原子散射因子物理意義是什麼

A. 散射的物理意義

散射 散射（scattering）是指由傳播介質的不均勻性引起的光線向四周射去的現象。如一束光通過稀釋後的牛奶後為粉紅色，而從側面和上面看，是淺藍色。
1.光線通過有塵土的空氣或膠質溶液等媒質時，部分光線向多方面改變方向的現象。叫做光的散射.超短波發射到電離層時也發生散射。
太陽輻射通過大氣時遇到空氣分子、塵粒、雲滴等質點時，都要發生散射。但散射並不象吸收那樣把輻射能轉變為熱能，而只是改變輻射方向，使太陽輻射以質點為中心向四面八方傳播開來。經過散射之後，有一部分太陽輻射就到不了地面。如果太陽輻射遇到的是直徑比波長小的空氣分子，則輻射的波長愈短，被散射愈厲害。其散射能力與波長的對比關系是：對於一定大小的分子來說，散射能力和波長的四次方成反比，這種散射是有選擇性的。例如波長為0.7微米時的散射能力為1，波長為0.3微米時的散射能力就為30。因此，太陽輻射通過大氣時，由於空氣分子散射的結果，波長較短的光被散射得較多。雨後天晴，天空呈青藍色就是因為輻射中青藍色波長較短，容易被大氣散射的緣故。如果太陽輻射遇到直徑比波長大的質點，雖然也被散射，但這種散射是沒有選擇性的，即輻射的各種波長都同樣被散射。如空氣中存在較多的塵埃或霧粒，一定范圍的長短波都被同樣的散射，使天空呈灰白色的。有時為了區別有選擇性的散射和沒有選擇性的散射，將前者稱為散射，後者稱為漫射。
2.兩個基本離子相碰撞，運動方向改變的現象。
3.在某些情況下，聲波投射到不平的分界面或媒質中的微粒上而不同方向傳播的現象，也叫亂反射。
4.按介質不均性的不同，光的散射可分為兩大類：介質中含有許多較大的質點 ，它們的線度在數量級上等於光波的波長，引起的光的散射叫做懸浮質點散射。十分純凈的液體或氣體，由於分子熱運動而造成的密度的漲落引起光的散射叫做分子散射。

(1)定義或解釋
光傳播時因與物質中分子（原子）作用而改變其光強的空間分布、偏振狀態或頻率的過程。當光在物質中傳播時，物質中存在的不均勻性（如懸浮微粒、密度起伏）也能導致光的散射（簡單地說，即光向四面八方散開）。藍天、白雲、曉霞、彩虹、霧中光的傳播等等常見的自然現象中都包含著光的散射現象。
(2)說明
①引起光散射的原因是由於媒質中存在著其他物質的微粒，或者由於媒質本身密度的不均勻性(即密度漲落)。
②一般由光的散射的原因不同而將光的散射分為兩類：
a．廷德爾散射[1]。
顆粒渾濁媒質(顆粒線度和光的波長差不多)的散射，散射光的強度和入射光的波長的關系不明顯，散射光的波長和入射光的波長相同。
b.分子散射。
光通過純凈媒質時，由於構成該媒質的分子密度漲落而被散射的現象。分子散射的光強度和入射光的波長有關，但散射光的波長仍和入射光相同。
光通過不均勻介質時部分光偏離原方向傳播的現象。偏離原方向的光稱散射光，散射光一般為偏振光（線偏振光或部分偏振光，見光的偏振）。散射光的波長不發生變化的有廷德耳散射、分子散射等，散射光波長發生改變的有拉曼散射、布里淵散射和康普頓散射等。廷德耳散射由英國物理學家J.廷德耳首先研究，是由均勻介質中的懸浮粒子引起的散射，如空氣中的煙、霧、塵埃，以及浮濁液、膠體等引起的散射均屬此類。真溶液不會產生廷德耳散射，故化學中常根據有無廷德耳散射來區別膠體和真溶液。分子散射是由於物質分子的熱運動造成的密度漲落而引起的散射，例如純凈氣體或液體中發生的微弱散射。
介質中存在大量不均勻小區域是產生光散射的原因，有光入射時，每個小區域成為散射中心，向四面八方發出同頻率的次波，這些次波間無固定相位關系，它們在某方向上的非相干疊加形成了該方向上的散射光。J.W.S.瑞利研究了線度比波長要小的微粒所引起的散射，並於1871年提出了瑞利散射定律：特定方向上的散射光強度與波長λ的四次方成反比；一定波長的散射光強與(1＋cosθ)成正比，θ為散射光與入射光間的夾角，稱散射角。凡遵守上述規律的散射稱為瑞利散射。根據瑞利散射定律可解釋天空和大海的蔚藍色和夕陽的橙紅色。
對線度比波長大的微粒，散射規律不再遵守瑞利定律，散射光強與微粒大小和形狀有復雜的關系。G.米和P.J.W.德拜分別於1908年和1909年以球形粒子為模型詳細計算了對電磁波的散射，米氏散射理論表明，只有當球形粒子的半徑a＜0.3λ／2π時，瑞利的散射規律才是正確的，a較大時，散射光強與波長的關系就不十分明顯了。因此，用白光照射由大顆粒組成的散射物質時(如天空的雲等)，散射光仍為白光。氣體液化時，在臨界狀態附近，密度漲落的微小區域變得比光波波長要大，類似於大粒子，由大粒子產生的強烈散射使原來透明的物質變混濁，稱為臨界乳光。
波長發生改變的散射與構成物質的原子或分子本身的微觀結構有關，通過對散射光譜的研究可了解原子或分子的結構特性。
波長較短的光容易被散射,波長較長的光不容易被散射

