第二章 X射线：本章主要介绍X射线、X射线衍射、多晶体分析方法及X射线衍射的物相分析。2.1X射线基础:1895 年 11 月 8 日，德国物理学伦琴在研究真空管高压放电现象时发现了X射线；X射线的发现揭开了20世纪物理学革命的序幕。1912年，德国劳厄发现X射线在晶体中的衍射现象。1913-1914年，英国物理学家Bragg父子利用X射线成功测定了NaCl晶体结构并提出了Bragg方程，开创了 X 射线晶体结构分析的历史。在真空中，凡是高速运动的带电粒子撞击任何物质时，均可产生X射线。用于衍射分析的X射线波长范围为0.05~0.25nm；波粒二象性；X 射线的一般性质。连续谱产生原因。短波极限，短波极限对应于能量最大的X射线光子，1个电子全部动能全部转化为1个X射线光子。特征谱产生机理，按照能量最低原理，电子具有尽量往低能级跑的趋势，当K层出现空位后，L、M、N……外层电子就会跃入此空位，同时将它们多余的能量以X射线光子的形式释放出来。特征谱的谱线组成。相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础；非相干散射线不会干涉形成衍射，散布于各方向强度一般很低，在衍射工作中形成连续背景。物质对X射线的吸收主要是原子内部的电子跃迁而引起的。在这个过程中，X射线的部分能量转变成光电子、荧光Ｘ射线及俄歇电子的能量。当X射线透过物质时，与物质相互作用而产生散射与真吸收，强度将被衰减。X 射线强度衰减主要是由真吸收所造成的(很轻的元素除外)，而散射只占很小一部分。质量吸收系数取决于X 射线的波长和吸收物质的原子序数Z。靶材和滤波片的选用。[单选题]X射线在穿透物质后衰减，除主要部分是由于真吸收消耗于光电效应和热效应外，还有一部分是偏离原来的方向，即发生了（）。选项:[荧光辐射, 俄歇效应, 散射, 透射]
2.2X射线衍射:介绍晶体的定义，空间格子是表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形，空间格子中的平行六面体有三个轴长：a、b、c 和三个轴角α 、β 、γ ，此六个参数称为晶格常数。自然界的晶体可划分为 7个晶系，每个晶系最多有 4种点阵，在 7 大晶系中只有 14 种布拉菲点阵。空间点阵中的结点平面和结点直线相当于晶体结构中的晶面和晶向，在晶体学中分别用晶面指数和晶向指数来表示它们的方向。为了研究衍射波的特性，简化衍射问题，1921年德国物理学家厄瓦尔德引入了倒易点阵的概念。布拉格方程是X射线在晶体中产生衍射必须满足的基本条件,它反映了衍射线方向与晶体结构之间的关系。 本节主要进行了布拉格方程的讨论，介绍了布拉格方程的应用。布拉格方程形式简单，能够说明衍射的基本关系，从实验角度有两方面应用：（1）结构分析：用已知λ的x-ray照射晶体，通过θ测量求得d，从而揭示晶体结构。（2）x-ray光谱学：用已知d的晶体来反射从样品发射出来的x-ray，通过θ测量求得未知x-ray波长λ。布拉格方程只是解决了 X 射线的衍射方向问题，对衍射强度的描述却无能为力。辐射线的强度，实质是其空间能量密度。基于光的波动性，射线强度与电磁波的振幅平方成正比；基于光的粒子性，强度则与单位面积的光子数成正比。由于衍射线的相互干涉，某些方向的强度将会有所加强，某些方向的强度将会减弱甚至消失，习惯上将这种现象称为系统消光。结构因子只与原子的种类以及在单胞中的位置有关，而不受单胞的形状和大小的影响。衍射线的强度反映了晶体物质内微观结构的信息，因此通过衍射强度的分析，能够最终完成晶体结构的分析。所以衍射强度分析是衍射分析基本理论的重要组成部分。影响实际单相粉晶的某条衍射线强度的因素是多方面的。了解影响衍射强度各因子的物理意义及其计算方法是必要的。
