《x射線衍射分析》PPT課件

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1、近代分析方法??X射線衍射分析研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)講義2005.03.22X射線的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展（1）1895年德國物理學(xué)家倫琴W.C.Rontgen)首次發(fā)現(xiàn)X射線并攝下第一張手形照片（夫人手掌）。1901年獲得了歷史上第一個(gè)諾貝爾物理獎(jiǎng)。意義：1.最早用于醫(yī)療探傷、定位；2.為醫(yī)學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究立下了不可磨滅的功績。（2）1912年德國物理學(xué)家勞埃（M.Von.Laue)發(fā)現(xiàn)晶體的衍射現(xiàn)象。1914年獲得了第二個(gè)諾貝爾物理獎(jiǎng)重要意義：1.說明X射線的本質(zhì)2.證明了點(diǎn)陣?yán)碚?.導(dǎo)致X射線晶體學(xué)和光譜學(xué)的誕生（3）1915年英國物理學(xué)家布拉格父子（W.H.&W.L.Bragg）建立了X

2、射線衍射理論（著名的布拉格方程）開創(chuàng)了晶體結(jié)構(gòu)的X射線衍射測定法獲得了第三個(gè)諾貝爾物理獎(jiǎng)。意義：1.使人類得以定量地觀測原子在晶體中的位置2.為后人在不同領(lǐng)域的研究打下了理論基礎(chǔ)（4）1951年美國化學(xué)家鮑林（L.Pauling)測定多種氨基酸、肽的晶體結(jié)構(gòu)推斷出多肽鏈的a-螺旋體結(jié)構(gòu)1954年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1963年諾貝爾和平獎(jiǎng)。是我國兩位結(jié)構(gòu)化學(xué)奠基人的導(dǎo)師一生中在化學(xué)領(lǐng)域的三個(gè)主要貢獻(xiàn)（5）1962年英國化學(xué)家肯德魯（J.C.Kendrew）佩魯茨（M.F.Perutz）測定了鯨肌紅蛋白馬血紅蛋白的結(jié)構(gòu)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1.搞清楚蛋白質(zhì)肽鏈結(jié)構(gòu)歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)2.經(jīng)25

3、年破解血紅蛋白晶體結(jié)構(gòu)，定Fe在分子結(jié)構(gòu)中的位置，搞清楚O2和CO2在人體中的輸運(yùn)過程。（6）1962年英國科學(xué)家科瑞克（F.H.C.Crick）美國科學(xué)家沃森（J.D.Watson)測定脫氧核糖核酸（DNA）的雙螺旋結(jié)構(gòu)獲得諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。（7）1964年英國女科學(xué)家霍奇金（D.C.Hodgkin)分析測定了配尼西林（青霉素）維生素B12以及胰島素生物大分子的結(jié)構(gòu)獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。*青霉素的發(fā)現(xiàn)解救了當(dāng)時(shí)成千上萬人的生命（8）1976年美國化學(xué)家利普斯庫姆（W.N.Lipscomb）測定了長期懸而未決的硼烷碳硼烷結(jié)構(gòu)獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。（9）1985年美國化學(xué)家豪普

4、特曼（H.Hauptman)卡爾勒（J.Karle)從事直接法研究獲得成功，解決了X射線晶體結(jié)構(gòu)分析中的位相問題獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。（10）1988年美國化學(xué)家戴森豪佛（J.Deisenhaufer)德國科學(xué)家胡伯（R.Huber)麥徹（H.Michel)測定了光合作用中心的三維結(jié)構(gòu)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。二、X射線的產(chǎn)生與性質(zhì)在真空中當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊靶時(shí)產(chǎn)生X射線。X射線產(chǎn)生的條件：1.電子源??加熱燈絲產(chǎn)生電子（燈絲分點(diǎn)焦點(diǎn)和線交點(diǎn)）2.靶??電子撞擊產(chǎn)生X射線（有Cu靶，F(xiàn)e靶，Mo靶等）3.高壓??加速電子撞擊靶（轉(zhuǎn)靶衍射儀的高壓可達(dá)60kV）4.真空??使電子無阻地撞擊

5、靶保證高溫下燈絲、靶不被氧化5.冷卻水??帶走電子動(dòng)能轉(zhuǎn)化的熱量(99%)X射線的性質(zhì)X射線也是一種電磁波同樣具有波粒兩重性。波動(dòng)性??表現(xiàn)在:它以一定的波長和頻率在空間傳播，如晶體的衍射、干涉和偏振現(xiàn)象。粒子性??表現(xiàn)在:以光子的形式在輻射和吸收時(shí)具有能量、質(zhì)量和動(dòng)量。如光的發(fā)射、吸收和散射現(xiàn)象。三、特征X射線當(dāng)管電壓V達(dá)到某個(gè)靶材料激發(fā)電壓V激時(shí)產(chǎn)生的X射線稱之為特征X射線。特征X射線產(chǎn)生圖2.多電子原子的能級(jí)及其激發(fā)和標(biāo)識(shí)射線發(fā)射的示意圖特征X射線的特點(diǎn)1特征X射線的波長?對(duì)于構(gòu)成靶物質(zhì)的元素有特定值；陽極靶不同，其特征X射線的波長也不同；原子序數(shù)與波長成反比，即原子序

6、數(shù)越大波長越短。如：Fe26K?=1.94?Cu29K?=1.54?Mo42K?=0.71?特征X射線的特點(diǎn)2激發(fā)電壓V激—產(chǎn)生特征X射線所需的最低管電壓,我們稱為激發(fā)電壓；對(duì)不同陽極靶,激發(fā)電壓也不同,它由陽極靶的原子序數(shù)決定。一般地說，激發(fā)電壓大小與原子序數(shù)成正比。如：Fe26V激=7.1kVCu29V激=8.9kVMo42V激=20kV特征X射線的特點(diǎn)3當(dāng)管電壓超過激發(fā)電壓而進(jìn)一步升高時(shí)，K系特征X射線的波長不變,而強(qiáng)度按n次方的規(guī)律增大：I特征=ci(V-V激）nn=1.5～2特征X射線和連續(xù)X射線強(qiáng)度的比率，在X射線管的工作電壓V工為激發(fā)電壓V激的3-5倍時(shí)最大。即

7、：當(dāng)V工/V激=3-5時(shí)，I特/I連最大。特征X射線的特點(diǎn)4四、布拉格方程布拉格方程是結(jié)構(gòu)分析的最基本和最重要的公式。2dh?k?l?sin?hkl=n?（1）而dhkl?dh?k?l?/n（2）將（2）式代入（1）式，則得到：2dhklsin?hkl??（3）在用X射線衍射法測定晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，（3）式是通用的布拉格方程表達(dá)式。式中:d為晶面間距，?為布拉格角，?為入射X射線波長，n為衍射級(jí)數(shù)，h?k?l?為晶面指標(biāo)，hkl為衍射指標(biāo)，h=nh?，k=nk?，l=nl?。由布拉格方程可知：（1）sin?=