第三章X射线衍射强度.
2 i ( h / 2 k / 2)
f [1 e
i ( hk )
]
(h+k)一定是整数,分两种情况:
(1)如果h和k均为偶数或均为奇数,则和为偶数
F = 2f F2 = 4f2 (2)如果h和k一奇一偶,则和为奇数, F = 0 F2 = 0 不论哪种情况,l值对F均无影响。111,112,113或021,022,023的F 值均为2f。011,012,013或101,102,103的F值均为0。
HKL— 晶面指数
xj yj zj— 原子坐标
1. 最简单情况,简单晶胞,仅在坐标原点
(0,0,0)处含有一个原子的晶胞
F fe
2
2 i与hkl无关,所有晶面均有反射。
2. 底心晶胞:两种位置原子,(0,0,0)(½,½,0)
F fe
2 i (0)
fe
FHKL表征单胞的相干散射与单电子散射之间的对应关 系。
数学表达式(计算公式)
FHKL f j e
j 1
n
i 2 ( Hx j Ky j Lz j )
式中:FHKL— (HKL) 晶面的结构因子。 表示沿(HKL)晶面族反射方向的散射能力。
n— 晶胞中的原子数
fj— 原子的散射因子(直接查表,附录C)
当(h+k+l)为奇数,F = 0,F 2 = 0
即对体心晶胞,(h+k+l)等于奇数时的衍射强度为0。 例如(110),(200),(211),(310)等均有散射; 而(100),(111),(210),(221)等均无散射
4. 面心晶胞:四种位置的原子坐标分别是(0 0 0)和 (½ ½ 0),( ½ 0 ½ ),(0 ½ ½)。
F fe
2 i 0
fe
2 i h / 2 k / 2
fe
2 i k / 2 l / 2
fe
2 i l / 2 h / 2
i h k i k l i l h f 1 e e e
第三章 X射线衍射强度
X射线衍射线束的方向(第二章)
布拉格公式
2d sin k
k 1,2,3,4
应用:
布拉格方程反映了晶体结构中晶胞大小及形状的变
化。从而可以测定试样的晶体类型和晶格常数。 X射线衍射线束的强度(本章) 应用:
物相定量分析、内应力及织构测定、
固溶体有序度测定
x射线衍射线束的强度测量
衍射线强度的测量采用衍 射仪法,得到I~θ曲线。 每个衍射峰下面的
面积(积分面积)称
为积分强度或累积强度。
x射线衍射线束的强度
波长λ强度Io的x-ray,照射到 晶胞体积Vo的多晶试样上,被 照射晶体的体积V,与入射线 夹角为2θ方向上产生(HKL) 晶面的衍射,距试样R处记录 到的衍射线其单位长度上积分 强度为:
系统消光
衍射线I=0,衍射线消失,称为系统消光。 (原子在晶胞中的位置不同而引起的某些 方向衍射线的消失,又称为点阵消光)。
尽管满足衍射条件,因F = 0使衍射线消 失的现象。
例如:对于体心点阵,可以产生衍射的晶面 为110、200、211、220、221、310 …
衍射产生的充分必要条件是: ①满足布拉格方程 ②结构因子不为0
当h, k, l为全奇或全偶,(h + k),(k+l) 和 (h+l) 必为偶数,故F = 4f,F 2 = 16f 2 当h, k, l中有两个奇数或两个偶数时,则在(h+k),(k+l) 和 (h+l)中必有两项为奇数,一项为偶数,故F = 0, F2 = 0 所以(111),(200),(220),(311)有反射,而 (100),(110) ,(112),(221)等无反射。
式中:Io—入射x-ray强度 m、e — 电子的质量与电荷 c— 光速 λ— 入射x-ray波长 R— 衍射仪半径 cm V— 试样被x-ray照射体积,cm3 Vo— 晶胞体积 cm3 F— 结构因子 P— 多重性因子 e-2M — 温度因子 ( ) — 角因子 A(θ) — 吸收因子
同一衍射花样中,e、m、c为固定物理常数, Io、λ、R、V、Vo对同一物相的各衍射线均相 等,衍射线的相对积分强度可用
2d sin
FHKL
2
0
三种 点阵 衍射
线的
分布
说明:
点阵常数没有参与结构因子的计算。FHKL 只与原子种类和原子在晶胞中的位置有关, 不受晶胞形状和大小影响。 点阵类型确定,任何晶系其晶胞的系统消 光规律都是相同的。 结构中的原子为不同种类,则原子散射因 子分别代入。
结构消光
系统消光规则主要与晶体的对称性有关,根 据测得的系统消光条件,可决定晶体的空间 点阵及各对称要素。
两类以上等同点构成的复杂晶体结构,除遵 循所属的点阵消光外,还有附加的消光条件, 称为结构消光。(结构基元内原子位置不同 而进一步产生的附加消光)
例:氯化铯晶体的消光规律
CsCl属立方晶系,简单立方点阵。 角顶 Cs (0,0,0) 体心 Cl( 1 , 1 , 1 ) 2 2 2 FHKL = f Cs + f Cl e iπ(H+K+L) H + k + L = 偶数 F = f Cs+ f Cl 强度高 (110)(200)(211)… H + k + L= 奇数 F = f Cs – f Cl 强度低 (100)(111)(210)…
3. 体心晶胞,两种位置原子坐标分别是(0,0,0)和 (1/2,1/2,1/2)
i h k l F fe2 i 0 fe2 i h / 2 k / 2l / 2 f 1 e
e
n i
1
n
∴当(h+k+l)为偶数,F = 2f ,F2 = 4f 2
5个强度因子的乘积来表示:
I相 F P ( ) e
2
2 M
A( )
影响衍射强度的因素很多,讨论这一问题必须一 步步进行:
一个电子对x-ray的散射强度 原子内各电子散射波合成 晶胞内各原子叠加
多晶体积分强度
二、结构因子 FHKL
FHKL 一个晶胞的相干散射(原子全部)振幅 Ab 一个电子的相干散射振幅 Ae