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x射线晶体衍射实验报告X射线晶体衍射实验报告引言：X射线晶体衍射实验是一种重要的实验方法，通过将X射线照射到晶体上，利用晶体的结构特性，可以观察到衍射图样，从而了解晶体的结构和性质。
本文将介绍X射线晶体衍射实验的原理、实验装置和实验结果，并分析实验中的一些问题和改进方法。
一、实验原理X射线晶体衍射是基于布拉格方程的原理。
当X射线照射到晶体上时，晶体中的原子会对X射线进行散射，形成衍射波。
根据布拉格方程，衍射波的相位差与入射波的入射角、晶格常数和衍射角有关。
通过测量衍射角和入射角的关系，可以计算出晶格常数和晶体结构的一些信息。
二、实验装置实验中使用的装置主要包括X射线发生器、单晶样品、衍射仪和探测器。
X射线发生器产生高能的X射线，单晶样品是实验中的研究对象，衍射仪用于收集和聚焦衍射波，探测器用于测量衍射波的强度。
三、实验步骤1. 准备工作：调整X射线发生器的参数，使其产生适合实验的X射线能量。
选择合适的单晶样品，并将其固定在衍射仪上。
2. 调整衍射仪：通过调整衍射仪的入射角和出射角，使得衍射波能够被探测器收集到。
3. 开始实验：打开X射线发生器，照射X射线到单晶样品上。
同时，探测器开始测量衍射波的强度。
4. 数据处理：根据探测器测得的衍射波强度，计算出衍射角，并绘制衍射图样。
5. 结果分析：根据衍射图样，计算出晶格常数和晶体结构的一些信息，并与已知数据进行对比。
四、实验结果在实验中，我们选择了某晶体样品进行研究。
通过测量和计算，得到了该晶体的衍射图样和晶格常数。
通过与已知数据对比，我们确认了该晶体的结构和性质。
五、问题与改进在实验过程中，我们遇到了一些问题，并提出了一些改进方法。
首先，由于X射线的能量和强度有限，可能会导致衍射图样的强度较弱，影响数据的准确性。
为了解决这个问题，可以尝试增加X射线的能量和强度，或者使用更灵敏的探测器。
其次，实验中的样品制备和固定也需要一定的技巧和经验，可以通过改进样品制备方法和优化固定装置来提高实验效果。
实验指导书实验一• X射线衍射仪结构与实验一、实验目的概括了解X射线衍射晶体分析仪的构造与使用。
二、X射线晶体分析仪介绍X射线晶体分析仪包括X射线管、高压发生器以及控制线路等几部分。
图实1-1是目前常用的热电子密封式X射线管的示意图。
阴极由钨丝绕成螺线形，工作时通电至白热状态。
由于阴阳极间有几十千伏的电压，故热电子以高速撞击阳极靶面。
为防止灯丝氧化并保证电子流稳定，管内抽成1.33X10 -9〜1.33X -11Mpa，的高真空。
为使电子束集中，在灯丝外设有聚焦罩。
阳极靶由熔点高、导热性好的铜制成，靶面上镀一层纯金属。
常用的金属材料有Cr，Fe, Co，Ni，Cu，Mo，W等。
当图实1-1高速电子撞击阳极靶面时，便有部分动能转化为X射线，但其中约有99 %将转变为热。
为了保护阳极靶面，管子工作时需强制冷却。
为了使用流水冷却，也为了操作者的安全，应使X射线管的阳极接地，而阴极则由高压电缆加上负高压。
X射线管有相当厚的金属管套，使X射线只能从窗口射出。
窗口由吸收系数较低的Be片制成。
结构分析X射线管通常有四个对称的窗口，靶面上被电子轰击的范围称为焦点，它是发射X射线的源泉。
用螺线形灯丝时，焦点的形状为长方形（面积常为lmm X10mm），此称实际焦点。
窗口位置的设计，使得射出的X射线与靶面成6。
角图实1-2）。
从长方形短边上的窗口所看到的焦点为lmm 2的正方形，称点焦点，在长边方向看则得到线焦点。
一般的照相多采用点焦点，而线焦点则多用在衍射仪上。
图实1-2X射线晶体分析仪由交流稳压器、调压器、高压发生器、整流与稳压系统、控制电路及管套等组成。
启动分析仪按下列程序进行：1.打开冷却水，继电器触点K1即接通。
2•接通外电源。
3.按低压按钮SB3,交流接触器KMI接通，即其触点KM i-1 , KM 1-2接通。
4 .预热3分钟后按下高压按钮SB4。
S表示管流零位开关及过负荷开关，正常情况下应接通，故交流接触器KMn-1 , KMn-2接通。
X射线单晶体衍射仪原理简介X射线单晶体衍射仪一．引言X射线单晶体衍射仪的英文名称是X—ray single crystal diffractometer,简写为XRD。
本仪器分析的对象是一粒单晶体，如一粒砂糖或一粒盐。
在一粒单晶体中原子或原子团均是周期排列的。
将X射线（如Cu的Kα辐射）射到一粒单晶体上会发生衍射，由对衍射线的分析可以解析出原子在晶体中的排列规律，也即解出晶体的结构［1］。