B. 為什麼原子散射因子總是小於相應的原子序數

這是因為原子散射因數f是以一個電子散射波的振幅為度量單位的一個原子散射波的振幅。
它表示一個原子在某一方向上散射波的振幅是一個電子在相同條件下散射波振幅的f倍。它反應了原子將X射線向某一方向散射時的散射效率。

關系：z越大，f越大。因此，重原子對X射線散射的能力比輕原子要強。

C. 盧瑟福粒子散射實驗現象及意義

實驗現象：絕大多數α粒子穿過金箔後仍沿原來的方向前進，但有少數α粒子發生了較大的偏轉，並有極少數α粒子的偏轉超過90°，有的甚至幾乎達到180°而被反彈回來，這就是α粒子的散射現象。
實驗結論：正電荷集中在原子中心。大多數α粒子穿透金箔：原子內有較大空間，而且電子質量很小。一小部分α粒子改變路徑：原子內部有一微粒，而且該微粒的體積很小，帶正電。極少數的α粒子反彈：原子中的微粒體積較小，但質量相對較大。
實驗意義：此實驗開創了
原子結構研究的先河。

D. 原子散射因子的物理意義是什麼

是說庫侖散射因子嗎？

量綱分析下，就知道α的單位是m，表距離。再把α和E調個位，可以看出這是一個在電場中的勢能式子，所以其物理意義應該是：帶電粒子在靶核電場中運動，所能接近靶核的最小距離。

E. 試述原子散射因子 f和結構因子的物理意義，結構因子與哪些因素有關

原子散射因數f 是以一個電子散射波的振幅為度量單位的一個原子散射波的振幅。也稱原子散射波振幅。它表示一個原子在某一方向上散射波的振幅是一個電子在相同條件下散射波振幅的f倍。它反映了原子將X射線向某一個方向散射時的散射效率。 原子散射因數與其原子序數有何關系，Z越大，f 越大。因此，重原子對X射線散射的能力比輕原子要強。

結構因子是晶胞沿（HKL）面反射方向的散射波即衍射波，FHKL是晶胞所含各原子相應方向上散射波的合成波。結構因子與原子種類、原子數目、原子坐標有關， 不受晶胞形狀和大小影響.

