ЗМІСТ
№ Розділ
1. Введення
2. Рентгенівські спектри
3. Рентгеноспектральний аналіз
3.1. Апаратура для рентгеноспектрального аналізу
3.2. Застосування рентгеноспектрального аналізу
4. Дифракція рентгенівських променів
4.1. Методи рентгенівської зйомки кристалів.
4.2. Застосування рентгеноструктурного аналізу.
5. Список літератури
ВСТУП
Рентгенівські промені, відкриті в 1895 р. В. Рентгеном - це електромагнітні коливання дуже малої довжини хвилі, порівнянної з атомними розмірами, що виникають при впливі на речовину швидкими електронами.
Рентгенівські промені широко використовуються в науці і техніці.
Їх хвильова природа встановлена в 1912 р. німецькими фізиками М. Лауе, В. Фрідріхом і П. Кніппінгом, які відкрили явище дифракції рентгенівських променів на атомній решітці кристалів. Направивши вузький пучок рентгенівських променів на нерухомий кристал, вони зареєстрували на вміщеній за кристалом фотоплатівці дифракційних картину, яка складалася з великого числа закономірно розташованих плям. Кожна пляма - слід дифракційного променя, розсіяного кристалом. Рентгенограма, отримана таким методом має назву лауеграмми. Це відкриття стало основою рентгеноструктурного аналізу.
Довжини хвиль рентгенівських променів, що використовуються в практичних цілях, лежать в межах від декількох ангстрем до доль ангстрема (?), Що відповідає енергії електронів, що викликають рентгенівське випромінювання від 10? до 105 еВ.
Рентгенівських спектрів.
Розрізняють два типи випромінювання: гальмівний і характеристичне.
Гальмівне випромінювання виникає при гальмуванні електронів антікатодом рентгенівської трубки. Воно розкладається на суцільний спектр, що має різкий кордон з боку малих довжин хвиль. Положення цього кордону визначається енергією падаючих на речовину електронів і не залежить від природи речовини. Інтенсивність гальмівного спектру швидко зростає зі зменшенням маси бомбардують частинок і досягає значної величини при порушенні електронами.
Характерістіческіе рентгенівські промені утворюються при вибиванні електрона одного з внутрішніх шарів атома з наступним переходом на звільнену орбіту електрона з будь-якого зовнішнього шару. Вони мають лінійчатих спектром, аналогічним оптичним спектрами газів. Однак між тими і іншими спектрами є принципова різниця: структура характеристичного спектра рентгенівських променів (число, відносне розташування і відносна яскравість ліній), на відміну від оптичного спектру газів, що не залежить від речовини (елементу), що дає цей спектр.
Спектральні лінії характеристичного спектра рентгенівських променів утворюють закономірні послідовності або серії. Ці серії позначаються літерами K, L, M, N ..., причому довжини хвиль цих серій зростають від K до L, від L до М і т. д. Наявність цих серій найтіснішим чином пов'язано з будовою електронних оболонок атомів.
Характерістіческіе рентгенівські спектри випускають атоми мішені, у яких при зіткненні з зарядженої часткою високої енергії або фотоном первинного рентгенівського випромінювання з однією з внутрішніх оболонок (K-, L-, M-, ... оболонок) вилітає електрон. Стан атома з вакансією у внутрішній оболонці (його початковий стан) нестійка. Електрон однієї із зовнішніх оболонок може заповнити цю вакансію, і атом при цьому переходить в кінцевий стан з меншою енергією (стан з вакансією у зовнішній оболонці).
Надлишок енергії атом може випустить у вигляді фотона характеристичного випромінювання. Оскільки енергія Е1 початкового і Е2 кінцевого станів атома квантованими, виникає лінія рентгенівського спектру з частотою? = (Е1-Е2)/h, де h постійна Планка.
Всі можливі випромінювальних квантові переходи атома з початкового K-стану утворюють найбільш жорстку (короткохвильову) K-серію. Аналогічно утворюються L-, M-, N-серії (рис. 1).
