最新x射线衍射分析前言

1、x射线分析系列教程射线分析系列教程page 1x x射线衍射分析射线衍射分析- -前言前言x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 2前前 言言 简单的回顾简单的回顾 1895年，物理学已经有了相当的发展，它的几个主要部年，物理学已经有了相当的发展，它的几个主要部门门-牛顿力学牛顿力学、热力学热力学和和分子运动论分子运动论、电磁学电磁学和和光学光学，都已经建立了完整的理论，在应用上也取得了巨大成果。都已经建立了完整的理论，在应用上也取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶了，以后这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶了，以后的任务无非是在细

2、节上作些补充和修正而已，没有太多的任务无非是在细节上作些补充和修正而已，没有太多的事好做了。的事好做了。 然而然而, x射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。因射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。因伦琴伦琴发现发现x射线，引发了一系列重大发现，把人们的注意力引向射线，引发了一系列重大发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命现代物理学革命的的序幕。序幕。 x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 3这一章这一章, ,主要介绍主要介绍x x射线发展史中几位重要的历史人物。射线发展史中几位重要的历史人物。伦琴伦琴

3、rntgenrntgen劳厄劳厄lauelaue布拉格父子布拉格父子braggbragg莫塞莱莫塞莱moseleymoseleyx射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 41.1.伦琴发现伦琴发现x x射线射线伦琴wilhelm konrad rntgen1845-1923 德国维尔茨堡大学实验德国维尔茨堡大学实验物理学家物理学家x射线的发现者射线的发现者1901年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 518451845年年3 3月月2727日生于德国莱茵省的雷内普（日生于德国莱茵省的雷内

4、普（lenneplennep）。）。18681868年伦琴毕业于瑞士苏黎世联邦工程学院，成为一年伦琴毕业于瑞士苏黎世联邦工程学院，成为一名机械工程师。名机械工程师。18691869年，获哲学博士学位。年，获哲学博士学位。18891889-18931893年任耶拿大学和乌德勒兹两大学的教授。年任耶拿大学和乌德勒兹两大学的教授。18941894-19001900年任维尔茨堡大学校长和慕尼黑物理研究年任维尔茨堡大学校长和慕尼黑物理研究所所长。他是柏林和慕尼黑科学院的通讯院士。所所长。他是柏林和慕尼黑科学院的通讯院士。 19231923年年2 2月月1010日因癌症在慕尼黑去世，享年日因癌症在慕尼黑去

5、世，享年7878岁。岁。 x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 6伦琴对科学作出的最大贡献是在伦琴对科学作出的最大贡献是在18951895年从实验中发现年从实验中发现了了x x射线，并随后对其性质进行了深入研究，从而为多射线，并随后对其性质进行了深入研究，从而为多种科学领域提供了一种有效的研究手段。他还有一项种科学领域提供了一种有效的研究手段。他还有一项意义重大的发现，就是所谓的意义重大的发现，就是所谓的伦琴电流伦琴电流。此外，他还。此外，他还在弹性、液体的毛细作用、气体比热、热在晶体中的在弹性、液体的毛细作用、气体比热、热在晶体中的传导、压电效应以及偏

6、振光的磁致旋转等方面也都有传导、压电效应以及偏振光的磁致旋转等方面也都有研究。研究。伦琴对科学有崇高的献身精神。他无条件地把伦琴对科学有崇高的献身精神。他无条件地把x x射线的射线的发现奉献给全人类，自己没有申请专利。发现奉献给全人类，自己没有申请专利。x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 72.x2.x射线的发现过程射线的发现过程18951895年，伦琴已经是五十岁的人了，当时他正担任维尔年，伦琴已经是五十岁的人了，当时他正担任维尔茨堡大学校长和该校物理研究所所长。茨堡大学校长和该校物理研究所所长。18951895年年1111月月8 8日，日，正当伦琴

7、继续在实验室里从事阴极射线的实验工作，一正当伦琴继续在实验室里从事阴极射线的实验工作，一个偶然事件吸引了他的注意。当时，房间一片漆黑，放个偶然事件吸引了他的注意。当时，房间一片漆黑，放电管用黑纸包严。他突然发现在不超过一米远的小桌上电管用黑纸包严。他突然发现在不超过一米远的小桌上有一块亚铂氰化钡做成的荧屏发出闪光。他很奇怪，就有一块亚铂氰化钡做成的荧屏发出闪光。他很奇怪，就移远荧光屏继续试验。只见荧光屏的闪光，仍随放电过移远荧光屏继续试验。只见荧光屏的闪光，仍随放电过程的节拍断续出现。他取来各种不同的物品，包括书本、程的节拍断续出现。他取来各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等等，放在放电管和

