晶体结构分析多媒体第三章精.ppt

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1、晶体结构分析多媒体课件第三章第1页，本讲稿共31页倒易点阵的定义倒易点阵的定义对于由矢量对于由矢量a a1 1、a a2 2、a a3 3定义的点阵定义的点阵若有另一由若有另一由a a*1 1 、a a*2 2、a a*3 3定义的点阵，使得定义的点阵，使得a ai i a a*i i=1(i=j)=1(i=j)=0(ij)=0(ij)则两个点阵互为倒易，一个点阵称为另一个点阵的倒易点阵则两个点阵互为倒易，一个点阵称为另一个点阵的倒易点阵a*=ba*=bc/c/V b*=cb*=ca/a/V c*=ac*=ab/b/V第2页，本讲稿共31页衍射方向布拉格方程：2dsin=n第3页，本讲稿共31

2、页第4页，本讲稿共31页晶体具有点阵结构，其空间点阵可以划晶体具有点阵结构，其空间点阵可以划分成平面点阵族，每一平面点阵族可用分成平面点阵族，每一平面点阵族可用米勒指数（米勒指数（h k l）来表示。平面点阵）来表示。平面点阵族是一系列互相平行，间距相等的平面族是一系列互相平行，间距相等的平面点阵，相邻两平面的间距叫平面间距，点阵，相邻两平面的间距叫平面间距，表示为表示为dhkl，当，当X光射在这个平面点阵族光射在这个平面点阵族时，每一平面点阵对时，每一平面点阵对X光产生衍射。光产生衍射。第5页，本讲稿共31页我们先看一个平面的散射，当散射角和我们先看一个平面的散射，当散射角和入射角入射角相等

3、时，其光程差等于相等时，其光程差等于0。这时，。这时，CB=AD，A和和B两点的散射位相相同，相两点的散射位相相同，相互干涉加强，相当于从镜面反射出来。互干涉加强，相当于从镜面反射出来。第6页，本讲稿共31页相相邻邻两两平平面面的的间间距距为为d d，入入射射光光从从平平面面1 1反射出来和从平面反射出来和从平面2 2反射出来的光程差为反射出来的光程差为AB+ACAB+AC而而 AB=dsin=ACAB=dsin=AC所以，所以，AB+AC=2dsinAB+AC=2dsin光光程程差差是是波波长长的的整整数数倍倍时时才才能能产产生生衍衍射，即射，即2dsin=n n2dsin=n n是整数是整

4、数 布拉格方程布拉格方程第7页，本讲稿共31页当当波波长长一一定定时时，对对某某一一族族平平面面点点阵阵（表表示示为为MillerMiller指指数数hklhkl）来来说说，n n不不同同，衍衍射射的的X X光光方方向向（）也也不不同同，按按n n的的大大小小，称称为为一一级级，二二级级nn级级衍衍射射。平平面面间间距距d dhklhkl的的下下标标hklhkl和和MillerMiller指指数数正正是是n n倍倍的的关关系系，hklhkl叫叫衍衍射射指指数数。MillerMiller指指数数是是互互质质的的，衍衍射射指指数数不不一一定定是是互互质质，其其公公倍倍数数就就是是衍衍射射的级。在的

5、级。在X X射线晶体学中，通用的表达式是射线晶体学中，通用的表达式是2d2dhklhklsin=sin=第8页，本讲稿共31页劳埃方程:第9页，本讲稿共31页第10页，本讲稿共31页考虑到相邻两原子散射辐射的加强条件，考虑到相邻两原子散射辐射的加强条件，必有：必有：CB-AD=hCB-AD=h其中其中h h是整数，或者写成是整数，或者写成a(cosa(cosa a-cos-cosa,0a,0)=h)=h a(s-s0)=hhs-s0=s,称为散射矢量称为散射矢量第11页，本讲稿共31页衍射强度与结构因子：衍射强度与结构因子：X射线散射是由核外电子所引起的，故原射线散射是由核外电子所引起的，故原

6、子的散射能力就大约正比于原子序数。子的散射能力就大约正比于原子序数。但是，原子实际上具有一定的体积，核但是，原子实际上具有一定的体积，核外电子云密度的分布随半径外电子云密度的分布随半径r的增加而减的增加而减少，并非集中在一个点上。原子内电子少，并非集中在一个点上。原子内电子对对X射线的散射有一定的光程差。因此，射线的散射有一定的光程差。因此，原子对原子对X射线散射不仅与其电子分布有关，射线散射不仅与其电子分布有关，而且与衍射角和波长有关。而且与衍射角和波长有关。第12页，本讲稿共31页将原子中不同空间位置对将原子中不同空间位置对X射线的散射贡射线的散射贡献加和起来，就是原子的散射因子，记献加和