物质或由其构成的材料的性能是与晶体的结构密切相关的，如金刚石和石墨都是由纯的碳构成的，由于它们的晶体结构不同就有着截然不同的性质。
二．X射线单晶体衍射仪测定晶体结构的原理和仪器构造［2,3］。
（一）晶体衍射的基本公式由于晶体中原子是周期排列的，其周期性可用点阵表示。
而一个三维点阵可简单地用一个由八个相邻点构成的平行六面体（称晶胞）在三维方向重复得到。
一个晶胞形状由它的三个边(a，b,c）及它们间的夹角(γ，α，β)所规定，这六个参数称点阵参数或晶胞参数，见图1。
这样一个三维点阵也可以看成是许多相同的平面点阵平行等距排列而成的,这样一族平面点阵称为一个平面点阵族，常用符号HKL(HKL为整数）来表示。
一个三维空间点阵划分为平面点阵族的方式是很多的，其平面点阵的构造和面间距d可以是不同的，见图1。
晶体结构的周期性就可以由这一组dHKL来表示。
图1 代表结晶体周期性的点阵一个小晶体衍射X射线，其衍射方向是与晶体的周期性(d）有关的.一个衍射总可找到一个晶面族HKL，使它与入射线在此面族上符合反射关系，就以此面族的符号HKL作为此衍射之指数。
其间关系用布拉格方程(式1）来表示.2dHKLsinθHKL=nλ（1）式中,θHKL为入射线或反射线与晶面族之间的夹角（见图2）,λ为入射X射线波长，n为反射级数。
图2 布拉格反射示意图衍射线的强度是与被重复排列的原子团的结构,也即和原子在晶胞中的分布装况(坐标）有关,其间的关系由方程式（2)表示（2）式中， E称为累积能量，I0为入射线强度，e, m为电子的电荷与质量，c为光速，λ为X射线波长，Vu为晶胞体积，称洛仑兹偏振（LP）因子，｜F｜为结构振幅，e—2MT为温度因子,A为吸收因子,V为小单晶体的体积，ω为样品的转速，其中结构因子=｜FHKL｜eiαHKL(3)式中, fj, xj,yj,zj 分别为第j个原子的原子散射因子及它在晶胞中的分数坐标（以晶胞边长为1)。
x射线单晶衍射仪原理引言：x射线单晶衍射是一种重要的实验技术，在材料科学、化学和生物学等领域具有广泛的应用。
本文将介绍x射线单晶衍射仪的原理及其应用。
一、x射线的特性x射线是一种高能量的电磁辐射，具有穿透力强、波长短和能量高的特点。
由于这些特性，x射线能够穿透物体并与物体内部的原子相互作用，从而提供有关物体结构的信息。
二、x射线单晶衍射仪的构成x射线单晶衍射仪主要由以下几个部分组成：1. x射线发生器：用于产生高能量的x射线。
2. 单晶样品：通常由晶体构成，用于衍射x射线。
3. 衍射仪器：包括衍射仪器支架、探测器等，用于测量衍射信号。
三、x射线单晶衍射的原理x射线单晶衍射是基于布拉格定律的原理。
布拉格定律表明，当x 射线通过晶体时，会与晶体中的原子发生相互作用，形成衍射现象。
根据布拉格定律，衍射信号的强度与入射角、晶格常数和波长有关。
通过测量衍射信号的强度和位置，可以得到晶体的结构信息。
四、x射线单晶衍射的应用1. 材料科学：x射线单晶衍射技术可以用于研究材料的结构和性质。
通过测量衍射信号，可以确定材料的晶格常数、晶体结构和晶面取向等信息，从而帮助科学家深入了解材料的性质和行为。
2. 化学：x射线单晶衍射技术在化学领域中被广泛应用。
通过测量衍射信号，可以确定化学物质的分子结构和立体构型，从而揭示化学反应的机理和性质。
3. 生物学：x射线单晶衍射技术在生物学研究中也有重要应用。
通过测量衍射信号，可以确定生物大分子的结构，如蛋白质和核酸等，从而揭示生物分子的功能和相互作用机制。
五、x射线单晶衍射仪的发展随着科学技术的不断进步，x射线单晶衍射仪的性能和精度得到了显著提高。
现代的x射线单晶衍射仪具有高分辨率、高灵敏度和自动化控制等特点，大大提高了实验效率和数据质量。
六、结语x射线单晶衍射仪是一种重要的实验技术，通过测量x射线的衍射信号，可以得到物体的结构信息。
它在材料科学、化学和生物学等领域具有广泛的应用。
x射线单晶衍射仪原理
X射线单晶衍射仪是一种用于研究物质结构的仪器，其原理基于X射线的物质衍射现象和布拉格定律。
当X射线通过一束入射光线照射到晶体上时，晶体中的原子
会对X射线进行散射。
这种散射过程被称为物质的X射线衍射。
根据布拉格定律，当入射光线与晶体晶面间距的2倍之比等于衍射角的正弦值时，会出现最强的衍射现象。
衍射角的大小取决于晶体的晶面间距和入射光线的波长。
X射线单晶衍射仪利用这一原理来测定晶体的结构。
首先，一束单色的X射线从射线源发出，经过光学元件聚焦后照射到
晶体上。
晶体中的原子会对射到其上的X射线进行散射。
散
射的X射线在晶体内部相互干涉，然后衍射出来。
