x射線衍射分析-前言課件

1、X射線衍射分析-前言1前 言 簡單的回顧 1895年，物理學(xué)已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，它的幾個主要部門-牛頓力學(xué)、熱力學(xué)和分子運動論、電磁學(xué)和光學(xué)，都已經(jīng)建立了完整的理論，在應(yīng)用上也取得了巨大成果。這時物理學(xué)家普遍認(rèn)為，物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頂了，以后的任務(wù)無非是在細(xì)節(jié)上作些補充和修正而已，沒有太多的事好做了。 然而, X射線的發(fā)現(xiàn)喚醒了沉睡的物理學(xué)界。因倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，引發(fā)了一系列重大發(fā)現(xiàn)，把人們的注意力引向更深入、更廣闊的天地，從而揭開了現(xiàn)代物理學(xué)革命的序幕。 2這一章,主要介紹X射線發(fā)展史中幾位重要的歷史人物。倫琴Rntgen勞厄Laue布拉格父子Bragg莫塞萊Moseley31.倫琴發(fā)現(xiàn)X射線倫

2、琴Wilhelm Konrad Rntgen1845-1923 德國維爾茨堡大學(xué)實驗物理學(xué)家X射線的發(fā)現(xiàn)者1901年諾貝爾物理學(xué)獎41845年3月27日生于德國萊茵省的雷內(nèi)普（Lennep）。1868年倫琴畢業(yè)于瑞士蘇黎世聯(lián)邦工程學(xué)院，成為一名機(jī)械工程師。1869年，獲哲學(xué)博士學(xué)位。1889-1893年任耶拿大學(xué)和烏德勒茲兩大學(xué)的教授。1894-1900年任維爾茨堡大學(xué)校長和慕尼黑物理研究所所長。他是柏林和慕尼黑科學(xué)院的通訊院士。 1923年2月10日因癌癥在慕尼黑去世，享年78歲。 52.X射線的發(fā)現(xiàn)過程1895年，倫琴已經(jīng)是五十歲的人了，當(dāng)時他正擔(dān)任維爾茨堡大學(xué)校長和該校物理研究所所長。1

3、895年11月8日，正當(dāng)倫琴繼續(xù)在實驗室里從事陰極射線的實驗工作，一個偶然事件吸引了他的注意。當(dāng)時，房間一片漆黑，放電管用黑紙包嚴(yán)。他突然發(fā)現(xiàn)在不超過一米遠(yuǎn)的小桌上有一塊亞鉑氰化鋇做成的熒屏發(fā)出閃光。他很奇怪，就移遠(yuǎn)熒光屏繼續(xù)試驗。只見熒光屏的閃光，仍隨放電過程的節(jié)拍斷續(xù)出現(xiàn)。他取來各種不同的物品，包括書本、木板、鋁片等等，放在放電管和熒光屏之間，發(fā)現(xiàn)不同的物品效果很不一樣。有的擋不住，有的起到一定的阻擋作用。7倫琴意識到這可能是某種特殊的射線，它具有特別強(qiáng)的穿透力，從來沒有觀察到過。于是立刻集中全部精力進(jìn)行徹底的研究。他一連許多天把自己關(guān)在實驗室里，連自己的助手和家人都不告知。他把密封在木盒

4、中的砝碼放在這一射線的照射下拍照，得到了模糊的砝碼照片；他把指南針拿來拍照，得到金屬邊框的深跡；他把金屬片拿來拍照，拍出了金屬片內(nèi)部不均勻的情況。他深深地沉浸在這一新奇現(xiàn)象的探討中，達(dá)到了廢寢忘食的地步。81895年年底，他以通信方式將這一發(fā)現(xiàn)公之于眾。題為一種新射線（初步通信）。倫琴在一開始并沒弄清楚X射線的本質(zhì)。因為當(dāng)時電子還未發(fā)現(xiàn)，陰極射線的本質(zhì)還沒有搞清楚。因此倫琴把這種新發(fā)現(xiàn)的射線取名為X射線。 在倫琴之前，就有人在研究陰極射線的過程中發(fā)現(xiàn)了X射線，但沒有得出正確的認(rèn)識。而倫琴經(jīng)過長期磨煉，掌握了完美的實驗藝術(shù)，擺脫了任何偏見，在研究中一貫嚴(yán)謹(jǐn)自覺，才抓住機(jī)遇作出別人作不出的新發(fā)現(xiàn)。

