第八節(jié)射線衍射法演示文稿

第八節(jié)射線衍射法演示文稿當前第1頁\共有20頁\編于星期五\23點優(yōu)選第八節(jié)射線衍射法當前第2頁\共有20頁\編于星期五\23點幾何晶體學的建立瑰麗多彩具有多面體外形的礦物晶體在古代就引起了人們的注意，成為人們觀察和欣賞的對象。人們對晶體一般規(guī)律的探索也是從研究晶體的外形開始的。

1669年，丹麥人斯登諾（Steno,N.1638-1686），1783年法國礦物學家愛斯爾（DeIIsle,R.1736-1790）分別在觀測各種礦物晶體時發(fā)現(xiàn)了晶體的第一個定律──晶面夾角守恒定律。當前第3頁\共有20頁\編于星期五\23點在19世紀初，晶體測角工作曾盛極一時，積累了關于大量天然礦物和人工晶體的精確觀測數(shù)據(jù)。這為進一步發(fā)現(xiàn)晶體外形的規(guī)律性（特別是關于晶體對稱性的規(guī)律）創(chuàng)造了條件。在晶體對稱性的研究中，關于對稱群的數(shù)學理論起了很大作用。

當前第4頁\共有20頁\編于星期五\23點在1805－1809年間，德國學者魏斯（）開始研究晶體外形的對稱性。

1830年德國人赫塞爾（Hessel,J.F.Ch.1796-1872），1867年俄國人加多林分別獨立地推導出，晶體外形對稱元素的一切可能組合方式（也就是晶體宏觀宏觀對稱類型）共有32種（稱為32種點群）。人們又按晶體對稱元素的特征將晶體合理地分為立方晶系、六方晶系等七個晶系。當前第5頁\共有20頁\編于星期五\23點

19世紀40年代，德國人弗蘭根海姆（）和法國人布拉維（BravaisA.1811-1863）發(fā)展前人的工作，奠定了晶體結(jié)構(gòu)空間點陣理論（即空間格子理論）的基礎。

德國人松克（Sohncke,L.1842-1897），提出晶體全部可能的微觀對稱類型共有230種（稱為230個空間群）。

當前第6頁\共有20頁\編于星期五\23點

1895年倫琴發(fā)現(xiàn)了Ｘ射線。當時沒有一個科學家想到要把Ｘ射線和幾何晶體學這兩件幾乎同時出現(xiàn)的重大科學成就聯(lián)系起來。人們沒有料到，在晶體學、物理學和化學這三個不同學科領域的接合部，一個新的重大突破正在醞釀之中。在1885－1890年間，俄國結(jié)晶學家弗多羅夫完成了230個空間群的嚴格的推引工作。在19世紀的最后十年中，幾何晶體學理論已全部完成。

當前第7頁\共有20頁\編于星期五\23點Ｘ射線晶體學的誕生1911年，勞厄詳細研究了光波通過光柵的衍射理論。當勞厄發(fā)現(xiàn)Ｘ射線的波長(1～10埃)和晶體中原子間距（1埃）二者數(shù)量級相同之后，他產(chǎn)生了一個非常重要的思想：如果Ｘ射線確實是一種電磁波，如果晶體確實如幾何晶體學所揭示的具有空間點陣結(jié)構(gòu)，那么，正如可見光通過光柵時要發(fā)生衍射現(xiàn)象一樣，Ｘ射線通過晶體時也將發(fā)生衍射現(xiàn)象，晶體可作為射線的天然的立體衍射光柵。

當前第8頁\共有20頁\編于星期五\23點弗里德里希和克尼平就在1912年4月21日以五水合硫酸銅晶體為光柵進行了勞厄推測的衍射實驗。經(jīng)過多次失敗，終于得到了第一張Ｘ射線衍射圖，初步證實了勞厄的預見，于1912年5月4日宣布他們實驗成功。接著勞厄等人又以ZnS、Cu、NaCl、黃鐵礦、熒石和氧化亞銅等立方晶體進行實驗，都得到了衍射圖。于是，晶體Ｘ射線衍射效應被發(fā)現(xiàn)了。