Рис. 1. Схема K-, L-, M-рівнів атома і основні лінії K-, L-серій
Залежність від речовини виявляється тільки в тому, що зі збільшенням порядкового номера елемента в системі Менделєєва весь його характеристичний рентгенівський спектр зміщується у бік більш коротких хвиль. Г. Мозлі в 1913 р. показав, що квадратний корінь з частоти (або зворотного довжини хвилі) даної спектральної лінії пов'язаний лінійною залежністю з атомним номером елементу Z. Закон Мозлі зіграв дуже важливу роль у фізичному обгрунтуванні періодичної системи Менделєєва.
Інший вельми важливою особливістю спектрів характеристичних рентгенівських променів є та обставина, що кожен елемент дає свій спектр незалежно від того, порушується чи цей елемент до випускання рентгенівських променів у вільному стані або в хімічному з'єднанні. Ця особливість характеристичного спектра рентгенівських променів використовується для ідентифікації різних елементів у складних з'єднаннях і є основою рентгеноспектрального аналізу.
Рентгеноспектрального АНАЛІЗ
Рентгеноспектральний аналіз це розділ аналітичної хімії, який використовує рентгенівські спектри елементів для хімічного аналізу речовин. Рентгеноспектральний аналіз по положенню і інтенсивності ліній характеристичного спектра дозволяє встановити якісний і кількісний склад речовини і служить для експресного неруйнівного контролю складу речовини.
У рентгенівської спектроскопії для отримання спектру використовується явище дифракції променів на кристалах або, в області 15-150?, На штрихових дифракційних гратах, що працюють при малих (1-12 °) кутах ковзання. Основою рентгенівської спектроскопії високого дозволу є закон Вульфа-Брег, який пов'язує довжину хвилі рентгенівських променів?, Відбитих від кристала в напрямі?, З межплоскостним відстанню кристала d.
n? = 2 d sin? (1)
Кут? називається кутом ковзання. Він напрямком що падають на кристал або відбитих від нього променів з відбиває поверхнею кристала. Число n характеризує так званий порядок відображення, в якому при заданих? і d може спостерігатися дифракційний максимум.
Частота коливання рентгенівських променів (? = С /?), Іспущенних будь-яким елементом, лінійно пов'язана з його атомним номером:
? ?/R = A (Z-?) (2)
де? - Частота випромінювання, Z - атомний номер елемента, R - постійна Рідберга, рівна 109737,303 см-1,? - Середня константа екранування, в невеликих межах, що залежить від Z, А - постійна для даної лінії величина.
Рентгеноспектральний аналіз заснований на використанні залежності частоти випромінювання ліній характеристичного спектра елемента від їх атомного номера і зв'язку між інтенсивністю цих ліній і числом атомів, що беруть участь у випромінюванні.
Рентгенівське збудження атомів речовини може виникати в результаті бомбардування зразка електронами великих енергій або при його опроміненні рентгенівськими променями. Перший процес називається прямим порушенням, останній - вторинним або флуоресцентним. В обох випадках енергія електрона або кванта первинної рентгенівської радіації, бомбардир випромінює атом, повинна бути більше енергії, необхідної для виривання електрона з певної внутрішньої оболонки атома. Електронна бомбардування досліджуваної речовини призводить до появи не тільки характеристичного спектра елемента, але і, як правило, досить інтенсивного безперервного випромінювання. Флуоресцентне випромінювання містить тільки лінійчатий спектр.
В ході первинного збудження спектру відбувається інтенсивне розігрівання досліджуваної речовини, якого немає при повторному порушенні. Первинний метод збудження променів припускає приміщення досліджуваної речовини всередину відкачаний до високого вакууму рентгенівської трубки, в той час як для отримання спектрів флуоресценції досліджувані зразки можуть розташовуватися на шляху пучка первинних рентгенівських променів поза вакууму і легко змінювати один одного. Тому прилади, які використовують спектри, флуоресценції (незважаючи на те, що інтенсивність вторинного випромінювання в тисячі разів менше інтенсивності променів, отриманих первинним методом), останнім часом майже повністю витіснили з практики установки, в яких здійснюється порушення рентгенівських променів за допомогою потоку швидких електронів.
Апаратура для рентгеноспектрального аналізу.
Рентгенівський флуоресцентне спектрометр (рис 2) складається з трьох основних вузлів: рентгенівської трубки, випромінювання якої порушує спектр флуоресценції досліджуваного зразка, кристала - аналізатора для розкладання променів у спектр і детектора для вимірювання інтенсивності спектральних ліній.
