XRD晶體結(jié)構(gòu)分析PPT課件.ppt

1、晶體結(jié)構(gòu)分析Crystal Structure Analysis，主要內(nèi)容，一、晶體概念，晶體是原子有規(guī)律重排的固體物質(zhì)acrystalisasolidinwhichtheconstituentatoms，molecules。 orionsarepackedinaregularlyordered，repeatingpatternextendinginallthreespatialdimensions.glass 3360 notregularlyordered，1912年內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間中周期性排列是晶體結(jié)構(gòu)的最本質(zhì)特征，是晶體具有多種特性的根源。 晶體是具有空間晶格結(jié)構(gòu)的固體，只有晶體才能

2、得到規(guī)則的衍射圖形。 晶體結(jié)構(gòu)模式圖(按周期規(guī)則重復(fù)排列)、非晶結(jié)構(gòu)模式圖、長(zhǎng)過(guò)程和局部順序、晶體、多晶(玻璃)、非晶(液體)、長(zhǎng)距離有序短距離有序、長(zhǎng)距離無(wú)序短距離有序、長(zhǎng)距離無(wú)序短距離無(wú)序、晶體的基本性質(zhì)晶體的基本特征：其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性、反射鏡、德國(guó)學(xué)者、黑塞爾、 德國(guó)學(xué)者、布拉維、法國(guó)科學(xué)家、斯坦諾、丹麥學(xué)者、1669、費(fèi)多洛夫、德國(guó)科學(xué)家、1669晶體對(duì)稱定律晶帶的定律晶體，僅1、2、3、4、6這5種旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸晶體的任意一個(gè)晶面屬于至少2個(gè)晶帶。 Nicolaus Steno (1638-1686 )、Ren Just Hay (1743-1822 )、Christian Samue

3、l Weiss (1780-1856 )、wiin Auguste Bravais (1811-1863 )在晶面的空間方向打倒描述晶體外形對(duì)稱性的32種點(diǎn)群，空間晶格說(shuō)晶體結(jié)構(gòu)中的平移重復(fù)規(guī)則僅為14種，導(dǎo)出描述晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部對(duì)稱性的230個(gè)空間群，面角守恒規(guī)則是同一物質(zhì)的不同晶體，其晶面結(jié)晶學(xué)的發(fā)展，晶體結(jié)構(gòu)中的平移重復(fù)規(guī)則僅為14種，32種點(diǎn)群，結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)，14種在人類無(wú)能力測(cè)試晶體結(jié)構(gòu)的條件下，從數(shù)學(xué)角度對(duì)晶體結(jié)構(gòu)規(guī)律建立的數(shù)學(xué)模型。 二、x射線衍射的基本原理，x射線的發(fā)現(xiàn)，Wilhelm Conrad Roentgen透射x射線的手像，1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線的過(guò)程中

4、偶然發(fā)現(xiàn)了x射線，為物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究打開(kāi)了大門(mén)。x射線衍射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、Max von Laue晶體的x射線衍射像，1912年，物理學(xué)家勞爾發(fā)現(xiàn)晶體x射線衍射現(xiàn)象，第一次在x射線實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了晶體結(jié)構(gòu)的重復(fù)周期性，晶體結(jié)構(gòu)的研究從理論上的推導(dǎo)出發(fā)，布拉格方程式的提出、Bragg父子NaCl晶體和模型， 1913-1914年，英國(guó)物理學(xué)家Bragg父子利用x射線測(cè)定NaCl晶體結(jié)構(gòu)，提出Bragg方程，共同獲得1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)、1953年，英國(guó)科學(xué)家沃森等人利用x射線衍射技術(shù)發(fā)現(xiàn)DNA分子具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，并獲得1962年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者點(diǎn)擊和沃森DN

5、A雙螺旋結(jié)構(gòu)，Ziegler-Natta催化劑的發(fā)明，Karl Waldemar Ziegler Giulio Natta等規(guī)聚合物鏈結(jié)構(gòu)模型，1953年，Ziegler和Natta 1962年否05、x射線和晶體衍射部分諾貝爾獎(jiǎng)獲得者名單，國(guó)際五大晶體學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)(1)劍橋結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)(CSD ) (英國(guó)) (2)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)(。 PDB ) (美國(guó)) (3)無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)(theinorganiccrystalstructuredatabase，ICSD ) (德國(guó)) (4)NRCC金屬晶體學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)(加拿大)() 產(chǎn)生原理：高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體碰撞時(shí)，能量電子的運(yùn)動(dòng)被阻礙而失去動(dòng)能，其中的一

