X-ray tube source X rays 10,00040,000 volts Crystalline solid Lead screen Incident beam Diffraction X rays X-ray detector 1 Mở đầu  Trong số phương pháp vật lý nghiên cứu cấu tạo, phương pháp nghiên cứu cấu trúc tia X (tia Rơnghen) phương pháp quan trọng hiệu cho phép xác định vị trí nguyên tử tế bào bản, tức xác định độ dài liên kết góc liên kết  Đối tượng nghiên cứu rộng rãi: protit, phức chất, phân tử ADN, ARN, khoáng vật, loại vật liệu…Đó đối tượng nhà hóa học, sinh học, vật lý học, vật liệu học, địa chất học…  Phân tích cấu trúc tia X gồm giai đoạn Giai đoạn xác định thông số mạng tinh thể, tính đối xứng mạng tinh thể số kiện khác có liên quan Giai đoạn xác định tọa độ nguyên tử không gian tinh thể, độ dài liên kết, góc liên kết 2 Sơ lược tia X  Tia X tia gama - Giống nhau: Đều xạ điện từ có bước sóng ngắn, lượng lớn - Khác nhau: Tia X thường tạo trình tương tác chùm tia electron với electron nguyên tử, tia γ sinh thay đổi bên hạt nhân nguyên tử Sơ lược tia X  Các thông số tia X  Tia X xạ điện từ sóng ngắn sinh bắn phá bia kim loại chùm electron lượng cao tạo trình chuyển dịch electron obital bên (obital d hay f) nguyên tử  Năng lượng: 200eV - 1MeV  Bước sóng: 10-5Å - 100 Å  Bước sóng thuận tiện cho nghiên cứu nhiễu xạ tia X 0.1 Å 25 Å (khoảng cách nguyên tử tinh thể ~ 2Å) Sơ lược tia X  Lịch sử phát tia X Wilhelm Conrad Röntgen tìm tia X vào năm 1895 Năm 1901 ông trao giải Nobel Vật lý Năm 1995 công ty German Federal Mail phát hành tem tưởng nhớ đến công lao W C Röntgen Sơ lược tia X  Nước làm lạnh Phương pháp tạo tia X Tia X tạo cách bắn phá chùm electron vào bia kim loại ( 70o vẽ đồ thị a = f(θ) ngoại suy độ lớn a đến θ = 90o 70 [...]... năm 19 12  Hiện tượng nhiễu x tia X được giải thích bởi hai cha con gia đình Bragg năm 1913 (Wiliam Henry Bragg (cha), 18 62- 19 42, và Wiliam Lawrence Bragg (con), 18901971, hai nhà vật lý người Anh, giải thưởng Nobel vật lý năm 1915) d = n ⋅λ 2 ⋅sin θ 25 6 Nhiễu x tia X  Điều kiện nhiễu x tia X – Định luật Bragg  Các tia X không thực sự bị phản x mà chúng bị tán x , song rất thuận tiện nếu xem chúng... khối lượng  Trong chương này chúng ta sẽ x t hiện tượng tinh thể làm nhiễu x bức x tia X Tuy nhiên các kết quả thu được cũng có thể dùng chung cho nhiễu x electron, nơtron, … 22 6 Nhiễu x tia X  Phản x ; tán x ; giao thoa?  Phản x : Tia tới bị phản x bởi một mặt phẳng; góc tới bằng góc phản x ; năng lượng cũng như bước sóng không thay đổi  Tán x : Tia tới va chạm với một điểm vật chất nào... phản x  Mỗi mặt phẳng nguyên tử phản x sóng tới độc lập với nhau và được coi là “mặt phản x ”  Điều kiện nhiễu x : nλ = 2dsinθ  Tia nhiễu x được coi là tia phản x ” λ là bước sóng tia X tới; d là khoảng cách giữa các mặt phẳng trong họ mặt phẳng song song; θ là góc phản x ; n là bậc phản x 26 6 Nhiễu x tia X  Chỉ những họ mặt phẳng song song thỏa mãn định luật