F. 電子衍射的實驗

電子衍射實驗
一 實驗目的
1 驗證電子具有波動性的假設；
2 了解電子衍射和電子衍射實驗對物理學發展的意義；
3 了解電子衍射在研究晶體結構中的應用；
二 實驗儀器
電子衍射，真空機組，復合真空計，數碼相機，微機
三實驗原理
（一）、電子的波粒二象性
波在傳播過程中遇到障礙物時會繞過障礙物繼續傳播，在經典物理學中稱為波的衍射，光在傳播過程表現出波的衍射性，光還表現出干涉和偏振現象，表明光有波動性；光電效應揭示光與物質相互作用時表現出粒子性，其能量有一個不能連續分割的最小單元，即普朗克1900年首先作為一個基本假設提出來的普朗克關系
E為光子的能量，v為光的頻率，h為普朗克常數，光具有波粒二象性。電子在與電磁場相互作用時表現為粒子性，在另一些相互作用過程中是否會表現出波動性？德布羅意從光的波粒二象性得到啟發，在1923－1924年間提出電子具有波粒二象性的假設，
E為電子的能量， 為電子的動量， 為平面波的圓頻率， 為平面波的波矢量， 為約化普朗克常數；波矢量的大小與波長λ的關系為 ， 稱為德布羅意關系。電子具有波粒二象性的假設，拉開了量子力學革命的序幕。
電子具有波動性假設的實驗驗證是電子的晶體衍射實驗。電子被電場加速後，電子的動能等於電子的電荷乘加速電壓，即
考慮到高速運動的相對論效應，電子的動量
由德布羅意關系得
真空中的光速，電子的靜止質量 ，普朗克常數，當電子所受的加速電壓為V伏特，則電子的動能，電子的德布羅意波長
， ⑴
加速電壓為100伏特，電子的德布羅意波長為。要觀測到電子波通過光柵的衍射花樣，光柵的光柵常數要做到 的數量級，這是不可能的。晶體中的原子規則排列起來構成晶格，晶格間距在 的數量級，要觀測電子波的衍射，可用晶體的晶格作為光柵。1927年戴維孫_革末用單晶體做實驗，湯姆遜用多晶體做實驗，均發現了電子在晶體上的衍射，實驗驗證了電子具有波動性的假設。
普朗克因為發現了能量子獲得1918年諾貝爾物理學獎；德布羅意提出電子具有波粒二象性的假設。導致薛定諤波動方程的建立，而獲得1929年諾貝爾物理學獎；戴維孫和湯姆遜因發現了電子在晶體上的衍射獲得1937年諾貝爾物理學獎。
由於電子具有波粒二象性，其德布意波長可在原子尺寸的數量級以下，而且電子束可以用電場或磁場來聚焦，用電子束和電子透鏡取代光束和光學透鏡，發展起分辨本領比光學顯微鏡高得多的電子顯微鏡。
（二）、晶體的電子衍射
晶體對電子的衍射原理與晶體對x射線的衍射原理相同，都遵從勞厄方程，即衍射波相干條件為出射波矢時 與入射波矢量 之差等於晶體倒易矢量 的整數倍
設倒易空間的基矢為 ，倒易矢量
在晶體中原子規則排成一層一層的平面，稱之為晶面，晶格倒易矢量的方向為晶面的法線方向，大小為晶面間距的倒數的 倍
為晶面指數（又稱密勒指數），它們是晶面與晶格平移基矢量的晶格坐標軸截距的約化整數，晶面指數表示晶面的取向，用來對晶面進行分類，標定衍射花樣。
晶格對電子波散射有彈性的，彈性散射波在空間相遇發生干涉形成衍射花樣，非彈性散射波則形成衍射花樣的背景襯度。入射波與晶格彈性散射，入射波矢量與出射波矢量大小相等，以波矢量大小為半徑，作一個球面，從球心向球面與倒易點陣的交點的射線為波的衍射線，這個球面稱為反射球（也稱厄瓦爾德球），見圖1所示，圖中的格點為晶格的倒易點陣（倒易空間點陣）。
晶格的電子衍射幾何以及電子衍射與晶體結構的關系由布拉格定律描述，兩層晶面上的原子反射的波相干加強的條件為
為衍射角的一半，稱為半衍射角。見圖2所示，圖中的格點為晶格點陣（正空間點陣）。o為衍射級，由於晶格對波的漫反射引起消光作用， 的衍射一般都觀測不到。
（三）、電子衍射花樣與晶體結構
晶面間距不能連續變化，只能取某些離散值，例如，對於立方晶系的晶體，