6、部分(1左右)的能量被變換為x射線，大部分(99左右)的能量被變換為熱能，物體的溫度上升。x射線的發(fā)生、x射線的性質(zhì)、x射線的性質(zhì)、肉眼觀察不到但不能透過(guò)照相膠片感光/熒光板發(fā)光/氣體電離可見(jiàn)光的物體x射線沿直線傳播，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，在通過(guò)物體時(shí)不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，殺死即使通過(guò)通常的光柵也不發(fā)生衍射的生物細(xì)胞組織、x射線光管、真空度10-4Pa、3060kV的加速電子流、與金屬靶面碰撞而產(chǎn)生，通常包含Mo-K線、K1和K2兩種放射線(強(qiáng)度2:1 )、波長(zhǎng)0.71073、Cu-K線，焦點(diǎn)的陽(yáng)極靶面與電子束碰撞的區(qū)域， x射線從焦點(diǎn)光斑區(qū)域到焦點(diǎn)光斑的形狀對(duì)x射線衍射圖形的形狀、分辨率、分

7、辨率有很大影響，在與焦點(diǎn)光斑的短邊垂直的地方得到正方形的焦點(diǎn)、即電光源與焦點(diǎn)光斑的長(zhǎng)邊垂直的地方得到細(xì)線型焦點(diǎn)、即來(lái)自線光源的x射線管的x射線束， 單波長(zhǎng)的放射線x射線光譜x射線不是隨著波長(zhǎng)而變化的關(guān)系，而是當(dāng)管電壓超過(guò)一定值(激發(fā)電壓Vk )時(shí)僅依賴于陽(yáng)極靶材料，特征性的x射線的產(chǎn)生，特征性的x射線線性光譜在由若干分離的特定波長(zhǎng)的光譜構(gòu)成的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)分析中使用k系x射線(最晶體衍射x射線，散射吸收透過(guò)，晶體衍射x射線，x射線照射到晶體上產(chǎn)生多種散射，其中衍射現(xiàn)象是特殊的表現(xiàn)。晶體的基本特征是：微觀結(jié)構(gòu)(原子、分子、離子、晶體對(duì)x射線衍射要素的衍射方向是晶體單元型晶體結(jié)構(gòu)的幾何面間隔的晶體原子晶

8、種的實(shí)質(zhì)內(nèi)容數(shù)具體分布排列、衍射幾何學(xué)、晶體的晶格結(jié)構(gòu)類與晶格相同，x射線照射產(chǎn)生衍射效應(yīng)，一維晶體散射光的距離圖像，光程差衍射方向采用Laue和Bragg方程，一個(gè)相鄰光程差為/2的散射光疊加模式圖，一個(gè)相鄰光程差為/使用8的散射光重疊示意圖，衍射條件：=h、h為整數(shù)，Laue方程式為產(chǎn)生衍射的嚴(yán)格條件，滿足時(shí)產(chǎn)生衍射，形成衍射點(diǎn)的bcosb0 bcosb=k，ccosc0 ccosc=l，acosa0 acosa=h 因此，在應(yīng)用于真晶體的三維Laue方程：Laue方程中，原始系數(shù)hkl被稱為衍射指數(shù)，它們必須是整數(shù)。 與晶面指標(biāo)(hkl )的不同之處在于，相互可以沒(méi)有質(zhì)量，衍射點(diǎn)離散且不

9、連續(xù)，只在某個(gè)方向出現(xiàn)的Laue方程式它們是相互平行、等間距d(hkl )、相同的光柵平面，平面光柵為了使x射線散射、保證衍射，必須PP=QQ=RR，入射角和散射角相等，并且需要入射線、散射線和光柵平面的法線，Bragg方程式、基于整個(gè)平面光柵族的x射線的散射， 入射到相鄰兩個(gè)平面(圖1和圖2 )的x射線的光路差：=MB NB，MB=NB=dhklsin，即光路差為2dhklsin，是x射線結(jié)晶學(xué)中最基本的方程式之一，n為1、2、3等的整數(shù)對(duì)應(yīng)的某n值的衍射角n被稱為衍射次數(shù)，在此能夠立即想象產(chǎn)生該衍射的面網(wǎng)的方向，能夠根據(jù)衍射角基于Bragg方程式算出該面網(wǎng)間距離(X-的2dhklsin=n