Рис. 2. Схема рентгенівського багатоканального флуоресцентного спектрометра з плоским (а) зігнутим (б) кристалами: 1 - рентгенівська трубка; 2 - аналізований зразок; 3 - діафрагма Соллера; 4 - плоский і вигнутий (радіус - 2R) кристал - аналізатори; 5 - детектор випромінювання; 6 - так званий монітор, додаткове реєструючий пристрій, що дозволяє здійснювати вимірювання відносної інтенсивності спектральних ліній при відсутності стабілізації інтенсивності джерела рентгенівського випромінювання; R - радіус так званої кола зображення.
У найбільш часто використовується на практиці конструкції спектрометра джерело випромінювання і детектор розташовуються на одній окружності, званої колом зображення, а кристал - у центрі. Кристал може обертатися навколо осі, що проходить через центр цієї окружності. При зміні кута ковзання на величину? детектор повертається на кут 2?
Поряд з спектрометрами з плоским кристалом широкого поширення набули фокусують рентгенівські спектрометри, що працюють «на відображення» (методи Капіци - Йоганна і Йогансона) і на «проходження» (методи Коуш і Дю-Монд). Вони можуть бути одно-і багатоканальними. Багатоканальні, так звані рентгенівські квантометри, аутрометри та інші, дозволяють одночасно визначати велику кількість елементів і автоматизувати процес аналізу. зазвичай вони забезпечуються спеціальними рентгенівськими трубками і пристроями, що забезпечують високий ступінь стабілізації інтенсивності рентгенівських променів. Область довжин хвиль, в якій може використовуватися спектрометр, визначається межплоскостним відстанню кристала - аналізатора (d). У відповідності з рівнянням (1) кристал не може «відбивати» промені, довжина хвиль, яких перевершує 2d.
Число кристалів, які використовуються в рентгеноспектрального аналізі, досить велика. Найбільш часто застосовують кварц, слюду, гіпс і LiF.
В якості детекторів рентгенівського випромінювання, в залежності від області спектру, з успіхом використовують сетчікі Гейгера, пропорційні, кристалічні і сцинтиляціонні лічильники квантів.
Застосування рентгеноспектрального аналізу.
Рентгеноспектральний аналіз може бути використаний для кількісного визначення елементів від Mg12 до U92 в матеріалах складного хімічного складу - у металах і сплавах, мінералах, склі, кераміці, цементах, пластмасах, абразиви, пилу і різних продуктах хімічних технологій. Найбільш широко рентгеноспектральний аналіз застосовують у металургії та геології для визначення макро-(1-100%) і мікрокомпонентів (10-1 - 10-3%).
Іноді для підвищення чутливості рентгеноспектрального аналізу його комбінують з хімічними і радіометричних методами. Гранична чутливість рентгеноспектрального аналізу залежить від атомного номера обумовленого елемента і середнього атомного номера визначеного зразка. Оптимальні умови реалізуються при визначенні елементів середнього атомного номера у зразку, що містить легкі елементи. Точність рентгеноспектрального аналізу зазвичай 2-5 відносних відсотка, вага зразка - кілька грамів. Загальна тривалість аналізу від декількох хвилин до 1 - 2 годин. Найбільші труднощі виникають при аналізі елементів з малим Z і роботі в м'якій області спектру.
На результати аналізу впливають загальний склад проби (поглинання), ефекти селективного збудження і поглинання випромінювання елементами - супутниками, а також фазовий склад і зернистість зразків.
Рентгеноспектральний аналіз добре зарекомендував себе при визначенні Pb і Br в нафті і бензинах, сірки в газоліну, домішок у мастила та продукти зношування в машинах, при аналізі каталізаторів, при здійсненні експресних силікатних аналізів та інших.
Для збужений м'якого випромінювання та його використання в аналізі успішно застосовується бомбардування зразків?-Частками (наприклад від полонієве джерела).
Важливою сферою застосування рентгеноспектрального аналізу є визначення товщини захисних покриттів без порушення поверхні виробів.