8、荧光屏之间，发现不同木板、铝片等等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样。有的挡不住，的物品效果很不一样。有的挡不住，有的起到一定的阻有的起到一定的阻挡作用。挡作用。x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 8伦琴意识到这可能是某种特殊的射线，它具有特别强的伦琴意识到这可能是某种特殊的射线，它具有特别强的穿透力，从来没有观察到过。于是立刻集中全部精力进穿透力，从来没有观察到过。于是立刻集中全部精力进行彻底的研究。他一连许多天把自己关在实验室里，连行彻底的研究。他一连许多天把自己关在实验室里，连自己的助手和家人都不告知。自己的助手和家人都不告知。

9、他把密封在木盒中的砝码放在这一射线的照射下拍照，他把密封在木盒中的砝码放在这一射线的照射下拍照，得到了模糊的砝码照片；他把指南针拿来拍照，得到金得到了模糊的砝码照片；他把指南针拿来拍照，得到金属边框的深迹；他把金属片拿来拍照，拍出了金属片内属边框的深迹；他把金属片拿来拍照，拍出了金属片内部不均匀的情况。他深深地沉浸在这一新奇现象的探讨部不均匀的情况。他深深地沉浸在这一新奇现象的探讨中，达到了废寝忘食的地步。中，达到了废寝忘食的地步。x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 9平时一直帮他工作的伦琴夫平时一直帮他工作的伦琴夫人感到他举止反常，以为他人感到他举止

10、反常，以为他有什么事情瞒着自己，甚至有什么事情瞒着自己，甚至产生了怀疑。六个星期过去产生了怀疑。六个星期过去了，伦琴已经确认这是一种了，伦琴已经确认这是一种新的射线。才告诉自己的亲新的射线。才告诉自己的亲人。人。18951895年年1212月月2222日，他邀日，他邀请夫人来到实验室，用他夫请夫人来到实验室，用他夫人的手拍下了第一张人手人的手拍下了第一张人手x x射线照片（如图）。射线照片（如图）。x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 1018951895年年底，他以通信方式将这一发现公之于众。题为年年底，他以通信方式将这一发现公之于众。题为一种新射线一

11、种新射线（初步通信）（初步通信）。伦琴在一开始并没弄清楚伦琴在一开始并没弄清楚x x射线的本质。因为当时电子还射线的本质。因为当时电子还未发现，阴极射线的本质还没有搞清楚。因此伦琴把这未发现，阴极射线的本质还没有搞清楚。因此伦琴把这种新发现的射线取名为种新发现的射线取名为x x射线。射线。 在伦琴之前，就有人在研究阴极射线的过程中发现了在伦琴之前，就有人在研究阴极射线的过程中发现了x射线，但没有得出正确的认识。而伦琴经过长期磨炼，射线，但没有得出正确的认识。而伦琴经过长期磨炼，掌握了完美的实验艺术，摆脱了任何偏见，在研究中一掌握了完美的实验艺术，摆脱了任何偏见，在研究中一贯严谨自觉，才抓住机遇

12、作出别人作不出的新发现。正贯严谨自觉，才抓住机遇作出别人作不出的新发现。正如法国微生物学家巴斯德的名言：如法国微生物学家巴斯德的名言：“机遇偏爱有准备的机遇偏爱有准备的头脑头脑。”x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 113.3.劳埃劳埃发展了发展了x x射线的衍射理论射线的衍射理论 19121912年有了一个惊人的进展，德国物理学家劳埃教授受到共振体间距年有了一个惊人的进展，德国物理学家劳埃教授受到共振体间距大小与散射关系的启发，又联想到矿物学家把矿物看成共振体规则排大小与散射关系的启发，又联想到矿物学家把矿物看成共振体规则排列的假想，认为如果用当时发

