目 录 第 章 X射线衍射分析 X射线物理挂础. 时线衍射几可多件 射线行射线 的强度 第六节 多品体的究方】 *4441444 S5S8858858 第九节 第十节 X射线衍射分忻在实它为面的用. 第二章电子显微分析 第一节 也字光基出 的相互牛用。 第四节 电子微分 分班装子A特尼 44 第三章热分析 三节 分折 变五节它热分折方法. *444* 第四 振动光谱 第三背 红外分光光度计 m 销五意光申子能遵分析 光电子的本原理‘. 光子能 致于能 第六意德衡保尔效应 所尔清仪 第五节 应用范围及示例. 第七章色谱的应用
第一章X射线衍射分析 前 X射线自从1895年被德国物理学家伦琴(W.C,Rontgen)发现以来，得到了极为广泛的 应用。除了大家熟知的医学诊断和治疗、工业探伤等应用外，在结品学、生物、化工和材料 科学研究方面的应用也极为重 1912年德国物理学家劳厄(M.Von,Laue)等人发现了X射线在晶体中的衍射现象，一方 面确证了X射线是一种电磁波，乃一方面又为用X射线研究品体材料开辟了道路。同年不 久，英国物理学家布喇格父子(W,H,B「agg和W.L,Bragg)首次利用X射线衍射方法测定了 NC晶体的结构，开创了X射线晶体结构分析的历史。自那以后，用X射线衍射方法不但 巴确定了数万种无机和有机晶体的结构，而A为金属、陶瓷、建筑、化工等材料的研究提供 了许多测试分析方法，归纳起来大致有以下几个方面： 1在单晶材料方面：除了晶体结构分析之外，主婴是根据X射线衍射线的方位及对称 性，判定晶体的对称性和取向方位，测定品体取向的目的是按一定结晶学方向制作元器件或 截取培有单品用的籽晶等，其次是用来观察品体缺陷、研究品体的完整性等。 2。在金属、陶瓷、建筑材料、矿物等研究方面，应用最多的是X射线物相分析，亦就 是根据试样的衍射线的位置、数自及相对强度等确定试样中包含有哪些结器物质以及它们的 相对含量。 3。根据X射线定性定量物州分析以及晶格常数随周溶度的变化等来剥定相图成周溶度 等。 4.根据X射线衍射线的线形及完化程度等来测定多品试样中晶粒大小、应力和应变情 况等
第一节X射线物理基础 一、X射线的性质 X射线从本质上来说，和无线电波、可见光、？射线等一样，也是电磁波，其波长范围 大约在0,01~100A之间，介于紫外线和Y射线之间，但没有明显的分界线，如图1-1所示。 0 104 图1一】电磁被谱及其在分析技术中的应用 电磷波是动电磁场的传播，可以用交变振动着的电场强度向量和磁场强度向量丑来 表征：E和H以相同的位相在两个互相垂直的平面上振动，而其传播方向则与向量E及H的方 郭垂直：并为右手螺卖法则所确定。如图1-2所示。X射线与其它电磁波一样，在真空中 的传播速疫为3：×0/3。电磁波的特征参数是振动电磁场的振幅E,及H。、振频率v和 被长1。在最简单的情况下，利用这三个参数可将电磁波谱表示为， 图】一2 电 Ext=Eo sin2a(-vt) (1-1) Ht=H。sim2r(于-vt) (1-2) 这里Ex和H分别是在传播方向上，坐标为x处的时刻的电场强度和磁场强度。另一方面 波长入、授动频率v以及传潘速度c之间又有下列关系：
A=o 大量实践证明，X射线与其它电磁波和微观粒子（中子、质子、电子等）一样，都具有被 动和粒子的双重特性，通常称为波粒二象性。一般说来，在解释与它的传插过程有关的干 违、衍射等现象时，必须把它看成是一种波，而在考虑它与其它物质的相互作用时，则将它 看作是一种微粒子流，这种微粒子通常称为光子。作为液看待时，用波长入、频率，、摄幅 E、H。以及传播方向来表征它1。而作光子流看待时，则用光子的能量E及动显P来表征 它们。波动与拉子的一重性可通下别经验公式联系起来， E=hy =h, 卫总h汉 （13) 这两个公式称作二象性公式，其中为普朗克常数。？