5、正如法國微生物學(xué)家巴斯德的名言：“機(jī)遇偏愛有準(zhǔn)備的頭腦?！?03.勞埃發(fā)展了X射線的衍射理論1912年有了一個驚人的進(jìn)展，德國物理學(xué)家勞埃教授受到共振體間距大小與散射關(guān)系的啟發(fā)，又聯(lián)想到礦物學(xué)家把礦物看成共振體規(guī)則排列的假想，認(rèn)為如果用當(dāng)時發(fā)現(xiàn)的X射線照射晶體可能發(fā)生衍射。因此他用一束X光束射向一塊硫酸銅晶體并且嘗試著用一個顯像板來收集被散射的射線。第一次實驗并沒有成功，但第二次實驗得到了理想的結(jié)果，得到了透射衍射花樣的照片（如下圖），如果將試樣轉(zhuǎn)動，照片上的花樣點（稱之為勞埃點）也作相應(yīng)變化，證明這些花樣點是由于衍射擊而產(chǎn)生。接著用SnS、PbS、NaCl等對稱性較高的晶體做實驗，相應(yīng)地也得

6、到了對稱性良好的衍射花樣。很快人們就清楚任何晶體都具有這種類似的現(xiàn)象，而點花樣又和晶體的原子晶格結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。 11勞厄斑點 根據(jù)勞厄斑點的 晶體可看作三維晶體底片鉛屏X 射線管立體光柵掌握晶體點陣結(jié)構(gòu)分布可算出晶面間距124.布拉格定律1913年，W.L.Bragg父子即對這些勞埃斑點進(jìn)行了深入的研究，證明勞埃衍射花樣中的各個斑點可以認(rèn)為是由晶體中原子較密集的一些晶面反射而得出的，由此得出著名的布拉格公式：n=2d sin（=波長 =入射角 d=晶面間距）。X射線衍射分析的基礎(chǔ)145.莫塞萊定律1914年也是X射線物理學(xué)進(jìn)展的重要一年，莫塞萊（Henry Gwyn-Jeffreys Mo

7、seley）對X射線轟擊不同靶金屬后所產(chǎn)生的特征譜線進(jìn)行了一系統(tǒng)研究 ，證明如給各元素指定一定序號Z（后來稱之為原子序數(shù)），任何元素X射線譜線的頻率的平方根是原子序數(shù)的函數(shù)即:(1/)1/2=Q(Z-)X射線熒光分析的基礎(chǔ)15英國科學(xué)家威廉阿斯伯里先從細(xì)胞中提取出DNA，然后將針扎入有粘性的DNA溶液中，針在抽出時帶出由DNA分子組成的多股分子線，每根分子線大致相互平行。對 DNA多股分子線進(jìn)行X射線照射，阿斯伯里在1943年獲得了首張 DNA的X射線衍射圖。衍射圖顯示DNA具有規(guī)律性、周期性的結(jié)構(gòu)。阿斯伯里提出核苷酸的堿基對“如同便士（英國的硬幣）一樣”一個壓一個摞在一起 。DNA的X射線衍射圖為最終揭示其結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。 17X射線的發(fā)現(xiàn)和廣泛應(yīng)用是廿世紀(jì)科學(xué)發(fā)展中最偉大成就之一圍繞X射線發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和應(yīng)用而進(jìn)行科研工作的科學(xué)家獲諾貝爾獎的就有近卅人之多1901年 倫琴(英) 獲諾貝爾物理獎1914年 勞埃(德) 獲諾貝