У тих випадках, коли не потрібно високої роздільної здатності в розділенні характеристичного випромінювання від зразка і аналізовані елементи відрізняються по атомній номером більш ніж на два, з успіхом може бути застосований бескрістальний метод рентгеноспектрального аналізу. У ньому використовується пряма пропорційність між енергією кванта і амплітудою імпульсу, який створюється їм у пропорційному або сцинтиляційних лічильниках. Це дозволяє виділити і дослідити імпульси, що відповідають спектральної лінії елементу за допомогою амплітудного аналізатора.
Важливим методом рентгеноспектрального аналізу є аналіз мікрооб'емов речовини.
Основу мікроаналізатор (рис. 3) складає мікрофокусная рентгенівська трубка, об'єднана з оптичним метал - мікроскопом.
Спеціальна електронно-оптична система формує тонкий електронний зонд, який бомбардує невелику, приблизно 1 -2 мк, область досліджуваного шліфують, розміщеного на аноді, і збуджує рентгенівські промені, спектральний склад яких далі аналізується за допомогою спектрографа із зігнутим кристалом. Такий прилад дозволяє проводити аналіз рентгеноспектральний шлиф «у точці» на кілька елементів або досліджувати розподіл одного з них вздовж обраного напрямку. У створених пізніше растрових мікроаналізатор електронний зонд оббігає задану площу поверхні аналізованого зразка і дозволяє спостерігати на екрані монітора збільшену в десятки разів картину розподілу хімічних елементів на поверхні шлиф. Існують як вакуумні (для м'яких області спектра), так і не вакуумні варіанти таких приладів. Абсолютна чутливість методу 10-13 -10-15 грам. З його допомогою з успіхом аналізують фазовий склад легованих сплавів і досліджують ступінь їх однорідності, вивчають розподілу легуючих добавок у сплавах та їх перерозподіл в процесі старіння, деформації або термообробки, досліджують процес дифузії та структури дифузійних та інших проміжних шарів, вивчають процеси, що супроводжують обробку та пайку жароміцних сплавів, а також досліджують неметалічні об'єкти в хімії, мінералогії та геохімії. В останньому випадку на поверхні шлифов попередньо напилюють тонкий шар (50-100?) Алюмінію, берилію або вуглецю.
Рис. 3. Схема рентгенівського мікроаналізатор Каста і Гінье:
1 - електронна гармата; 2 - діафрагма; 3 - перша збирає електростатична лінза; 4 - апертурная діафрагма; 5 - друга збирає електростатична лінза; 6 - досліджуваний зразок; 7 - рентгенівський спектрометр; 8 - дзеркало; 9 - об'єктив металографічного оптичного мікроскопа; ВН - висока напруга.
Самостійним розділом рентгеноспектрального аналізу є дослідження тонкої структури рентгенівських спектрів поглинання та емісії атомів у хімічних сполуках і сплавах. Детальне вивчення цього явища відкриває шляхи для експериментального дослідження характеру междуатомного взаємодії в хімічні сполуки, металах і сплавах та вивчення енергетичної структури електронного спектра в них, визначення ефективних зарядів, зосереджених на різних атомах в молекулах, і вирішення інших питань хімії і фізики конденсованих середовищ. < br />
Дифракція рентгенівських променів
Дифракція рентгенівських променів це метод дослідження будови тіл, що використовує явище дифракції рентгенівських променів, метод дослідження структури речовини з розподілу в просторі та інтенсивності розсіяного на аналізованому об'єкті рентгенівського випромінювання. Дифракційна картина залежить від довжини хвилі исп?? льзуемих рентгенівських променів і будови об'єкта. Для дослідження атомної структури застосовують випромінювання з довжиною хвилі? 1?, Тобто порядку розмірів атома.
Методами рентгеноструктурного аналізу вивчають метали, сплави, мінерали, неорганічні та органічні сполуки, полімери, аморфні матеріали, рідини і гази, молекули білків, нуклеїнових кислот і т.д. Дифракція рентгенівських променів є основним методом визначення структури кристалів. При дослідженні кристалів він дає найбільшу інформацію. Це обумовлено тим, що кристали мають сувору періодичністю будови і являють собою створений самою природою дифракційної гратки для рентгенівських променів. Однак він доставляє цінні відомості і при дослідженні тіл з менш впорядкованою структурою, таких, як рідини, аморфні тіла, рідкі кристали, полімери та інші. На основі численних вже розшифрованих атомних структур може бути вирішена і зворотне завдання: за рентгенограмі полікристалічного речовини, наприклад легованої сталі, сплаву, руди, місячного грунту, може бути встановлений кристалічний складу цієї речовини, тобто виконано фазовий аналіз.