2.3多晶体分析方法:用特征 X 射线射到多晶粉末(或块状)上获得衍射谱图或数据的方法称为粉晶法或粉末法。当单色 X 射线以一定的入射角射向粉晶时，无规排列的粉晶中，总有许多小晶粒中的某些面网处于满足布拉格方程的位置，因而产生衍射。所以，粉晶衍射谱图是无数微小晶粒各衍射面产生衍射叠加的结果。衍射法在近几十年中得到了很大发展，粉末衍射仪应用最为广泛，它作为一种通用的实验仪器，在大多数场合下取代了照相法。考虑到衍射仪法是未来发展的趋势，本节重点介绍衍射仪法及其测量条件等相关内容。
2.4X射线衍射的物相分析:X 射线分析对象-各种元素形成的固定结构的化合物,即物相。任何一种结晶物质有特定的晶体结构,在X线照射下,产生特定的衍射花样。 多相试样的衍射花样由所含物质的衍射花样机械加和而成。 衍射花样数据:由d(衍射线位置)-I(衍射线相对强度组成。 分析方法:测得的d-I数据与已知d-I数据对比。衍射强度取决于两方面: 混合物中含量多少， 物质的吸收系数-依赖于相浓度；外标法是将所需标定物相的纯物质单独标定,然后与多相混合物中的待测相的相应衍射线强度比较进行；K值法利用预先测定好的参比强度K值,在定量分析时不需要做标准曲线,利用被测相质量含量和衍射强度的线性方程,通过数学计算而得到.
2.1X射线基础:1895 年 11 月 8 日，德国物理学伦琴在研究真空管高压放电现象时发现了X射线；X射线的发现揭开了20世纪物理学革命的序幕。1912年，德国劳厄发现X射线在晶体中的衍射现象。1913-1914年，英国物理学家Bragg父子利用X射线成功测定了NaCl晶体结构并提出了Bragg方程，开创了 X 射线晶体结构分析的历史。在真空中，凡是高速运动的带电粒子撞击任何物质时，均可产生X射线。用于衍射分析的X射线波长范围为0.05~0.25nm；波粒二象性；X 射线的一般性质。连续谱产生原因。短波极限，短波极限对应于能量最大的X射线光子，1个电子全部动能全部转化为1个X射线光子。特征谱产生机理，按照能量最低原理，电子具有尽量往低能级跑的趋势，当K层出现空位后，L、M、N……外层电子就会跃入此空位，同时将它们多余的能量以X射线光子的形式释放出来。特征谱的谱线组成。相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础；非相干散射线不会干涉形成衍射，散布于各方向强度一般很低，在衍射工作中形成连续背景。物质对X射线的吸收主要是原子内部的电子跃迁而引起的。在这个过程中，X射线的部分能量转变成光电子、荧光Ｘ射线及俄歇电子的能量。当X射线透过物质时，与物质相互作用而产生散射与真吸收，强度将被衰减。X 射线强度衰减主要是由真吸收所造成的(很轻的元素除外)，而散射只占很小一部分。质量吸收系数取决于X 射线的波长和吸收物质的原子序数Z。靶材和滤波片的选用。
2.2X射线衍射:介绍晶体的定义，空间格子是表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形，空间格子中的平行六面体有三个轴长：a、b、c 和三个轴角α 、β 、γ ，此六个参数称为晶格常数。自然界的晶体可划分为 7个晶系，每个晶系最多有 4种点阵，在 7 大晶系中只有 14 种布拉菲点阵。空间点阵中的结点平面和结点直线相当于晶体结构中的晶面和晶向，在晶体学中分别用晶面指数和晶向指数来表示它们的方向。为了研究衍射波的特性，简化衍射问题，1921年德国物理学家厄瓦尔德引入了倒易点阵的概念。布拉格方程是X射线在晶体中产生衍射必须满足的基本条件,它反映了衍射线方向与晶体结构之间的关系。 本节主要进行了布拉格方程的讨论，介绍了布拉格方程的应用。布拉格方程形式简单，能够说明衍射的基本关系，从实验角度有两方面应用：（1）结构分析：用已知λ的x-ray照射晶体，通过θ测量求得d，从而揭示晶体结构。