近代分析测试技术

第一篇数值孔径：数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和半孔径角（α）的正弦之乘积。NA=n*sinα弹性散射：如果在散射过程中入射电子只改变方向，但其总动能基本上无变化，则这种散射称为弹性散射。非弹性散射：如果在散射过程中入射电子的方向和动能都发生改变，则这种散射称为非弹性散射。SEM的三种主要信号：背散射电子、二次电子和X射线。扫描电镜的工作原理：扫描电镜的工作原理可以简单地归纳为“光栅扫描，逐点成像”。STM（扫描隧道显微镜）的特点：a可以在环境气氛下进行如：大气，真空，溶液，反应性气氛等；b可以从低温到高温进行分析；c可以获得原子级别的空间分辨率；d原子操纵工具，组装纳米结构。隧道效应和隧道电流：根据量子力学理论的计算和科学实验的证明，当具有电位势差的两个导体之间的距离小到一定程度时，电子将存在一定的几率穿透两导体之间的势垒从一端向另一端跃迁。这种电子跃迁的现象在量子力学中被称为隧道效应，而跃迁形成的电流叫做隧道电流。衬度（SEM）：试样不同部位对入射电子作用不同，经成像放大后所显示的强度差异。第二篇物相分析：物相分析是指利用衍射分析的方法探测晶格类型和晶胞常数，确定物质的相结构。衍射：入射的电磁波（X射线）和物质波（电子波）与周期性的晶体物质发生作用，在空间某些方向上发生相干增强，而在其他方向上发生相干抵消，这种现象称为衍射。俄歇电子：光子与物质中原子相撞，多余能量不以x-ray形式放出，传递给其它外层电子，使之脱离原子，形成二次电子，即俄歇电子（AugerElectron）。衬度（TEM）：两个相临部分的电子束强度差。X射线的性质：使底片感光、荧光板发光、气体电离；具有极强的穿透能力；沿直线传播；杀死（伤）生物细胞。获得X射线必须具备的基本条件：①产生自由电子②使电子作定向高速运动③突然止住电子。X射线命名规则：主字母代表终态，下标代表层序差＝1，＝2。。。。。例如K：LK，K：MK物质波的波长公式λ=h/P透射电镜的结构：核心电子光学部分（照明、成象、观察和记录）、辅助真空部分（机械泵、扩散泵、吸附泵、真空测量、显示仪表）、辅助电子部分（高压电源、透镜电源、真空电源、辅助电源、安全系统、总调压变压器）。推导布拉格方程：①晶体结构的周期性，可将晶体视为由许多相互平行且晶面间距（d）相等的原子面组成；②X射线具有穿透性，可照射到晶体的各个原子面上；③光源及记录装置至样品的距离比d数量级大得多，故入射线与反射线均可视为平行光。德拜相机底片安装方法：正装法（底片中心开一圆孔，底片两端中心开半圆孔。底片安装时光栏穿过两个半圆孔合成的圆孔，承光管穿过中心圆孔）、反装法（底片开孔位置同上，但底片安装时光栏穿过中心孔）、偏装法（底片上开两个圆孔，间距仍然是πR。当底片围成圆时，接头位于射线束的垂线上。底片安装时光栏穿过一个圆孔，承光管穿过另一个圆孔）。晶面指数的确定方法：国际上通用的是密勒（Miller）指数，即用三个数字来表示晶面指数。(1)建立一组以晶轴a，b，c为坐标轴的坐标系，令坐标原点不在待标晶面上，各轴上的坐标长度单位分别是晶胞边长a，b，c。(2)求出待标晶面在a，b，c轴上的截距x，y，z。如该晶面与某轴平行，则截距为∞。(3)取截距的倒数1/x，1/y，1/z。(4)将这些倒数化成最简整数比h，k，l，使h：k：l=1/x：1/y：1/z。(5)将h，k，l置于圆括号内，写成(hkl)，则(hkl)就是待标晶面的晶面指数。第三篇光电子：金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。俄歇电子：俄歇电子是由于原子中的电子被激发而产生的次级电子。当原子内壳层的电子被激发形成一个空洞时，电子从外壳层跃迁到内壳层的空洞并释放出能量；虽然能量有时以光子的形式被释放出来；这种能量可以被转移到另一个电子，导致其从原子激发出来。这个被激发的电子就是俄歇电子。这个过程被称为俄歇效应。弛豫效应：电子从内壳层出射，结果使原来体系中的平衡势场被破坏，形成的离子处于激发态，其余轨道电子结构将作出重新调整。原子轨道半径会发生变化。这种电子结构的重新调整叫电子弛豫。化学位移（XPS）：同种原子处于不同化学环境而引起的电子结合能的变化，在谱线上造成的位移称为化学位移。XPS谱图元素定性分析步骤：a利用污染碳的C1s扣除荷电。b标示总是出现的谱线：C1s、CKLL、O1s、OKLL、O2s、X射线卫星峰、能量损失线。c利用结合能数值，标示最强线，并找出匹配的其他光电子线和俄歇线群。d标识剩下的谱线。e反复核实都没有归属的线，考虑为鬼线（靶受污染，产生不纯的X射线源激发出的谱线）。f可能有俄歇干扰时，换靶以消除干扰。第四篇分子中基团的基本振动形式：伸缩振动、变形振动。峰位、峰数、峰强：a化学键的力常数k越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。b峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。c瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强。红外光谱的特征峰：与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率——基团特征频率（特征峰）。红外谱图解析步骤：（1）首先依据谱图推出化合物碳架类型（2）分析3300~2800cm1区域C-H伸缩振动吸收，以3000cm1为界：高于3000cm1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收，可能为烯、炔、芳香化合物。低于3000cm1一般为饱和C-H伸缩振动吸收。(3)若在稍高于3000cm1有吸收，则应在2250~1450cm1频区分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰。(4)碳骨架类型确定后，再依据其他官能团，如C=O，O-H，C-N等特征吸收来判定化合物的官能团。(5)解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在。分子的不饱和度：不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。计算：若分子中仅含一，二，三，四价元素（H，O，N，C），则可按下式进行不饱和度的计算：=（2+2n4+n3–n1）/2n4，n3，n1分别为分子中四价，三价，一价元素数目。作用：由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。紫外、可见吸收光谱：材料吸收10~800nm波长的光子引起分子中外层电子能级跃迁（1~20eV之间）时产生的吸收光谱，也称为电子光谱。红外吸收光谱：材料吸收0.78~1000m波长范围的光子，引起分子中振动-转动能级的跃迁而产生的吸收光谱，也称分子振动转动光谱，简称振转光谱。红外光谱根据不同的波数范围分为三个区：近红外区13330~4000cm-1（0.75~2.5m）中红外区4000~650cm-1（2.5~15.4m）远红外区650~10cm-1（15~1000m）。核磁共振产生的条件：v0/2H0某种核的具体共振条件（H0，v0）是由核的本性（）决定的。在一定强度的外磁场中，只有一种跃迁频率，每种核的共振频率v0与H0有关。自旋-晶格弛豫（Spin-LatticeRelaxation），也称为纵向弛豫：高能态的碳核本身拉莫进动与周围带电微粒子热运动产生的波动场之间有相互作用。把能量传递给周围环境，自己回到低能态的过程。自旋-自旋弛豫（Spin-SpinRelaxation），或称为横向弛豫：高能态磁核将能量传递给邻近低能态同类磁核的过程。化学位移：在1H核磁共振谱中，每一种化学环境不同的质子都可观察到不同的信号，而表示不同质子的信号差别的物理量称为化学位移。最常用的标准物为四甲基硅烷（TMS），TMS用作标准物质的优点是：a.TMS化学性质不活泼，与样品之间不发生化学反应和分子间缔合；b.TMS是一个对称结构，四个甲基有相同的化学环境，在氢谱和碳谱中都只有一个吸收峰；c.Si的电负性（1.9）比C的电负性（2.5）小，TMS中的氢核和碳核处在高电子密度区，产生大的屏蔽效应，NMR信号所需的磁场强度大，与样品信号之间不会重叠干扰；d.TMS沸点很低（27℃），容易去除，有利于回收样品。第五篇热分析：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。分类：热重法（TG）、差热分析（DTA）、差示扫描量热法（DSC）。与TG相比，DTG具有哪些优点：a.能准确反映出起始反应温度Ti，最大反应率温度Te和Tf。b.更能清楚地区分相继发生的热重变化反应，DTG比TG分辨率更高。c.DTG曲线峰的面积精确对应着变化了的样品重量，较TG能更精确地进行定量分析。d.能方便地为反应动力学计算提供反应速率（dw/dt）数据。e.DTG与DTA具有可比性，通过比较，能判断出是重量变化引起的峰还是热量变化引起的峰。TG对此无能为力。差热分析：在程序控制温度下，测量物质和参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析（DTA）曲线提供的信息：峰的位置、峰的形状、峰的个数。TG-DTA联用的优缺点：主要优点：a.能方便区分物理变化与化学变化；b.便于比较、对照、相互补充c.可以用一个试样、一次试验同时得到TG与DTA数据，节省时间d.测量温度范围宽：室温~1500℃缺点：同时联用分析一般不如单一热分析灵敏，重复性也差一些。因为不可能满足TG和DTA所要求的最佳实验条件。