У ході рентгеноструктурного аналізу досліджуваний зразок поміщають на шляху рентгенівських променів і реєструють дифракційних картину, що виникає в результаті взаємодії променів з речовиною. На наступному етапі дослідження аналізують дифракційних картину і розрахунковим шляхом встановлюють взаємне розташування частинок у просторі, що викликала поява цієї картини.
Дифракція рентгенівських променів кристалічних речовин розпадається на два етапи.
1) Визначення розмірів елементарної комірки кристала, числа частинок (атомів, молекул) в елементарній комірці і симетрії розташування частинок (так званої просторової групи). Ці дані отримують шляхом аналізу геометрії розташування дифракційних максимумів.
2) Розрахунок електронної щільності усередині елементарної комірки і визначення координат атомів, які ототожнюються з положенням максимумів електронної щільності. Ці дані отримують аналізом інтенсивності дифракційних максимумів.
Методи рентгенівської зйомки кристалів.
Існують різні експериментальні методи отримання та реєстрації дифракційної картини. У будь-якому випадку є джерело рентгенівського випромінювання, система для виділення вузького пучка рентгенівських променів, пристрій для закріплення та орієнтування зразка в пучку та приймає розсіяного зразком випромінювання. Приймачем служить фотоплівка, або іонізаційні або сцинтиляціонні лічильники рентгенівських квантів. Метод реєстрації за допомогою лічильників (діфрактометріческій) забезпечує значно більш високу точність визначення інтенсивності випромінювання реєструється.
З умови Вульфа - Брегга безпосередньо випливає, що при реєстрації дифракційної картини одна з двох що входять до нього параметрів? ? -довжина хвилі або? -кут падіння, повинен бути змінним.
Основними рентгенівської зйомки кристалів є: метод Лауе, метод порошку (метод дебаеграмм), метод обертання і його різновид - метод гойдання і різні методи рентгенгоніометра.
У методі Лауе на монокристалічний зразок падає пучок немонохроматіческіх ( «білих») променів (рис. 4 а). Діфрагіруют лише ті промені, довжини хвиль яких задовольняють умові Вульфа - Брегга. Дифракційні плями на лауграмме (мал.4 б) розташовуються по еліпсах, гіпербол і прямим, обов'язково проходить через пляма від первинного пучка.
Рис. 4. а - Схема методу рентгенівської зйомки за Лауе: 1 - пучок рентгенівських променів, що падають на монокристалічний зразок; 2 - коліматор; 3 - зразок; 4 - діфрагірованние промені; 5 - плоска фотоплівка;
б - типова лауеграмма.
Важлива властивість лауеграмми полягає в тому, що при відповідній орієнтуванні кристала симетрія розташування цих кривих відображає симетрію кристала. За характером плям на лауеграммах можна виявити внутрішні напруги та деякі інші дефекти кристалічної структури. Індіцірованіе ж окремих плям лауеграмми досить важко. Тому метод Лауе застосовують виключно для знаходження потрібної орієнтування кристала і визначення його елементів симетрії. Цим методом перевіряють якість моно кристалів при виборі зразка для більш повного структурного дослідження.
У методі порошку (рис 5.а), так само як і у всіх інших описуваних нижче методи рентгенівської зйомки, використовується монохроматичні випромінювання. Змінним параметром є кут? падіння так як в полікристалічного порошковому зразку завжди присутні кристали будь-якої орієнтації по відношенню до напрямку первинного пучка.
Рис 5.а - схема рентгенівської зйомки за методом порошку: 1 - первинний пучок; 2 - порошковий чи полікристалічний зразок; 3 - фотоплівка, згорнутий по колу; 4 - дифракційні конуси; 5 - «дуги» на фотоплівці, що виникають при перетині її поверхні з дифракційних конусами;
б - типова порошкове рентгенограма (дібаеграмма).