13、现的列的假想，认为如果用当时发现的x x射线射线照射晶体可能发生衍射。照射晶体可能发生衍射。 因此他用一束因此他用一束x x光束射向一块硫酸铜晶体并且尝试着用一个显像板来收光束射向一块硫酸铜晶体并且尝试着用一个显像板来收集被散射的射线。第一次实验并没有成功，但第二次实验得到了理想集被散射的射线。第一次实验并没有成功，但第二次实验得到了理想的结果，得到了透射衍射花样的照片（如下图），如果将试样转动，的结果，得到了透射衍射花样的照片（如下图），如果将试样转动，照片上的花样点（称之为劳埃点）也作相应变化，证明这些花样点是照片上的花样点（称之为劳埃点）也作相应变化，证明这些花样点是由于衍射击而产生。由

14、于衍射击而产生。 接着用接着用snssns、pbspbs、naclnacl等对称性较高的晶体做实验，相应地也得到了等对称性较高的晶体做实验，相应地也得到了对称性良好的衍射花样。很快人们就清楚任何晶体都具有这种类似的对称性良好的衍射花样。很快人们就清楚任何晶体都具有这种类似的现象，而点花样又和晶体的原子晶格结构有着密切关系。现象，而点花样又和晶体的原子晶格结构有着密切关系。 x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 12 根据劳厄斑点的根据劳厄斑点的 晶体可看作三维晶体可看作三维立体光栅立体光栅掌握晶体点阵结构掌握晶体点阵结构分布可算出晶面间距分布可算出晶面间

15、距x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 13德国物理学家德国物理学家劳厄劳厄m.von.laue(1879-1960)劳埃实验的成功可劳埃实验的成功可以认为是凝聚态物以认为是凝聚态物理学发展史上的一理学发展史上的一个里程碑，奠定了个里程碑，奠定了劳埃作为射线衍射劳埃作为射线衍射学的开拓者的历史学的开拓者的历史地位。地位。 x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 144.4.布拉格定律布拉格定律19131913年，年，w.l.braggw.l.bragg父子即对这些劳埃斑点进行了深入父子即对这些劳埃斑点进行了深入的研究

16、，证明劳埃衍射花样中的各个斑点可以认为是的研究，证明劳埃衍射花样中的各个斑点可以认为是由晶体中原子较密集的一些晶面反射而得出的，由此由晶体中原子较密集的一些晶面反射而得出的，由此得出著名的得出著名的布拉格公式：布拉格公式：n=2d sinn=2d sin（=波长波长 =入射角入射角 d=d=晶面间距）。晶面间距）。x x射线衍射分析的基础射线衍射分析的基础x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 155.5.莫塞莱定律莫塞莱定律19141914年也是年也是x x射线物理学进展的重要一年，莫塞莱射线物理学进展的重要一年，莫塞莱（henry gwyn-jeffr

17、eys moseleyhenry gwyn-jeffreys moseley）对）对x x射线轰击不同射线轰击不同靶金属后所产生的特征谱线进行了一系统研究靶金属后所产生的特征谱线进行了一系统研究 ，证证明如给各元素指定一定序号明如给各元素指定一定序号z（后来称之为原子序（后来称之为原子序数），任何元素数），任何元素x射线谱线的频率的平方根是原子序射线谱线的频率的平方根是原子序数的函数数的函数即即: :(1/(1/ ) )1/21/2=q(z-=q(z- ) )x x射线荧光分析的基础射线荧光分析的基础x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 166 1943

18、6 1943年：科学家获得年：科学家获得dnadna的的x x射线衍射图射线衍射图x射线分析系列教程射线分析系列教程厚积薄发厚积薄发 学而知新学而知新page 17英国科学家威廉英国科学家威廉阿斯伯里先从细胞中提取出阿斯伯里先从细胞中提取出dna，然，然后将针扎入有粘性的后将针扎入有粘性的dna溶液中，针在抽出时带出由溶液中，针在抽出时带出由dna分子组成的多股分子线，每根分子线大致相互平行。分子组成的多股分子线，每根分子线大致相互平行。对对 dna多股分子线进行多股分子线进行x射线照射，阿斯伯里在射线照射，阿斯伯里在1943年年获得了首张获得了首张 dna的的x射线衍射图。衍射图显示射线衍射图。衍射图显示dna具有具有规律性、周期性的结构。阿斯伯里提出核苷酸的碱基对规律性、周期性