小角X射线散射演示文稿

小角X射线散射演示文稿第一页，共三十二页，编辑于2023年，星期二主要内容小角X射线散射基础理论产生小角X射线散射的情况小角X射线散射的体系以单散系为例讲解散射强度的几个公式单散射系散射的分析解释小角X射线散射系统简介小角X射线散射的应用第二页，共三十二页，编辑于2023年，星期二小角X射线散射基础理论20世纪初，伦琴发现了比可见光波长小的辐射。由于对该射线性质一无所知，伦琴将其命名为X射线(X-ray)。到20世纪30年代，人们以固态纤维和胶态粉末为研究物质发现了小角度X射线散射现象。当X射线照射到试样上时，如果试样内部存在纳米尺度的电子密度不均匀区，则会在入射光束周围的小角度范围内（一般2

6º）出现散射X射线，这种现象称为X射线小角散射或小角X射线散射（SmallAngleX-rayScattering），简写为SAXS。SAXS已成为研究亚微米级固态或液态结构的有力工具第三页，共三十二页，编辑于2023年，星期二X射线与物质的作用吸收体入射X射线热效应透射X射线散射X射线相干散射不相干散射荧光X射线电子反冲电子俄歇电子光电子康普顿散射汤姆逊散射光电效应第四页，共三十二页，编辑于2023年，星期二X射线X射线是一种波长很短（0.05-0.25nm）的电磁波当一束X射线照射到试样时，可观察到两个过程：1.若试样具有周期性结构（晶区），则X射线被相干散射，入射光和散射光之间没有波长的改变，这种过程称为大角X射线衍射效应。2.若试样具有不同电子密度的非周期性结构（晶区和非晶区），则X射线被不相干散射，有波长改变，这种过程称为小角X射线衍射效应。第五页，共三十二页，编辑于2023年，星期二射入晶体的X射线使晶体内原子的电子发生频率相等的强制振动，因此每个原子可作为一个新的X射线源向四周发射波长和入射线相同的次生X射线。他们波长相同，但强度非常弱。但在晶体中存在按一定周期重复的大量原子，这些原子产生的次生X射线会发生干涉现象。当次生X射线之间的光程差等于波长的整数倍时光波才会相互叠加，从而被观察到。X射线在晶体中衍射的基本原理第六页，共三十二页，编辑于2023年，星期二产生小角X射线散射的情况纳米尺寸的微粒子纳米尺寸的微孔洞存在某种任意形式的电子云密度起伏在高聚物和生物体中，结晶区和非晶区交替排列形成的长周期结构其物理实质在于散射体和周围介质的电子云密度的差异。第七页，共三十二页，编辑于2023年，星期二小角X射线散射的体系单散系。由稀疏分散、随机取向的、大小和形状一致的，具有均匀电子云密度的粒子组成。所谓的大小和形状一致是根据不同的研究对象进行不同的近似。随机取向是粒子处于各种取向的几率相同，总散射强度是粒子各种取向平均的结果。稀疏分散是粒子的尺寸比粒子间的距离小得多，可忽略粒子间散射的相干散射，将散射强度看做多个粒子的散射强度之和。均匀电子云密度指的是各个粒子的电子云密度相同。稀疏取向系。由相同形状和大小、均匀电子云密度，但相同一致取向的粒子组成。多分散系。由形状和电子云密度相同，但尺寸不同粒子所形成的随机取向、稀疏分布的粒子体系。稠密粒子系。大小、形状和电子云密度相同，随机取向的，粒子间距很小的粒子体系密度不均匀粒子系。大小、形状相同，随机取向的，稀疏分布的，电子云密度不均匀的粒子体系。任意系。不能包括在上述的体系。长周期结构。第八页，共三十二页，编辑于2023年，星期二a单散系b稀疏取向系c多分散系d稠密粒子系e密度不均匀粒子系f任意系g长周期结构第九页，共三十二页，编辑于2023年，星期二以单散系为例讲解散射强度的几个公式第十页，共三十二页，编辑于2023年，星期二单散系散射强度X射线是一种电磁波，X射线散射和衍射都是由于当X射线照到物体上时，物体的电子作受迫振动所辐射的电磁波互相干涉引起的物理现象。第十一页，共三十二页，编辑于2023年，星期二一个电子的散射强度X射线照到物体上时，物体中的每个电子都变成一个散射源，一个电子的不同方向的散射强度由汤姆逊公式决定：