（2）x-ray光谱学：用已知d的晶体来反射从样品发射出来的x-ray，通过θ测量求得未知x-ray波长λ。布拉格方程只是解决了 X 射线的衍射方向问题，对衍射强度的描述却无能为力。辐射线的强度，实质是其空间能量密度。基于光的波动性，射线强度与电磁波的振幅平方成正比；基于光的粒子性，强度则与单位面积的光子数成正比。由于衍射线的相互干涉，某些方向的强度将会有所加强，某些方向的强度将会减弱甚至消失，习惯上将这种现象称为系统消光。结构因子只与原子的种类以及在单胞中的位置有关，而不受单胞的形状和大小的影响。衍射线的强度反映了晶体物质内微观结构的信息，因此通过衍射强度的分析，能够最终完成晶体结构的分析。所以衍射强度分析是衍射分析基本理论的重要组成部分。影响实际单相粉晶的某条衍射线强度的因素是多方面的。了解影响衍射强度各因子的物理意义及其计算方法是必要的。
2.3多晶体分析方法:用特征 X 射线射到多晶粉末(或块状)上获得衍射谱图或数据的方法称为粉晶法或粉末法。当单色 X 射线以一定的入射角射向粉晶时，无规排列的粉晶中，总有许多小晶粒中的某些面网处于满足布拉格方程的位置，因而产生衍射。所以，粉晶衍射谱图是无数微小晶粒各衍射面产生衍射叠加的结果。衍射法在近几十年中得到了很大发展，粉末衍射仪应用最为广泛，它作为一种通用的实验仪器，在大多数场合下取代了照相法。考虑到衍射仪法是未来发展的趋势，本节重点介绍衍射仪法及其测量条件等相关内容。
2.4X射线衍射的物相分析:X 射线分析对象-各种元素形成的固定结构的化合物,即物相。任何一种结晶物质有特定的晶体结构,在X线照射下,产生特定的衍射花样。 多相试样的衍射花样由所含物质的衍射花样机械加和而成。 衍射花样数据:由d(衍射线位置)-I(衍射线相对强度组成。 分析方法:测得的d-I数据与已知d-I数据对比。衍射强度取决于两方面: 混合物中含量多少， 物质的吸收系数-依赖于相浓度；外标法是将所需标定物相的纯物质单独标定,然后与多相混合物中的待测相的相应衍射线强度比较进行；K值法利用预先测定好的参比强度K值,在定量分析时不需要做标准曲线,利用被测相质量含量和衍射强度的线性方程,通过数学计算而得到.
[判断题]特征X射线谱：当入射波增大到与阳极靶相适应的强度时，会在连续谱上出现一系列强度高、范围窄的线状谱线，这些谱线都是与特定的物质有严格恒定的关系，因此称为特征X射线谱。选项:[错, 对]
[判断题]结构因数：结构因数是表征单细胞对衍射强度的影响，只与原子的种类，在晶胞中的位置有关，而与晶胞大小和形状无关。选项:[错, 对]
[单选题]在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的核外电子叫做（）选项:[二次电子, 俄歇电子, X光子, 背散射电子]
[单选题]当一个K层电子被激发而形成空位时，一个M层电子填补K空位，产生的特征X射线称（） 射线。选项:[Kα , Mα , Mβ, Kβ ]
[单选题]如果(h k l)的晶面间距是d，则(nh nk nl)的晶面间距为选项:[dn , d/n, nd, d]
[判断题]布拉格方程式：散射线发生相干衍射，也可以称为晶面反射所必需满足的条件。方程式为2dsinθ= nλ.选项:[错, 对]
[单选题]俄歇电子产额随原子序数的增加而()。选项:[无规律, 增加, 不变, 减小]
[判断题]晶体是由原子在三维空间中规则排列而成的。在研究晶体结构时，一般只抽象出其重复规律。这种抽象的图形即为晶面指数。选项:[错, 对]
[判断题]X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学和X射线光谱学。选项:[对, 错]
