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1、一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱入射光为入射光为白光白光时，时， 不同，不同， 不同，按波长分开形成不同，按波长分开形成光谱光谱. .0级级 1级级 2级级-2级级 -1级级(白光的光栅光谱白光的光栅光谱)3级级-3级级 入射光为入射光为白光白光时，形成时，形成彩色光谱彩色光谱.可知可知:光光 栅栅 光光 谱谱由光栅方程由光栅方程 光谱分析光谱分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量这
2、种分析法叫还可从谱线的强度定量分析出元素的含量这种分析法叫光谱分析光谱分析。在科学研究和工业技术中有着广泛的应用。在科学研究和工业技术中有着广泛的应用。不同种类光源发出的光所形成的光谱是不同种类光源发出的光所形成的光谱是各各不不相相同的同的. .炽热固体发射的光的光谱炽热固体发射的光的光谱: :-各色光连成一片的各色光连成一片的连续光谱连续光谱放电管中气体所发出的光谱放电管中气体所发出的光谱: :-由一些具有特定波长的分立的明线构成的由一些具有特定波长的分立的明线构成的线状光谱线状光谱分子光谱则是由若干条明带组成分子光谱则是由若干条明带组成,而每一明带实际上是一些而每一明带实际上是一些密集的谱
3、线密集的谱线,这类光谱叫这类光谱叫带状光谱带状光谱,是由分子发光产生的是由分子发光产生的.光栅的分辨本领光栅的分辨本领 光栅能把不同波长的光分开，那么波长很接近的光栅能把不同波长的光分开，那么波长很接近的两条谱线是否一定能在光栅谱线中分辨出来呢？两条谱线是否一定能在光栅谱线中分辨出来呢？设入射波长为设入射波长为 和和 + 时，二者的谱线时，二者的谱线刚能分开，由瑞利判据：刚能分开，由瑞利判据：谱线本身的半角宽谱线本身的半角宽的的k级主极大级主极大+的的k级主极大级主极大当当 时，两条谱线能被分辨时，两条谱线能被分辨两条谱线两条谱线(两个主极大两个主极大)的角间距的角间距 把把波长靠得很近波长靠
4、得很近的两条谱线分辨清楚的能力。的两条谱线分辨清楚的能力。+的的 k 级主极大级主极大的的k级主极大级主极大的的k=kN+1级极小级极小对于对于k k级光谱级光谱: :由由光栅方程光栅方程和和暗纹方程暗纹方程有：有：由此联立解得由此联立解得定义定义: :光栅的分辨本领光栅的分辨本领 式中式中是恰能被光栅分辨是恰能被光栅分辨的两条谱线的波长差。显然，的两条谱线的波长差。显然，越小，其分辨本领越高越小，其分辨本领越高。由由 光栅的分辨本领与谱线的级次和光栅的缝数成正比。光栅的分辨本领与谱线的级次和光栅的缝数成正比。当要求在某一级次的谱线上提高光栅的分辨本领时，必须当要求在某一级次的谱线上提高光栅的
5、分辨本领时，必须增大光栅的总缝数。这就是光栅之所以要刻上上万条甚至增大光栅的总缝数。这就是光栅之所以要刻上上万条甚至几十万条刻痕的原因几十万条刻痕的原因.结论结论和和德国实验物理学家，德国实验物理学家，1895年发现了年发现了X射线，并将其公射线，并将其公布于世。历史上第一张布于世。历史上第一张X射射线照片，就是伦琴拍摄他线照片，就是伦琴拍摄他夫人的手的照片。夫人的手的照片。由于由于X射线的发现具有重射线的发现具有重大的理论意义和实用价值，大的理论意义和实用价值，伦琴于伦琴于1901年获得首届诺年获得首届诺贝尔物理学奖金。贝尔物理学奖金。伦琴（伦琴（W. K. Rontgen，1845-192
6、3） X射线射线( (伦琴伦琴射线射线) )的衍射的衍射1. X 射线的发现1895年伦琴发现1901年获首届诺贝尔物理学奖2. X 射线的认识1912年劳厄实验证实了X 射线的本质是电磁波1914年获诺贝尔物理学奖3. X 射线的衍射的解释1913年布拉格父子晶体看作三维光栅1915年获诺贝尔物理学奖X-射线管通过用高速电子碰撞金属产生X-射线X-射线是波长很短（1010 m）的电磁波X-射线管高速电子射线阴极阳极一、一、X射射线 X 射线射线是原子的内是原子的内壳层电子跃壳层电子跃迁或高速电迁或高速电子在靶上骤子在靶上骤然减速时伴然减速时伴随的辐射。随的辐射。 其特点是：其特点是： 1.