a為晶格常數（晶格平移基矢量的長度），是包含晶體全部對稱性的、體積最小的晶體單元——單胞的一個棱邊的長度，圖3為立方晶系的三個布拉菲單胞。立方晶系單胞是立方體，沿hkl三個方向的棱邊長度相等，hkl三個晶面指數只能取整數；對於正方晶系的晶體
h,k,l三個方向相互垂直。h,k兩個方向的棱邊長度相等。三個晶面指數h,k,l只能取整數， 只能取某些離散值，按照布拉格定律，只能在某些方向接收到衍射線。做單晶衍射時，在衍射屏或感光膠片上只能看到點狀分布的衍射花樣，見圖4；做多晶衍射時，由於各個晶粒均勻地隨機取向，各晶粒中具有相同晶面指數的晶面的倒易矢在倒易空間各處均勻分布形成倒易球面，倒易球面與反射球面相交為圓環，衍射線為反射球的球心到圓環的射線，射線到衍射屏或感光膠片上的投影呈環狀衍射花樣，見圖5。
衍射花樣的分布規律由晶體的結構決定，並不是所有滿足布拉格定律的晶面都會有衍射線產生，這種現象稱為系統消光。若一個單胞中有n個原子，以單胞上一個頂點為坐標原點，單胞上第j個原子的位置矢量為 ， 為晶格點陣的平移基矢量，第j個原子的散射波的振幅為 為第j個原子的散射因子，根據勞厄方程，一個單胞中n個原子相干散射的復合波振幅。
根據正空間和倒易空間的矢量運算規則，。復合波振幅可寫為 ，上式中的求和與單胞中原子的坐標有關，單胞中n個原子相干散射的復合波振幅受晶體的結構影響，令。則單胞的衍射強度 ， 稱為結構因子。
對於底心點陣，單胞中只有一個原子，其坐標為[0，0，0]，原子散射因子為 ，
任意晶面指數的晶面都能產生衍射。
對於底心點陣，單胞中有兩個原子，其坐標為[0，0，0]和[1/2，1/2，0]，若兩個原子為同類原子，原子散射因子為 ，
只有當h,k同為偶數或同為奇數時， 才不為0，h,k一個為偶數另為奇數時， 為0，出現系統消光。
對於面心點陣，單胞中有4個原子，其坐標為[0，0，0]和[1/2，0，1/2]，[0，1/2，1/2]，若4個原子為同類原子，原子散射因子為 ， 只有（h+k+l）為偶數時， 不為0，能產生衍射。
對於面心點陣，單胞中有4個原子，其坐標為[0，0，0]和[1/2，0，1/2]，[0，1/2，1/2]，若4個原子為同類原子，原子散射因子為 ， 只有當h,k,l同為偶數可同為奇數時， 才不為0，能產生衍射。
對於單胞中原子數目較多的晶體以及由異類原子所組成的晶體，還要引入附加系統消光條件。
（四）、電子衍射花樣的指數化
根據系統消光條件，可以確定衍射花樣的對應晶面的密勒指數hkl，這一步驟稱為衍射花樣的指數化。對衍射花樣指數化，可確定晶體結構，若已知電子波的波長，則可計算晶格常數，若已知晶格常數（由x射線衍射測定），則可計算電子波的波長，驗證德布羅意關系。以簡單格子立方晶系的多晶衍射花樣為例，介紹環狀衍射花樣的指數化。
對於電子衍射，電子波的波長很短， 角一般只有1°~ 2°，設衍射環的半徑為R，晶體到衍射屏或感光膠片的距離為L，由圖6所示的幾何關系可知 ，則布拉格定律為
， ⑵
式中 稱為儀器常數。，電子衍射花樣就是晶格倒易矢放大 倍的象。將立方晶系的晶面間距代入布拉定律得。晶面指數h,k,l只能取整數，令 ，則各衍射環半徑平方的順序比為 ，按照系統消光規律，對於簡單立方、體心立方和面心立方晶格，半徑最小的衍射環對應的密勒指數分別為100、110、111，這三個密勒指數對應的晶面分別是簡單立方、體心立方和面心立方晶格中晶面間距最小的晶面。這三個晶格的衍射環半徑排列順序和對應的密勒指數見表1，將衍射環半徑的平方比表1對照，一般可確定衍射環的密勒指數。衍射花樣的指數化後，對已知晶格常數的晶體，儀器常數
， ⑶
若已知儀器常數，則可計算晶格常數
， ⑷
表1：簡單格子立方晶系衍射環的密勒指數
衍射環序號 簡單立方 體心立方 面心立方

