X射线衍射为什么能测定晶体结构

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天天喜洋洋 网友

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1912年,德国物理学家劳厄发现,X射线通过晶体时,产生强度随方向而变化的散射效应,其强度变化是由于次生电磁波互相叠加和干涉造成的,这就是晶体X射线衍射.如果能找到一种波长适当的电磁波,让它通过晶体发生衍射,就能提供晶体内原子排布的信息,从而测定出晶体结构.1914年,劳厄因这一发现而荣获诺贝尔物理学奖金.X射线波长很短,约为10^-8厘米,晶体中原子间距离也在这个范围内,晶体恰好可以做为X射线的衍射光栅.X射线射入晶体使晶体中原子的电子发生周期性振动,并向周围空间发出电磁波,即次生X射线,从而引起散射.散射能力的大小与原子序和方向有关,原子序数大的原子具有较多的电子,散射能力强；在X射线入射的方向上散射能力强.在晶体结构研究中,劳厄提出了描述晶体X衍射基本条件的劳厄方程；1913年,英国物理学家布喇格提出了比较直观的X射线衍射方程,即布喇格方程,并因此荣获1915年度的诺贝尔物理学奖金.这两个方程的实质是一样的,都把X射线衍射方向和晶体单元晶胞参数联系起来,是确定晶体结构的重要依据.用X射线衍射测定单晶结构的具体方法有几种,依衍射强度记录方式不同可分为照相法和衍射仪法.例如,劳厄照相法,是用连续的X射线照射在静止不动的单晶体上,用平板底片拍摄衍射图,测量底片上衍射图的黑度获得衍射强度的数据,来测量晶体的对称性晶体的定向.韦森堡照相法是在晶体转动时底片也来回摆动,将原在同一层线的衍射线感光点分开,这种方法可以确定晶体微观对称性和晶格参数.现在最为通用的四圆单晶衍射仪,晶体取向和计数器调节都很方便,能准确测定晶体参数,并将衍射点的强度数据依次自动收集,简化了实验过程,提高了测试精确度,是当前晶体结构分析的强有力工具.用X射线衍射测定多晶样品成分和结构的方法即多晶X射线衍射法,也叫粉末法.

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