接收到的
衍射信号通过一个衍射器件（例如闪烁屏或探测器）进行检测。
通过调整入射角度和测量衍射角度，可以根据布拉格定律计算出晶体的晶面间距和晶体结构的其他参数，如晶胞尺寸和原子位置。
X射线单晶衍射仪的原理使其成为研究材料结构和晶体学的重要工具。
它广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域的研究和实验中。
X射线衍射仪工作原理操作及其应用（一）工作原理X射线是利用衍射原理，精确测定物质的晶体结构，织构及应力。
对物质进行物相分析、定性分析、定量分析。
广泛应用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教学、材料生产等领域。
特征X射线是一种波长很短(约为20～0.06nm)的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。
在用电子束轰击金属“靶”产生的X射线中，包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征（或标识）X射线。
考虑到X射线的波长和晶体内部原子间的距离相近，1912年德国物理学家劳厄提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X射线的空间衍射光，即当一束X射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。
分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。
这一预见随即为实验所验证。
1913年英国物理学家布拉格父子在劳厄发现的基础上，不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构，并提出了作为晶体衍射基础的著名公式──布拉格定律：式中λ为X射线的波长，n为任何正整数。
当X射线以掠角θ（入射角的余角，又称为布拉格角）入射到某一点阵晶格间距为d的晶面面上时，在符合上式的条件下，将在反射方向上得到因叠加而加强的衍射线。
（二）操作步骤2.1开机前的准备打开循环水，检查水温是否在20摄氏度左右，上下波动范围不超过3度；室内温度在20摄氏度左右，上下波动范围不超过3度；湿度小于80%；样品放置在样品台正中间；2.2开机检查记录检查情况，填写《仪器设备使用记录》；预热30分钟，加载高压；启动电脑，打开commander软件，点击init drives按钮进行初始化，然后点击Move drives按钮驱动各个轴转动到设定的角度处；在commander软件中将设备功率设定到额定功率，铜靶40KV，40mA；钴靶35KV，40mA；设定2thet角的范围（通常范围在20°到80°）。
研究生课程《分析测试技术》作业X-射线单晶衍射仪学院：化学与化工学院专业：无机化学班级：2013级学号：2013021305姓名：钟艳授课教师：牟兰教授85分2013年12月29 日目录摘要 (3)Abstract (3)一引言 (4)二 X-射线单晶衍射的研究进展 (4)三晶体简介 (5)3.1晶体的定义及概述 (5)3.2单晶的培养方法 (6)3.3 晶体结构的描述 (8)3.3.1分子几何 (8)3.3.2 分子间作用 (8)四X-射线单晶衍射仪在配合物中的应用............................................ 错误！未定义书签。
4.1 2-巯基吡啶与Cu(Ｉ)配合物的晶体结构 ............................... 错误！未定义书签。
4.1.1研究意义 ........................................................................... 错误！未定义书签。
4.1.2 结果与讨论 (10)4.2 多羟基配体过渡金属配合物的晶体结构 (11)4.2.1研究意义 (11)4.2.2结果与讨论 (11)4.2.2.1配合物[Cu2L2]的晶体结构 (11)4.2.2.2配合物[Fe2L2(SO4)].H2O的晶体结构 (13)4.2.2.3配合物[Co2L2].0.5CH3OH的晶体结构 (14)4.2.2.4配合物[Ni2L2(H2O)]的晶体结构 (15)4.2.2.5配合物[Cd2L2Cl2]的晶体结构 (15)4.3含有Zn-O-Zn螺旋链的钒氧酸盐配合物的晶体结构 (16)4.3.1研究意义 (16)4.3.2结果与讨论 (16)五展望 (17)参考文献 (17)X-射线单晶衍射仪摘要：分析化学是一门利用分析方法和技术来确定物质的组成、结构、状态和含量的科学。