Промені від всіх кристалів, у яких площині з даними межплоскостним відстанню dhk1 знаходяться в «відбиває положенні», тобто задовольняють умові Вульфа - Брегга, утворюють навколо первинного променя конус з кутом растру 4?. Кожному dhk1 відповідає свій дифракційний конус. Перетин кожного конуса діфрагірованних рентгенівських променів з смужкою фотоплівки, згорнутої у вигляді циліндра, вісь якого проходить через зразок, призводить до появи на ній слідів, що мають вигляд дужок, розташованих симетрично щодо первинного пучка (рис. 5.б). Знаючи відстані між симетричними «дугами», можна обчислити відповідні їм межплоскостние d відстані в кристалі.
Метод порошку найбільш простий і зручний з точки зору техніки експермента, однак єдина що поставляється ним інформація - вибір межплоскостних відстаней - позволяє розшифровувати сами прості структури.
У методі обертання (рис. 6.А) змінним параметром є кут?.
Зйомка проводиться на циліндричну фотоплівку. Протягом усього часу експозиції кристал рівномірно обертається навколо звий осі, що збігається з яким-небудь важливим кристалографічних напрямком і з віссю утвореного планкою циліндра. Дифракційні промені йдуть по утворюючим конусів, які при перетині з плівкою дають лінії, що складаються з плям (так звані верств лінії (рис. 6.б).
Метод обертання дає експериментаторові більш багату інформацію, ніж метод порошку. За відстаней між верств лініями можна розрахувати період решітки у напрямку осі обертання кристала.
Рис. 6.А - схема рентгенівської зйомки за методом обертання: 1 - первинний пучок;
2 - зразок (обертається по стрілці); 3 - фотоплівка циліндричної форми;
б - типова рентгенограма обертання.
У даному методі спрощується індіцірованіе плям рентгенограми. Так якщо кристал обертається навколо осі з решітки, то всі плями на лінії, що проходить через слід первинного променя, мають індекси (h, k, 0), на сусідніх з нею шарів лініях - відповідно (h, k, 1) та (h, k, 1?) і так далі. Однак і метод обертання не дає всієї можливої інформації, так ніколи невідомо, при якому кут повороту кристала навколо осі обертання утворилося те чи інше дифракційні пляма.
У методі гойдання, який є різновидом методу обертання, зразок не здійснює повного обертання, а «гойдається» навколо тієї ж осі в невеликому кутовому інтервалі. Це полегшує індіцірованіе плям, тому що дозволяє як би отримувати рентгенограму обертання по частинах і визначати з точністю до величини інтервалу гойдання, під яким кутом повороту кристала до первинного пучка виникли ті чи інші дифракційні плями.
Найбільш багату інформацію дають методи рентгеногоніометра. Рентгенівський гоніометр, прилад, за допомогою якого можна одночасно реєструвати напрямок діфрагірованних на досліджуваному зразку рентгенівських променів і положення зразка в момент виникнення дифракції. Один з них - метод Вайссенберга, є подальшим розвитком методу обертання. На відміну від останнього, в рентгеногоніометре Вайссенберга (мал. 7) всі дифракційні конуси, крім одного, закриваються циліндричної ширмою, а плями, що залишився дифракційного конуса (або, що те саме, шаровий лінії) «розгортаються» на всю площу фотоплівки шляхом її зворотно - поступального осьового переміщення синхронно з обертанням кристала. Це дозволяє визначити, за якої орієнтації кристалу виникло кожне пляма вассенбергограмми.
Рис. 7. Принципова схема рентгенгоніометра Вайссенберга: 1 - нерухома ширма, що пропускає лише один дифракційний конус; 2 - кристал, повертаються навколо осі Х - Х; 3 - циліндрична фотоплівка, що рухається поступально вздовж осі Х - Х синхронно з обертанням кристала 2; 4 - дифракційний конус, пропущений ширмою; 5 - первинний пучок.
Існують і інші методи зйомки, в яких застосовується одночасне синхронне рух зразка і фотоплівки. Найважливішими з них є метод фотографування зворотного решітки та прецесійного метод Бюргера. У всіх цих методах використана фотографічна реєстрація дифракційної картини. У рентгенівському дифрактометрі можна безпосередньо вимірювати інтенсивність дифракційних відображень за допомогою пропорційних, сцинтиляційних та інших лічильників рентгенівських квантів.
Застосування рентгеноструктурного аналізу.