7、波长较短的电磁波，范围在波长较短的电磁波，范围在0.001nm10nm之间。之间。 2. 穿透力强（很容易穿过由穿透力强（很容易穿过由H、O、C、N等等轻元素组成的肌肉；但不容易穿透骨骼）轻元素组成的肌肉；但不容易穿透骨骼） 3. 不会受到电磁场的影响，在电磁场中不会不会受到电磁场的影响，在电磁场中不会发生偏转发生偏转 （即：（即：x射线是不带电的粒子流）射线是不带电的粒子流）AK高压高压 1895年伦琴发现，高速电子撞年伦琴发现，高速电子撞击某些固体时，会产生一种看不见击某些固体时，会产生一种看不见的射线，它能够透过许多对可见光的射线，它能够透过许多对可见光不透明的物质，对感光乳胶有感光不透
8、明的物质，对感光乳胶有感光作用，并能使许多物质产生荧光，作用，并能使许多物质产生荧光，这就是所谓的这就是所谓的X射线或伦琴射线。射线或伦琴射线。劳厄（劳厄（M. V. Laue，1879-1960） 德国物理学家，发现德国物理学家，发现 X射线的衍射现象，从而判定射线的衍射现象，从而判定X射线的本质是高频电磁波。射线的本质是高频电磁波。1904年，他因此获得诺贝尔年，他因此获得诺贝尔物理学奖金。物理学奖金。二、二、 劳厄厄实验 晶体中原子排列成有规则的空间点阵，原子间距为晶体中原子排列成有规则的空间点阵，原子间距为10-10m的数量级，与的数量级，与X射线的波长同数量级，可以利用晶射线的波长同
9、数量级，可以利用晶体作为天然光栅。体作为天然光栅。 在乳胶板上形成在乳胶板上形成对称分布的若干衍射对称分布的若干衍射斑点，称为劳厄斑。斑点，称为劳厄斑。 劳厄实验证明了劳厄实验证明了X射线射线的波动性，同时还证实了晶的波动性，同时还证实了晶体中原子排列的规则性。体中原子排列的规则性。劳劳 厄厄 斑斑 点点铅板铅板单晶片单晶片NaCl 照照像像底底片片 单晶片的衍射单晶片的衍射19121912年劳厄的实验装置年劳厄的实验装置布拉格父子布拉格父子（ W. H. Bragg，父，父 W. L. Bragg，子，子 ） 英国物理学家，在利用英国物理学家，在利用X射线研究晶体结构方面作出射线研究晶体结构
10、方面作出了巨大的贡献，奠定了了巨大的贡献，奠定了X射线射线谱学及谱学及X射线结构分析的基础。射线结构分析的基础。他们因此而于他们因此而于1915年共同获年共同获得诺贝尔物理学奖金。得诺贝尔物理学奖金。三、三、 布布拉拉格公式格公式 1913年布喇格父子提出一年布喇格父子提出一种简化了的研究种简化了的研究X射线衍射的射线衍射的方法，与劳厄理论结果一致。方法，与劳厄理论结果一致。 把晶体看作是由一系列平行把晶体看作是由一系列平行原子层原子层(称为称为晶面晶面)组成组成, ， 在在X射射线线照射下照射下,每一晶面的每一晶面的原子都成为原子都成为子波中心子波中心,向各个方向散射向各个方向散射X光光.原
11、原子散射光相干子散射光相干,故在空间发生干涉故在空间发生干涉. 同一晶面上相邻原子散射同一晶面上相邻原子散射的光波的光波如如:的光程差等于的光程差等于零零 ， 它们相干加强。它们相干加强。布布 拉拉 格格 反反 射射入射波入射波散射波散射波只有一层原子，反只有一层原子，反射方向必加强。射方向必加强。原子受迫振动原子受迫振动发出电磁波。发出电磁波。掠射角掠射角晶格常数晶格常数晶格常数晶格常数布布 拉拉 格格 反反 射射入射波入射波散射波散射波 若要在该方向上不若要在该方向上不同晶面上原子散射光相同晶面上原子散射光相干加强，则必须满足干加强，则必须满足干干涉涉加强的条件加强的条件。 相邻两个晶面反
12、射的相邻两个晶面反射的两两X射线射线加强的条件加强的条件： 布拉格公式布拉格公式 即当即当2dsin =k时时各层面上的反射光相干各层面上的反射光相干加强，形成亮点，称为加强，形成亮点，称为 k 级干涉主极大。级干涉主极大。 因为晶体有很多组平行晶面，因为晶体有很多组平行晶面，晶面间的距离晶面间的距离 d 各各不相同；所以，不相同；所以，劳厄斑是由空间分布的亮斑组成。劳厄斑是由空间分布的亮斑组成。 布拉格公式布拉格公式布布 拉拉 格格 反反 射射入射波入射波散射波散射波伦琴射线伦琴射线波谱学波谱学晶体结晶体结构分析构分析 测量射线的波长研究测量射线的波长研究X X射线谱，进而研究原子结射线谱，
13、进而研究原子结构；研究晶体的结构，进构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能一步研究材料性能. . X 射线的应用不仅开创了研究晶体结构的新领域，而且用它射线的应用不仅开创了研究晶体结构的新领域，而且用它可以作光谱分析，在科学研究和工程技术上有着广泛的应用。可以作光谱分析，在科学研究和工程技术上有着广泛的应用。四、四、 X射射线的的应用用 例如例如1953年英国的威年英国的威尔金斯、沃森和克里克利尔金斯、沃森和克里克利用用X 射线的结构分析得到射线的结构分析得到了遗传基因脱氧核糖核酸了遗传基因脱氧核糖核酸（DNA) 的双螺旋结构，的双螺旋结构，荣获了荣获了1962 年度诺贝尔年度诺贝尔生物和医学奖。生物和医学奖。