随着不同科学之间的相互交叉融合，分析化学中的现代分析技术得到了充分的应用。
在各类物质的分析研究中，X-射线单晶衍射分析主要用于普通晶体的构像、结构、立体构型、化学键的类型、键长、键角、分子间距离等重要信息的测定。
本文主要介绍X-射线单晶衍射仪在表征各类物质结构方面的应用。
关键词：X-射线单晶衍射，构像，结构，立体构型，键长，键角，应用AbstractThe main tast of analytical chemistry is use of analysis method and techniques to determine the composition, structure and content of material. With the intersection and merging between different sciences. Meanwhile, available modern testing means particularly important to the analysis of functional materials. In the analytical study of different kinds of complexes, the major information of the ordinary crystal, which are the conformation, structure, stereoscopic configuration, type of chemical bone, length of bone, angle of bone, the distance between molecules, are characterized by X-ray single crystal diffraction. This article are introduced mainly the applications of the X-ray single crystal diffraction at the aspect of characterizing the structure of different kinds of composes.Keywords: X-ray single crystal diffraction, conformation, structure, stereoscopic configuration，length of bone, angle of bone，application一引言物质的结构决定了物质的化学与物理性质，只有充分了解物质的结构，才能深入地认识和探讨物质的性能，才能更好的对物质的性能进行改良，设计出性能优秀的新材料。
目前，对于物质结构的表征方法有很多种，大部分的原理都是基于物质对某种波长的吸收和发射。
例如，核磁共振(NMR)图谱可以得到化学位移与耦合常数，通过这些信息我们可以推导出氢和碳的原子数量、化学环境等等；红外光谱可以得到波数与透射率的关系，从而可以证实分子中含有的某些特征官能团。
各种波谱方法虽然可以得到一些有用的信息，但是并不能给出分子或其聚集体的精确几何结构信息。
基于X射线衍射的晶体研究恰恰能弥补这个缺陷[1]。
二X-射线单晶衍射的研究进展1895年，伦琴发现了X射线，这种射线的穿透力特强。
当时对它的本质还不是很了解，所以把X这个未知符号给它命名，称之为X射线。
伦琴于1901年因发现X射线而获得了诺贝尔物理学奖。
20世纪初期，德国科学家劳埃对晶体的X射线衍射进行了深入的研究。
他研究的晶体学劳埃方程使他获得了1914年诺贝尔物理学奖。
后来，布拉格也提出了晶体布拉格方程，并首次测定了氯化纳和氯化钾等无机化合物的晶体结构，从此人们就开始研究各种简单无机化合物的晶体结构。
1923年，首个有机化合物（六次甲基四胺）的晶体结构被成功测定。
随后，有关有机化合物和配位化合物等的晶体结构研究也开始得到迅速的发展，涉及的晶体结构也越来越复杂。
早期晶体学家们解析晶体结构主要采用模型法、帕特森法和直接法。
直到1970年四圆单晶衍射仪的出现，它实现了衍射实验自动化。
近几十年来，由于计算机技术的不断发展，X射线单晶结构分析已经从早期的简单化合物的结构分析到十分复杂的蛋白质等生物大分子的结构分析。