因为散射角很小，所以所以在小角度范围内，一个电子的散射强度与散射角无关第十二页，共三十二页，编辑于2023年，星期二一个静止粒子的散射强度op如左图所示，入射方向与散射方向夹角为2θ。散射矢量入射方向散射方向一个电子第十三页，共三十二页，编辑于2023年，星期二只考虑相干散射(散射角很小，不相干散射可忽略不计），一个固定粒子散射强度求和形式第十四页，共三十二页，编辑于2023年，星期二单散体系中平均散射强度对于球形粒子第十五页，共三十二页，编辑于2023年，星期二球形粒子散射强度图第十六页，共三十二页，编辑于2023年，星期二对于半轴为a，a，wa的回转椭球形粒子纪尼叶近似律（一个粒子散射的近似表达式）注：适用于任何形状粒子，但不适用于散射曲线的高角部分第十七页，共三十二页，编辑于2023年，星期二

N个粒子的单散射体系,纪尼叶近似律两边取对数,作~图,在低角部分可得一条直线,斜率为a,则得回转半径第十八页，共三十二页，编辑于2023年，星期二单散射系散射的分析解释确定粒子的回转半径、粒子形状因子粒子间干涉影响的消除计算离子体积、粒子质量、比内表面确定粒子形状、粒子特征函数、距离分布函数、积分不变量顶峰分析判断粒子界面性质第十九页，共三十二页，编辑于2023年，星期二小角X射线散射仪准直系统，获得发散度很小的平行光束，分点准直和线准直。准直系统的狭缝越细越好，准直系统长度越长越好，这样可获得发散度很小的平行光束。试样架真空室接收系统第二十页，共三十二页，编辑于2023年，星期二小角X射线散射系统SAXS几何装置示意图X光源：（1）旋转阳极靶（2）同步辐射探测器：（1）照相法（2）计数管法（3）位敏探测器（4）成像板法第二十一页，共三十二页，编辑于2023年，星期二SAXS准直系统

—针孔准直系统使用真空准直配和照相法记录X射线强度，可得全方位的小角散射花样，适用于取向粒子，可避免准直误差，不适用于定量测定第二十二页，共三十二页，编辑于2023年，星期二四狭缝准直系统计数管接收散射X射线强度。第一二狭缝宽度固定。第三狭缝宽度可调，可挡住前两个狭缝产生的寄生散射第二十三页，共三十二页，编辑于2023年，星期二KratkyU准直系统较高的角度分辨率，扩展了粒度的研究范围。可获得小角度的散射强度数据，使得外推的零角散射强度值精确，提高积分不变量的计算精度第二十四页，共三十二页，编辑于2023年，星期二锥形准直系统多用于定量测定第二十五页，共三十二页，编辑于2023年，星期二BrukerSAXS仪（德国布鲁克）第二十六页，共三十二页，编辑于2023年，星期二RigakuSAXS仪（日本）第二十七页，共三十二页，编辑于2023年，星期二PhilipsSAXS仪（荷兰）第二十八页，共三十二页，编辑于2023年，星期二同步辐射SAXS仪第二十九页，共三十二页，编辑于2023年，星期二小角X射线散射方法的特点研究溶液中的微粒，最为简便研究生物体微结构，研究活体和动态过程某些高分子材料的散射强度很强研究高聚物流态过程确定粒子内部封闭内孔获得试样内统计平均信息可准确确定两相间比内表面和离子体积百分数等参数制样方便第三十页，共三十二页，编辑于2023年，星期二研究高分子结构的范围通过Guinier散射测定溶液中高分子的形态和尺寸，测定胶体中胶粒的形状、粒度及粒度分布，研究结晶高分子中晶粒、共混高分子中微区（分