當前第9頁\共有20頁\編于星期五\23點第一，它證實了Ｘ射線是一種波長很短的電磁波，可以利用晶體來研究Ｘ射線的性質(zhì)，從而建立了Ｘ射線光譜學；并且對原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展也起了有力的推動作用。第二，它雄辯地證實了幾何晶體學提出的空間點陣假說，晶體內(nèi)部的原子、離子、分子等確實是作規(guī)則的周期性排列，使這一假說發(fā)展為科學理論。當前第10頁\共有20頁\編于星期五\23點第三，它使人們可利用Ｘ射線晶體衍射效應來研究晶體的結(jié)構(gòu)，這就導致了一種在原子──分子水平上研究化學物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要實驗方法──Ｘ射線結(jié)構(gòu)分析（即Ｘ射線晶體學）的誕生。這門新科學后來對化學的各分支以及材料學、生物學等都產(chǎn)生了深遠的影響。由于這一發(fā)現(xiàn)，勞厄于1914年被授予諾貝爾物理學獎。

當前第11頁\共有20頁\編于星期五\23點在上述勞厄發(fā)現(xiàn)的基礎上，英國人布拉格父子以及莫斯萊和達爾文（）為Ｘ射線晶體結(jié)構(gòu)分析的建立作了大量工作，其中特別是Ｗ.Ｌ.布拉格貢獻最大。布拉格父子因此共同獲得1915年諾貝爾物理學獎。

幾十年中，在Ｘ射線光譜學和Ｘ射線晶體結(jié)構(gòu)分析兩方面做出卓越貢獻，從而獲得諾貝爾物理化學獎或生理醫(yī)學獎的學者，竟超過10人！當前第12頁\共有20頁\編于星期五\23點自然科學發(fā)展證明：在不同學科的接觸點上往往是科學發(fā)展的新的生長點，?？扇〉弥卮蟪晒?。幾何晶體學、Ｘ射線晶體學和結(jié)晶化學的發(fā)展又一次生動地證明了這一點。當前第13頁\共有20頁\編于星期五\23點5.8X射線衍射法

5.8.1X射線的產(chǎn)生及晶體對X射線的衍射

5.8.2衍射方向與晶胞參數(shù)

5.8.3衍射強度與晶胞中原子的分布

5.8.4多晶粉末衍射

Contents當前第14頁\共有20頁\編于星期五\23點晶

體

的

X

射

線

衍

射

效

應

晶體的周期性結(jié)構(gòu)使它成為天然的三維光柵，周期與X光波長相當,能夠?qū)光產(chǎn)生衍射:當前第15頁\共有20頁\編于星期五\23點

5.8

X射線衍射法X射線衍射使我們了解了蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)當前第16頁\共有20頁\編于星期五\23點入射束通常作為晶體衍射而用的入射波有光子E=h=hc/λ，λ（?）=12.4/E（keV）當前第17頁\共有20頁\編于星期五\23點波長范圍在約1—1000pm，屬于x-ray范圍。用于測量晶體結(jié)構(gòu)的得X-Ray波長為50—250pm,這個波長范圍與晶體點陣面的間距大致相當。用來作為入射束的x-ray可以是連續(xù)譜或單色的，可用來分析晶體結(jié)構(gòu)。波長太大250pm，樣品對X-Ray吸收太大；波長太短50pm，衍射線過分集中在低角度區(qū)域，不易分辨。當前第18頁\共有20頁\編于星期五\23點晶體衍射所用的X-Ray，通常是在真空度約為10-4Pa的X-Ray管內(nèi)，用高壓加速得以高速運動的電子，沖擊陽極金屬靶面時產(chǎn)生的。當前第19頁\共有20頁\編于星期五\23點X射線的發(fā)生1.高速電子