X射线的物理学基础-重点.ppt

1-4-4 X射线吸收规律的一些具体应用 X射线吸收现象的规律证明了这样的事实（这事实对于实际工作很重要），即吸收跳跃的波长比相应线系中最短的波长略为小些，事实上，它相当于从原子中将其能级电子打出所必须消耗的能量，而线系中波长最短的谱线相当于从原子中最远的能级跃迁到这个能级，后者的能量应略小于前者，既然K线系与K吸收限有如此关系，则一般拍摄衍射相时，最有利的条件应该是：用CuKα辐射直接研究含铜样品等，此时吸收最小。 通常在应用X射线研究晶体结构时往往需要单色光，要得到严格单色辐射的最直接方法是用“晶体单色器”，但简单的方法是用特殊的“滤光片”来获得不太严格的单色辐射，即用某种物质使Kβ线和连续辐射强烈吸收而对Kα线却吸收很小，这只要根据K吸收跳跃的特征，是完全可能做到的。 一﹑滤光片 在晶体X射线衍射分析采用K系标识X射线作为辐射（光）源时，为避免同时出现由Kα及Kβ的产生的两套衍射图案使衍射花样过于复杂，解决的办法是在入射X射线照射样品前先通过一个滤波片将入射X射线的Kβ成分吸收掉。 滤波片的选择: (1)它的吸收限位于辐射源的Kα和Kβ之间，且尽量靠近Kα 。强烈吸收Kβ，K吸收很小； (2)滤波片的以将Kα强度降低一半最佳； (3)Z靶40时 Z滤片=Z靶-1； (4)Z靶40时 Z滤片=Z靶-2； 例如, Cu靶可用Ni片(Cu: 29, Ni: 28); Co靶可用Fe滤片(Co: 27, Fe: 26); Mo靶可用Zr滤片(Mo: 42, Zr: 40). 常用靶材及其匹配的滤波片的数据列入书P30表1-2。按表中厚度制作的波滤片，滤波后Kβ/Kα的强度比为1/600。如果滤波片太厚，虽然Kβ可以进一步衰减，但kα也相应衰减。实践表明，当Kα强度被衰减到原来的一半时，Kβ/Kα的强度比将由原来的1/5降为滤波后的1/500左右，这对大多数衍射分析工作已经满意。在滤波片材料选定之后，可按需要的衰减比用公式计算滤波片的厚度。 对于几种阳极靶常采用的滤波片 阳极靶 滤波片 靶 材 原子 序数 Kα波长 ? Kβ波长 ? 材料 原子 序数 λ K ? 厚度* mm I/I0 (Kα) Cr 24 2.2909 2 .08480 V 23 2.2690 0.0169 0.50 Fe 26 1.9373 1.75653 Mn 25 1.8964 0.0168 0.46 Co 27 1.7902 1.62075 Fe 26 1.7429 0.0166 0.44 Ni 28 1.6591 1.50010 Co 27 1.6072 0.0158 0.53 Cu 29 1.5418 1.39217 Ni 28 1.4869 0.0170 0.40 Mo 42 0.7107 0.63225 Zr 40 0.6888 0.0678 0.31 Ag 47 0.5609 0.49701 Rh 45 0.5338 0.0480 0.29 * 滤波后的Kβ/ Kα强度比为1/600 二﹑靶的选择 在X射线衍射晶体结构分析工作中，我们不希望入射的X射线激发出样品的大量荧光辐射。大量的荧光辐射会增加衍射花样的背底，使图象不清晰。避免出现大量荧光辐射的原则就是选择入射X射线的波长，使其不被样品强烈吸收，也就是选择阳极靶材料，让靶材产生的特征X射线波长偏离样品的吸收限。 研究结构时所用X射线波长范围约为0.5~2.5?，波长太长，则易被吸收，波长太短，所得衍射花样密集于小角度范围而不易分辨，短波长辐射需用原子序数大的阳极，这时连续辐射与标识谱强度比会不恰当，而增加衍射相背景，因此如何根据被研究的样品来选择辐射是一个非常实际的问题。 最常用的靶有Cu、Cr、Fe、Co、Mo、Ag，其中Cu靶用得最多，这是因为Cu靶的功率负载大，Cu的Kα的波长为中等程度。对一般材料均是合适的波长，很遗憾的是Cu辐射对钢铁等黑色金属的研究并不适用 。 一般辐射选择的原则应该是 ： （a）必须得到较多的衍射线； （b）必须避免衍射线互相重迭靠得太近； （c）试样的吸收要小，因试样的吸收会使衍射线强度减弱，延长照相时间，并随试样对X射线的吸收会发生大量的荧光X射线，增加背景，为此必须按照被研究物质在辐射区域内的吸收曲线来考虑，如图1-25所示，选用的辐射波长应该位于吸收系数较低的区域（1）和（2）。 图1-25 辐射波长合适的区域 Z靶≤Z试样+1 例如研究纯铁(26)样品时，最好选用钴(27)靶或铁靶，而不能用镍(28)靶或铜(29)靶。因为铁的λK = 1.7429?，而钴、镍的Kα波长分别为1.7902?及1.6591?，这样由钴靶产生的X射线不能激发铁的K系荧光，同样铁靶产生的X射线也不能激发试