Bragg mới cho chùm tia nhiễu x ... tán x bởi một electron tại khoảng cách r kể từ electron có điện tích e và khối lượng M được cho bởi công thức: e4 I = I o 2 2 4 sin 2 2θ r Mc Io – cường độ tia x tới c – tốc độ ánh sáng trong chân không 2 - hướng tán x 35 7 Cường độ tia X nhiễu x  Tán x bởi một nguyên tử  Cường độ tia X tán x bởi hạt nhân là rất nhỏ, bỏ qua  Sóng tán x toàn phần của nguyên tử bằng tổng các sóng tán x của... coi tia nhiễu x là tập hợp các tia tán x gây ra bởi các điểm chứ không phải là các tia phản x gây ra bởi các mặt nữa  Ta cần phải x t lần lượt: - Sự tán x bởi các electron trong một nguyên tử - Sự tán x bởi một nguyên tử độc lập - Sự tán x bởi các nguyên tử trong một ô đơn vị 34 7 Cường độ tia X nhiễu x  Tán x bởi một electron Io e 2 I  J.J Thomson đã chứng minh được rằng: cường độ tia X. .. positron Kết quả là cường độ tia X giảm dI = -µIdx ⇒ I = Ioexp(- x) Io và I là cường độ tia tới, tia ló; x là bề dày của vật liệu; µ là hệ số 16 hấp thụ 4 Phổ hấp thụ tia X • Nhìn vào phổ hấp thụ tia X ta thấy:  Khi bước tia X sóng giảm (năng lượng tăng) thì khả năng đâm xuyên của tia X tăng dần, độ hấp thụ giảm dần  Khi λ giảm đến mức tia X có thể đâm xuyên vào các lớp electron trong cùng (K, L, …) và làm... K β = 10:5 :2 12 3 Phổ phát x tia X  Các bước chuyển dịch được phép • n = 1, 2, 3 (số lượng tử chính), tương ứng với các lớp K, L, M • l = 0, 1, , n-1 (số lượng tử obital) • j=|l±s|; s=1 /2 (số lượng tử từ-spin) • mj= j, j-1, j -2, , -j • Quy tắc: Sự chuyển dịch được phép khi Δl ≠ 0 13 3 Phổ phát x tia X  Các bước chuyển dịch được phép 14 3 Phổ phát x tia X  Giá trị bước sóng vạch tia X đặc trưng... phải có λ ≤ 2d, mà trong tinh thể d cỡ Å nên chỉ thấy hiện tượng nhiễu x tia X (không thấy hiện tượng nhiễu x của ánh sáng nhìn thấy và tia γ (?))  Một mặt phẳng chỉ phản x một phần rất nhỏ chùm tia X tới, vì nếu không thì mặt phẳng đầu tiên đã phản x hết, sẽ không còn gì để các mặt phẳng sau phản x và như vậy sẽ không có hiện tượng giao thoa 27 6 Nhiễu x tia X  Họ mặt phẳng phản x có thể là... Tập hợp các tán x đàn hồi đặc biệt từ các điểm khác nhau của tinh thể đảm bảo điều kiện giao thoa tăng cường  Kết quả: Thu được các chùm tia nhiễu x theo các hướng x c định, đặc trưng cho tinh thể Các tia nhiễu x này có thể được ghi lại dưới dạng ảnh nhiễu trên phim hoặc được vẽ thành giản đồ nhiễu x 24 6 Nhiễu x tia X  Hiện tượng nhiễu x tia X được quan sát đầu tiên bởi Max Von Laue (1879... các tia X với λ khác nhau, người ta dùng các kim loại khác nhau làm anot Mối quan hệ giữa λ, X được mô tả bởi định luật Moseley: 1/ λ = R(Z-1 )2( 1-1/n2) λ: bước sóng; R = 109.737 hằng số Rydberg; Z: số hiệu nguyên tử; n là một số nguyên, n = 2, 3 đối với vạch Kα và Kβ tương ứng Nguyên tố Z Kα1 (nm) K 2 (nm) Kβ Ngưỡng V Cr 24 0 ,22 8970 0 ,22 9361 0 ,20 8487 5950 Fe 26 0,193736 0,193998 0,193604 7100 Co 27