找出与d1、d2、d3值复合较好的一些卡片。

把待测相的三强线的d值和I/I1值与这些卡片上各物质的三强线d值和I//I1值相比较，淘汰不相符的卡片，最后获得与试验数据一一吻合的卡片，卡片上所示物质即为待测相。

若待测试样为复相混合物时，需反复测试

定量分析：原理87页

17、物相的定量分析

1）基本原理：

物相定量分析的根据：

各相衍射线的强度，随该相的含量增加而提高。

但由于试样对X射线具有吸收作用，使得“强度”并不正比于“含量”，因此必须加以修正。

2）障碍：

择优取向

碳化物干扰

消光效应

微吸收效应

3）X射线物相定量分析的常用方法

内标法、外标法 和k值法 直接对比法

18、名词解释：

相干散射（汤姆逊散射）、不相干散射（康普顿散射）、荧光辐射、俄歇效应、吸收限、俄歇效应、晶面指数与晶向指数、晶带、X射线散射、衍射结构因子、多重因子、罗仑兹因子、系统消光

相干散射（汤姆逊散射）：X射线光子作用于内层电子，散射波波长不变，方向改变。

不相干散射（康普顿散射）：X射线与弱束缚的外层电子作用，使散射波波长变长，方向改变的散射。

荧光辐射：X射线将内层电子击出导致外层电子向内层跃迁引起的辐射。

俄歇效应：原子内层电子被击出，外层电子向该层跃迁，其能量被相邻电子吸收而激发成自由电子的现象。

吸收限：质量吸收系数发生突变的波长为~

晶面指数：结晶平面在三个坐标轴上截距倒数的最小整数比，用（hkl）表示

晶向指数：点阵中结点坐标的最小整数比，用[uvw]表示

晶带：晶体中平行于同一晶向的所有晶面的总体。

X射线散射： X射线与物质发生相互作用后传播方向发生改变的现象。

衍射结构因子：|F|=一个晶格内全部原子散射波的振幅之和/一个电子的散射波振幅，即晶胞内全部原子散射的总和为衍射结构因子。

多重因子：反映（hkl）晶面处于有利取向几率的因数，指某个面族中具有同样晶面间距的不同点阵面组数目。

罗仑兹因子：（1 cos22θ）/2sin2θ, 反映了晶块尺寸，参加衍射晶粒个数对衍射强度I的影响。

系统消光：由晶胞内原子种类，原子数量，原子位置而引起X射线衍射相消，其强度为零的现象。

19、残余应力与内应力。讨论内应力对X- Ray衍射线条的影响规律

1）残余应力：产生应力的各种外部因素撤出之后材料内部依然存在，并自身保持平衡的应力。

外部因素有相变、析出、温度变化、表面处理、材料加工、喷丸处理等。

2）内应力：产生应力的各种外部因素去除之后或在约束条件下，材料内部或构件中存在的并自身保持平衡的应力。

3）第一类内应力 宏观应力：使衍射峰左右移动

第二类内应力 微观应力：使衍射峰变宽

第三类内应力 超微观应力：使衍射峰的强度变弱

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电子显微分析

1、透射电子显微镜的技术指标。

分辨率、加速电压和放大倍数

2、电磁透镜的像差是怎样产生的，如何来消除或减小像差？

1）电磁透镜的像差可以分为两类：几何像差和色差。几何像差是因为投射磁场几何形状上的缺陷造成的，色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。几何像差主要指球差和像散。球差是由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律造成的，像散是由透镜磁场的非旋转对称引起的。

2）消除或减小的方法：

球差：减小孔径半角或缩小焦距均可减小球差，尤其小孔径半角可使球差明显减小。

像散：引入一个强度和方向都可以调节的矫正磁场即消像散器予以补偿。

色差：采用稳定加速电压的方法有效地较小色差。

3、说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么？如何提高电磁透镜的分辨率？

1）光学显微镜的分辨本领取决于照明光源的波长。

电磁透镜的分辨率由衍射效应和球面像差来决定，球差是限制电磁透镜分辨本领的主要因素。

2）若只考虑衍射效应，在照明光源和介质一定的条件下，孔径角α越大，透镜的分辨本领越高。若同时考虑衍射和球差对分辨率的影响，关键在确定电磁透镜的最佳孔径半角，使衍射效应斑和球差散焦斑的尺寸大小相等。

4、电子波有何特征？与可见光有何异同？

电子波的波长较短，轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦。其波长取决于电子运动的速度和质量，电子波的波长要比可见光小5个数量级。

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6、透射电镜主要由几大系统构成？各系统之间关系如何？

1）透射电镜由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部分组成。

2）电子光学系统通常称镜筒，是透射电子显微镜的核心，它的光路原理与透射光学显微镜十分相似。它分为三部分，即照明系统、成像系统和观察记录系统。

7、照明系统的作用是什么？它应满足什么要求？

1）照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。其作用是提供一束高亮度、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。

2）为满足明场像和暗场像需要，照明束可在 2