10、，對(duì)于指標(biāo)為hkl、間隔為d的每個(gè)晶格平面，其衍射角和衍射次數(shù)n直接對(duì)應(yīng)，與不同的n值對(duì)應(yīng)的衍射點(diǎn)為晶面距離不同的晶面例如，hkl晶面的n=2時(shí)的衍射和2h2k2l晶面的n=1時(shí)的衍射點(diǎn)相同，可以對(duì)每個(gè)這樣的衍射點(diǎn)用一個(gè)hkl進(jìn)行標(biāo)記，Bragg方程式、Bragg方程式的意義由2 dhklsin可知，1 )網(wǎng)格間距對(duì)于特定的面網(wǎng)，當(dāng)產(chǎn)生符合布拉格方程式的衍射時(shí)，實(shí)際測(cè)得的衍射角度均為2，衍射強(qiáng)度，x射線衍射分析的應(yīng)用，勞爾提出x射線衍射效應(yīng)以及布拉格親子方程式以來(lái)，x射線衍射分析技術(shù)有了顯著的發(fā)展，是固體晶體結(jié)構(gòu)分析最重要和最基本的測(cè)量手段生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域其他領(lǐng)域，x射線衍射分析技術(shù)現(xiàn)狀，06，3

11、，晶體結(jié)構(gòu)測(cè)試分析及結(jié)晶學(xué)殘奧儀，中文名稱： x射線單晶衍射修正廠家：德國(guó)布魯克公司型號(hào)： D8 VENTURE，x-raysinglecrystaldiffractometee形狀并不重要應(yīng)該是完整的個(gè)體，不能附著小衛(wèi)星晶體和微晶粉末。 不是孿晶。 用偏振顯微鏡檢查結(jié)晶質(zhì)量。 晶體的大小是重要的因素。 理想的尺寸取決于結(jié)晶的衍射能力和吸收效果的程度(由結(jié)晶中含有的元素的種類和數(shù)量決定)，由所使用的放射線的強(qiáng)度和檢測(cè)器的靈敏度(設(shè)備的配置)光源具有的準(zhǔn)直器的內(nèi)徑?jīng)Q定x射線強(qiáng)度和區(qū)域的大小，結(jié)晶的尺寸通常由準(zhǔn)直器的內(nèi)徑(常用為0.50.6mm 晶體的適當(dāng)尺寸為純有機(jī)物0.30.7mm、金屬絡(luò)合物

12、或金屬有機(jī)物0.150.5mm、純無(wú)機(jī)物0.10.3mm，一般球形優(yōu)于立方形，優(yōu)于針狀，優(yōu)于扁平形。 晶體的配置方法，a、b、c、d、a是將晶體貼在玻璃毛上的正確方法，b是在晶體上纏繞橡膠等保護(hù)晶體，c是放入密封了晶體的毛細(xì)玻璃管中，d是將晶體貼在玻璃毛上的不正確方法，晶體的配置通常也稱為粘晶，配置前必定是否穩(wěn)定把粘結(jié)的結(jié)晶放在測(cè)角頭上，放在測(cè)角器的對(duì)應(yīng)位置。 最后使結(jié)晶的重心和衍射修正的中心重合。晶體的配置，晶體測(cè)試，晶體測(cè)試，單元測(cè)試，例如Cd(NCS)2(C13H12N2S)22H2O的單元尺殘奧： a=5.643(2)，b=15.625(8單斜monoclinic？ 該CCD檢測(cè)器的原理類似于電視攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)，但包含薄膜磷光材料，并且可以是數(shù)據(jù)采集、晶體衍射圖、數(shù)據(jù)采集、單平面檢測(cè)器衍射校正、x射線面檢測(cè)器、電荷耦合器件檢測(cè)器等典型地，設(shè)備的缺省值可以滿足大多數(shù)需求。 晶體和探測(cè)器的距離d d的值在45mm55mm之間可以滿足大部分的要求，一般來(lái)說(shuō)50mm. d的值過(guò)小，衍射點(diǎn)過(guò)密，重疊，背景噪聲也增加過(guò)大，記錄的衍射強(qiáng)度降低，數(shù)據(jù)收集，掃描角度，通常如果超過(guò)1，則結(jié)構(gòu)難以辨認(rèn)，如果過(guò)