Crick F.H.C和Watson J.D.首次使用X射线衍射方法测定了DNA的双螺旋结构，为此他们获得了1962年的诺贝尔化学奖[2]。
目前，为了解大多数新和成物质的应用，都需要对其结构进行分析，得知它相关的物理和化学参数，好进一步的把其性质和应用联系起来。
三晶体简介3.1晶体的定义及概述晶体（crystal）是物质的质点（分子、原子、离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的质。
固态物质的聚集形式一般分为晶态和非晶态两种。
在非晶态物质中，分子或原子的排列没有明显的规律，如常见的塑料和玻璃等。
相反，在晶态物质中，分子或原子的排列具有明显的规律性。
晶体是一种原子有规律地重复排列的固体物质。
由于原子在空间中具有规律排列性，可以把晶体中的若干原子抽象为空间的一个点，晶体就可以看作是这些空间点的组合[3]。
从成键的角度可以把晶体分为分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。
晶体的一般特征有（1）晶体的自限性，即晶体的整齐规则的几何外形；（2）晶体拥有固定的熔点，在融化的过程中，温度始终保持不变；（3）晶体有各向异性的特点；（4）晶体可以使X光发生有规律的衍射；（5）晶体相对应的晶面角相等，称为晶面角守恒。
晶体内部的分子或原子在三维空间内以某种结构单元进行周期性的重复排列。
只要得知其中最简单的结构单元，以及它们的向量方向与长度，就可以得知分子或原子在晶体中的排列情况。
结构单元代表一个或多个原子，也可以代表一个或多个分子，每个结构单元的原子和化学组成完全相同。
如果将这个结构单元看成是一个点，那么晶体中原子或分子的排列就可以看成是点阵。
空间点阵排列成不同的形状，就在宏观上呈现为晶体不同的独体几何形状。
组成点阵的各原子之间都相互作用着，它们的作用主要是静电力。
我们可以用三个相互不平行的单位向量a , b和c来描述点阵在空间中的平移，通过这些向量的操作，整个点阵就可以确定。
点阵中的任意点可以用向量r表示：r=n1a+n2b+n3c其中n1，n2和n3为整数。
利用以上三个单位向量可以画出一个六面体单位，称为点阵单位。
按照晶体结构的周期性划分出来的六面体单位就称之为晶胞。
三个单位向量的长度a , b和c以及他们之间的夹角α，β和γ就叫做晶胞参数。
其中α是b和c的夹角，β是a和c的夹角，γ是a和b的夹角（图1）图1 晶胞及其参数表1 晶体的七个晶系3.2单晶的培养方法晶体的培养一般是通过结晶的方法，而结晶可分为两种，一种是降温结晶：首先加热溶液，蒸发溶剂成饱和溶液，此时降低热饱和溶液的温度，溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出。
另一种是蒸发结晶：蒸发溶剂，使溶液由不饱和变成饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出。
由于这种方法晶体的析出速度太快，一般形成的晶体很小，呈粉末状，从而不能满足单晶衍射的实验要求。
而X-射线衍射实验所需要的单晶必须透明无缺陷和尺寸大小合适(一般为零点几mm)。
晶体的生长和质量主要是依赖于晶核的形成和生长的速率。
如果晶核的形成速率过快，就会形成大量的微晶，并且容易出现晶体团聚；太快的生长速率就会引起晶体出现缺陷。
一般单晶的培养方法有以下几种[4]：（1）溶液中晶体生长从溶液中将化合物结晶出来，是单晶培养的最常用方法。
一般的步骤就是通过冷却或蒸发化合物的饱和溶液，使化合物从中结晶出来。
由于有机物一般只溶于有机溶剂，而有机溶剂的比热低并且很容易挥发，这就造成了晶体过快的析出，得不到高质量的单晶体。
这种情况下必须采用必要的措施使溶剂缓慢地冷却或挥发，以获得比较完美的晶体。
盛溶液的容器内部需要干净和平滑，以减少晶核的数目，增大晶粒的尺寸。
（2）界面扩散法如果化合物由两个反应物反应生成，而两种反应物可以分别溶于不同的溶剂中，这种情况下就可以使用溶液界面扩散法。
将A溶液慢慢的加入到B溶液上面，化学反应就会在两种溶液的接触界面开始，产物的晶体将会在A和B的界面慢慢析出,如图2所示。
这种方法需要进行化学反应，比较麻烦，因此人们很少使用。
图2 界面扩散法示意图如图2（b）所示，小容器中样品溶于溶剂A，溶解度低的溶剂B在大容器内，随着溶剂B的挥发并扩散到溶液A中，晶体就会从A中慢慢地析出。
（3）高温熔融生长的气相生长法由于这两种方法需要专用的晶体培养设备，并且在高温中进行,制备出来的单晶体尺寸较大，用于无机单晶体大型器件的研究，不适合用于有机单晶体。