Дифракція рентгенівських променів дозволяє об'єктивно встановлювати структуру кристалічних речовин, у тому числі таких складних, як вітаміни, антибіотики, координаційні сполуки і т.д. Повний структурний дослідження кристала часто дозволяє вирішити й чисто хімічні задачі, наприклад встановлення або уточнення хімічної формули, типу зв'язку, молекулярної ваги при відомій концентрації або щільності при відомому молекулярному вазі, симетрії і конфігурації молекул і молекулярних іонів.
Дифракція рентгенівських променів з успіхом застосовується для вивчення кристалічного стану полімерів. Цінні відомості дає рентгеноструктурний аналіз і при дослідженні аморфних і рідких тіл. Рентгенограми таких тел містять кілька розмитих дифракційних кілець, інтенсивність яких швидко падає зі збільшенням?. По ширині, формою та інтенсивності цих кілець можна робити висновки про особливості ближнього порядку в тій чи іншій конкретній рідкої або аморфної структурі.
Важливою сферою застосування рентгенівських променів є рентгенографія металів і сплавів, яка перетворилася на окрему галузь науки. Поняття «рентгенографія» включає в себе, поряд з повним або частковим рентгеноструктурного аналізу, також і інші способи використання рентгенівських променів - рентгенівську дефектоскопію (просвічування), рентгеноспектральний аналіз, рентгенівську мікроскопію та інше. Визначено структури чистих металів і багатьох сплавів. заснована на рентгеноструктурного аналізу Кристалохімія сплавів - один з провідних розділів металознавства. Жодна діаграма стану металевих сплавів не може вважатися надійно встановленою, якщо дані сплави не досліджені методами рентгеноструктурного аналізу. Завдяки застосуванню методів рентгеноструктурного аналізу виявилося можливим глибоко вивчити структурні зміни, що протікають в металах і сплавах при їх пластичної і термічній обробці.
Методу рентгеноструктурного аналізу властиві і серйозні обмеження. Для проведення повного рентгеноструктурного аналізу необхідно, щоб речовина добре кристалізувалися і давало досить стійкі кристали. Іноді необхідно проводити дослідження при високих або низьких температурах. Це сильно ускладнює проведення експерименту. Повне дослідження дуже трудомістким, тривало і пов'язане з великим обсягом обчислювальної роботи.
Для встановлення атомної структури середньої складності (? 50 - 100 атомів в елементарній комірці) необхідно вимірювати інтенсивності кількох сотень і навіть тисяч дифракційних відображень. Цю досить трудомістким і копітку роботу виконують автоматичні мікроденсітомери і дифрактометри, керовані ЕОМ, іноді протягом декількох тижнів і навіть місяців (наприклад, при аналізі структур білків, коли число відображень зростає до сотень тисяч). У зв'язку з цим в останні роки для вирішення завдань рентгеноструктурного аналізу отримали широке застосування швидкодіючі ЕОМ. Однак навіть із застосуванням ЕОМ визначення структури залишається складною і трудомісткою роботою. Застосування в дифрактометрі декількох лічильників, які можуть паралельно реєструвати відображення, час експерименту вдається скоротити. Діфрактометріческіе вимірювання перевершують фотореєстрації по чутливості і точності.
Дозволяючи об'єктивно визначити структуру молекул і загальний характер взаємодії молекул в кристалі, дослідження методом рентгеноструктурного аналізу не завжди дає можливість з потрібним ступенем вірогідності судити про відмінності в характері хімічних зв'язків усередині молекули, тому що точність визначення довжин зв'язків і валентних кутів часто виявляється недостатньою для цієї мети . Серйозним обмеженням методу є також труднощі визначення положень легких атомів і особливо атомів водню.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.
1. Жданов Г.С. Фізика твердого тіла, М., 1962.
2. Блохін М.А., Фізика рентгенівських променів, 2 изд., М., 1957.
3. Блохін М.А., Методи рентгеноспектрального досліджень, М., 1959.
4. Ванштейн Е.Е., Рентгенівські спектри атомів в молекулах хімічних сполук і в сплавах, М.-Л., 1950.
5. Бокай Г.Б., Порай-Кошиць М.А., Дифракція рентгенівських променів, М., 1964.
6. Шишаків Н.А., Основні поняття структурного аналізу, М., 1961.
15