7、起来，就是原子的散射因子，记为为f。f=一个原子的散射振幅一个原子的散射振幅/一个电子的散射振幅。一个电子的散射振幅。f/=Z第13页，本讲稿共31页衍射强度与结构因子：衍射强度与结构因子：如果晶胞中有N个原子，一般我们可以写为：第14页，本讲稿共31页F Fhklhkl它它是是一一个个晶晶胞胞范范围围的的函函数数称称作作结结构构因因子子，整整数数h h、k k、l l看看作作是是反反射射指指标标。式式中中的的r rj j表表示示了了原原子子在在晶晶胞胞中中的的位位置置，它它可可以以表表示示为为原原子子的的分分数数坐坐标：标：r=xa+yb+zcr=xa+yb+zc而散射矢量而散射矢量s s：

8、s=has=ha*+kb+kb*+lc+lc*第15页，本讲稿共31页第16页，本讲稿共31页就是相角，写为就是相角，写为 第17页，本讲稿共31页结构因子的模称为结构振幅结构因子的模称为结构振幅结构因子包含着两方面的信息：结构因子包含着两方面的信息：结构振幅和相角结构振幅和相角 衍射强度正比于结构振幅的平方衍射强度正比于结构振幅的平方第18页，本讲稿共31页第19页，本讲稿共31页结结构构振振幅幅可可由由衍衍射射强强度度值值开开方方直直接接得得到到，而而相相角角的的数数据据一一般般不不易易从从强强度度数数据据中中获获得。这正是晶体结构测定的困难所在。得。这正是晶体结构测定的困难所在。结构振幅

9、与衍射强度的关系结构振幅与衍射强度的关系：I IhklhklF Fhklhkl2 2 第20页，本讲稿共31页综上所述，晶体对综上所述，晶体对X射线衍射的两个特征射线衍射的两个特征量：衍射方向（衍射角）和每个衍射点量：衍射方向（衍射角）和每个衍射点的强度，反映了晶体中原子的排列情况，的强度，反映了晶体中原子的排列情况，这一套数据是每种晶体所特有的。这一套数据是每种晶体所特有的。第21页，本讲稿共31页单晶分析的操作步骤晶体的获得和晶体的分选 晶体的选择和安装 样品对中 测定初级晶胞参数及定向矩阵（确定是否是单晶）衍射强度数据的收集晶体结构的解析和描述第22页，本讲稿共31页晶体培养和衍射实验晶

10、体培养和衍射实验一、常用的单晶培养方法：一、常用的单晶培养方法：溶液法：溶液法：界面扩散法：界面扩散法：蒸汽扩散法：蒸汽扩散法：凝胶扩散法：凝胶扩散法：水热法和热溶剂法：水热法和热溶剂法：升华法：升华法：化学气相传输法：化学气相传输法：第23页，本讲稿共31页二、晶体的挑选与安置：二、晶体的挑选与安置：、单晶的概念及识别（晶体结构特征、几何外型特征、单晶的概念及识别（晶体结构特征、几何外型特征、光学性质特征）光学性质特征）、单晶分析样品的要求、选择和安装、单晶分析样品的要求、选择和安装 上机的样品尽可能选择呈球形（粒状）的单晶体或晶体碎片，上机的样品尽可能选择呈球形（粒状）的单晶体或晶体碎片，

11、直径大小在直径大小在0.1-0.7mm0.1-0.7mm，无解理、无裂纹，无解理、无裂纹确保用于单晶衍射的样品代表要鉴定的物相，从晶体的形状、颜确保用于单晶衍射的样品代表要鉴定的物相，从晶体的形状、颜色、解理和其他的分析方法给予保证。色、解理和其他的分析方法给予保证。第24页，本讲稿共31页第25页，本讲稿共31页第26页，本讲稿共31页第27页，本讲稿共31页四圆衍射仪第28页，本讲稿共31页晶体结构测定及晶体学参数晶体结构测定及晶体学参数-晶体结构解析的步骤晶体结构解析的步骤第29页，本讲稿共31页第30页，本讲稿共31页结构模型的精度用偏离因子R值来表示，R的表达式第31页，本讲稿共31页