为沿波的传插方向的失量，称作波失， 其长度等于波长的倒数，即 (1-4) X射线作为一种电磁波，在其传播过程中是携带着一定的能量的，所带能量的多少，即 表示其强弱的程度。通常以单位时间内，通过垂直于X射线传播方向的单位面积上的能量来 表示其强度，单位可用尔格/厘米秒： 当将X射线当作波时，根据经典物理学，其强度与 电场强度向壁的振幅E,的平方成正比， I=8元E阳 (1-5) 当将X射线看作光子流时，则它的强度为光子流密度和每个光子的能盘的乘积。 ,正因为X射线有一定的能量，所以它能使莹光屏发光，使庶片感光，还可使气体电篱 而且萤光屏的发光亮度、底片惑光黑度以及气体电离的程度都与X射线的强度有关。据此， 我们可以利用这些效应米检测X射线的存在及共强度。 二、X射线的获得 为了用X射线对物质的结构和成分进行研究和分析，要使用多种X射线源，其中用得最 多的是X射线机发出的X射线，其它还有同步辐射源和放射性同位素X射线源。 1,X射线机与X射线管 实验室中用的X射线通常是由X射线机产生的。X射线机的主要部件包括X射线管、高 压变压器及电压、电流的调节稳定系统等部份。其主电路如图13所示。~此外，：为了保证 X射线机的工作稳定，可罪和安全，还有不少辅助设备与电路，在此不再详述。 X射线管是X射线机的最臣要部件之一，它的种类很多，但使用最广的是封闭式热阴极 X射线管。图14是它的结构示意图。其中主要包括一个热阴极和一个阳极（通常又称之为 “轮”)，管内抽到10Tor的高真空，以保证热发射电子的自由运动。热阴极由绕成螺结 形的鹤丝制成，通电炽热后发出热电子，阴极灯丝外面还有一个金属敬焦罩，X射线篮使用 时，聚焦罩上的电压比灯丝负300V左，这样可以越到使电子束聚焦的作用。X射线籍的 阳极通常是在铜质底座上嵌以阳极靶材料制成，常用的靶材有W、Ag、Mo、Cu、Ni、Co F、Cr等。X射线管的口是用对x线吸收极小的材料如鼓、铝、轻质玻璃等制成的。 3
辆变压 L000 苏苏苏元 高压变压等 丝变阻器 tw 灯丝推压理 灯丝变压器 X射线管 1一3 X射线机主电路 1一4封闭式X射绒营结构示意图 1一灯丝：2一枭编器13一防极，4一窗口：5一管壳：8一管座 X射线机工作时，220V交流电经过调压器调压后，就输入到高压变压器的初级线酒上， 于是在高压变崖最的次级线圈上就有交流高压输出，经整沛后，就以负高压的形式加于X射 线管的热阴极上。热阴极上由炽热灯丝发出的热电子在此高电压的作用下，以极快速度撞向 阳授，这时就产X射线。这些X射线从X射线管的亩口射出来，就可供实验廊用，从X射 线管发出的X射线，其强度与阴极和阳极间所加的管电压V有关，还与通过X射线管的管电 流：有关。调节调压器和灯丝加热电流，就可改变管电压V和管电流：，从而改变X射线的 强度。 射线管工饰时，商速电子流打到靶上以后，一部分能量转化为X射线，而大都分能量 却变为热能，使靶（阳极）的温度急剧升高。因此为防止X射线管损坏，必赛琳阳最以适当方 式进行冷却，通常是通水冷却，对小功率的X射线管也有用风冷却的。 为了维实验时，必须提高X射线源的强度，这就要求加大射线营的功率酸度和总 功事。一般的射线管在35~50kV,10~35mA的范围内使用，知许负荷的为100W/mm左 右。要进一步加大功率密度，主要障码是电子束轰击阳极所产生的热能不能及时散发出表。 为了克服这→障，现在所用的办法是使阳极以300心「/mn左右的商速度作旋转运动。这祥， 受电子束藏击的点不断地改变，热就有充分的时间散发出去，这种旋转阳极的X射管量 火动率密度可达剩5000W/mm+左右。最大管放可达到500mA左右，其发出的X射线束强度 可比通港的X射线管大很多倍，这种X射线管由于有转动机构，需维：保养，所以都不是本 久密封式的，而是可拆式的，以便根据柠况拆卸调换阳极，并进行维修保养。图15是旋 转阳极结构示意图。 阳极靶上被电子束表击的区城称为焦点，X射线正是从焦点上发出来的，焦点的形状和