G. 討論在X射線衍射中金剛石結構晶體的消光法則

衍射系統消光

衍射線強度與晶體結構密切相關。如果晶體正點陣中存在滑移面對稱或螺旋軸對稱元素，就有可能出現某些晶面網的結構振幅∣F(hkl)∣=0現象【括弧內字元是下標，下同】。因為衍射線強度I(hkl)正比於結構因數∣F（hkl）∣^2,故這時的I(hkl)=0,即衍射沒有光強，不表現為衍射。這種因∣F(hkl)∣=0而使衍射空間中某些指標的衍射線消失的現象稱為衍射系統消光。

學習和掌握消光的概念和規律，無疑能夠對解析和歸屬衍射圖譜花樣、衍射線指標化、點陣類型的確定、空間群和對稱性的確定等發揮作用。

衍射系統消光規律

結構因子F(hkl)是決定衍射強度的主要因素，它又是晶體面網指數（hkl）的函數，因此能導致F(hkl)或|F(hkl)|^2為0的那些面網指數就是衍射系統消光的規律。不滿足消光的面網指數的衍射就應該存在，但其中可能有些衍射強度很弱，不要與消光相混淆。在之前已就7種晶系中4種基本點陣分類進行了討論。

以空間點陣為分類的消光規律適用於不同晶系。例如，只要是體心點陣，無論是立方體心、四方體心還是正交體心，其衍射的消光規律均相同。結構因數表達式中也不含點陣參數之外能反映晶胞形狀和大小的參數。四種點陣參數型和金剛石結構的衍射消光規律總結如下表。

金鋼石結構是由A、B兩套相距（1/4）個立方體對角線的面心立方點陣構成的復雜結構。

金鋼石型結構每個晶胞含有8個碳原子，坐標為000，（1/2）（1/2）0，（1/2）0（1/2），0（1/2）（1/2），（1/4）（1/4）（1/4），（3/4）（3/4）（1/4），（3/4）（1/4）（3/4），（1/4）（3/4）（3/4）。因為是同類碳原子，原子散射因子均為f。代入式

F(hkl)=(從j=1加和到j=n){f(j)exp[2πi(hx/a+ky/b+lz/c)]}，

式中，F(hkl)的模量|F(hkl)|稱為結構振幅。它的物理意義是：

|F(hkl)|=[一個晶胞內全部原子散射波的振幅]/[一個電子散射波的振幅],

結構因子F(hkl)=|F(hkl)|exp[iΦ(下標hkl)]，包含兩方面的數據：結構振幅|F(hkl)|和相角Φ(下標hkl)。一般從測量的衍射強度數據中只能獲得結構振幅|F(hkl)|，或者獲得稱為結構因數的|F(hkl)|^2,因為晶面hkl的衍射強度I(hkl)正比於|F(hkl)|^2。

代入式上述式子後得：

F=f[exp[0]+exp[πi(h+k)]+exp[πi(h+l)]+exp[πi(k+l)]+exp[πi(h+k+l)/2]+exp[πi(3h+3k+l)/2]+exp[πi(3h+k+3l)/2]+exp[πi(h+3h+3k)/2]]=

=f〔1+exp[πi(h+k)]+exp[πi(h+l)]+exp[πi(k+l)]〕×〔1+exp[πi(h+k+l)/2]〕,

F^2=[F(hkl)]^2=∣F(hkl）∣^2=f^(2)*〔1+exp[πi(h+k)]exp[πi(h+l)]+exp[πi(h+l)]〕^2*〔1+expπi(h+k+l)/2〕〕^2≡[fF1F2]^2≡

≡f^2*〔1+cosπ(h+k)+cosπ(h+l)cosπ(k+l)〕^2*〔1+cosπ(h+k+l)/2〕^2

對上式的討論：

①F（i）正是面心點陣的結構因子，其衍射消光的面網是h、k、l奇偶混雜的晶面；如（100），（110），（210），（201），……等的衍射消光。

②當h,k,l全偶數且h+k+l=4n+2時，F(2)?=0，∣F(hkl)∣^2=0，衍射系統消光；如：（200）,（222）,（204）,（240）,（420）,（244）,（424）,（442）,……等衍射線不會出現。

