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简析X射线衍射仪XRD的基本原理

点击次数:213 发布时间:2020-09-15
   X射线衍射仪XRD是利用X射线在晶体物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术。每一种结晶物质,都有其特定的晶体结构,包括点阵类型、晶面间距等参数,用具有足够能量的X射线照射试样,试样中的物质受激发,会产生二次荧光X射线(标识X射线),晶体的晶面反射遵循布拉格定律。通过测定衍射角位置(峰位)可以进行化合物的定性分析,测定谱线的积分强度(峰强度)可以进行定量分析,而测定谱线强度随角度的变化关系可进行晶粒的大小和形状的检测。
  X射线同无线电波、可见光、紫外线等一样,本质上都属于电磁波,只是彼此之间占据不同的波长范围而已。X射线的波长较短,大约在10-8~10-10cm之间。X射线分析仪器上通常使用的X射线源是X射线管,这是一种装有阴阳极的真空封闭管,在管子两极间加上高电压,阴极就会发射出高速电子流撞击金属阳极靶,从而产生X射线。当X射线照射到晶体物质上,由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成,这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级,故由不同原子散射的X射线相互干涉,在某些特殊方向上产生强X射线衍射,衍射线在空间分布的方位和强度,与晶体结构密切相关不同的晶体物质具有自己独特的衍射样,这就是X射线衍射的基本原理。
  当一个外来电子将K层的一个电子击出成为自由电子(二次电子),这是原子就处于高能的不稳定状态,必然自发地向稳态过渡。此时位于外层较高能量的L层电子可以跃迁到K层。能量差ΔE=EL-EK=hν将以X射线的形式放射出去,其波长λ=h/ΔE必然是个仅仅取决于原子序数的常数。这种由L→K的跃迁产生的X射线我们称为Kα辐射,同理还有Kβ辐射,Kγ辐射。不过应当知道离开原子核越远的轨道产生跃迁的几率越小,所以高次辐射的强度也将越来越小。
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