③上述兩種情況以外的面網，其衍射線均應該出現。其中當h、k、l全是偶數且h+k+l=4n時,F(1)=4,F(2)=2,F^2=64f^2,達到F^2的最大值。與F^2成正比的衍射光強I(hkl)應該最強。如（224）,（242）,等。當h、k、l全為奇數且h+k+l=4n±1時,F(1)=4,F(2)=1,F^2=16f2,峰強是最強峰的1/4,如（133）,（313）,（135）等。

但實測的衍射線強度除與F^2成正比外，還受其它因素影響。

金剛石結構的點陣類型是金剛石結構，其晶系屬於面心立方晶系。衍射規律是：h、k、l全偶且h+k+l=4n(n是自然數)時，其衍射線呈現。其消光規律（不出現衍射的場合）是：

（1）h、k、l全偶且h+k+l≠4n；（2）所有有別於衍射的其它的組合。

表金剛石的衍射消光規律

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點陣類型（包括晶系）衍射規律消光規律

金剛石結構（面心立方）h、k、l全偶且h+k+l=4n(n是自然數)（1）h、k、l全偶且h+k+l≠4n；（2）所有其它的組合

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立方晶系粉末相的指標化

由於結構因數的作用，立方晶系中不同點陣類型的這一系列比也有規律：

簡單立方是1：2：3：4：5：6：8：9，缺7、15、23。

體心正立方是1：2：3：4：5：6：7：8：9

=2：4：6：8：10：12：14：16。

面心立方（F）是3：4：8：11：12：16：19：20：24：27：32起點是3、且有4。

全鋼石型是3：8：11：16：19：……起點是3、但無4。

典型的立方晶系不同陣類型的粉未衍射圖中，最大D值線總是晶面（100）（010）和（001）的一級衍射線，除非沒被測到。

化為整數比後，考察第一個第二個數之比是0.5的再考察其比數列中有無7；有7的是體心立方，第一線是110；無7的是簡單立方，第一線是100。其比是0.75者是面心立方第一線標111。其比是0.375者是金鋼石型立方，其第一、二線是111、220。

確定點陣類型後，每條衍射線的指標可依次歸屬，並可通過衍射強度理論計算加以檢驗。

H. 材料分析方法周玉版中原子散射因數怎麼看

在容量分析中，怎麼分離干擾元素的幾種方法
（1）物理干擾物理干擾是指試樣在轉移、蒸發過程中任何物理因素變化而引起的干擾效應。屬於這類干擾的因素有：試液的粘度、溶劑的蒸汽壓、霧化氣體的壓力等。物理干擾是非選擇性干擾，對試樣各元素的影響基本是相似的。 配製與被測試樣相似的標准樣品，是消除物理干擾的常用的方法。在不知道試樣組成或無法匹配試樣時，可採用標准加入法或稀釋法來減小和消除物理干擾。

（2）化學干擾化學干擾是指待測元素與其它組分之間的化學作用所引起的干擾效應，它主要影響待測元素的原子化效率，是原子吸收分光光度法中的主要干擾來源。它是由於液相或氣相中被測元素的原子與干擾物質組成之間形成熱力學更穩定的化合物，從而影響被測元素化合物的解離及其原子化。 消除化學干擾的方法有：化學分離；使用高溫火焰；加入釋放劑和保護劑；使用基體改進劑等。

（3）電離干擾在高溫下原子電離，使基態原子的濃度減少，引起原子吸收信號降低，此種干擾稱為電離干擾。電離效應隨溫度升高、電離平衡常數增大而增大，隨被測元素濃度增高而減小。加入更易電離的鹼金屬元素，可以有效地消除電離干擾。

（4）光譜干擾光譜干擾包括譜線重疊、光譜通帶內存在非吸收線、原子化池內的直流發射、分子吸收、光散射等。當採用銳線光源和交流調制技術時，前3種因素一般可以不予考慮，主要考慮分子吸收和光散射地影響，它們是形成光譜背景的主要因素。

（5）分子吸收干擾分子吸收干擾是指在原子化過程中生成的氣體分子、氧化物及鹽類分子對輻射吸收而引起的干擾。光散射是指在原子化過程中產生的固體微粒對光產生散射，使被散射的光偏離光路而不為檢測器所檢測，導致吸光度值偏高。