Кафедра компьютерной физики ВНУ им. В. Даля

Структурный анализ, определение строения веществ и материалов, т.е. выяснение расположения в пространстве составляющих их структурных единиц (молекул, ионов. атомов). структурный анализ-определение геометрии молекул и мол. систем, которую обычно описывают набором длин связей, валентных (плоских) и двугранных (торсионных) углов, структурный анализ обычно включает получение эксперим. данных и их математич. обработку.

Количеств. информацию о строении молекул дают дифракционные методы (рентгеновский структурный анализ, электронография и нейтронография), а также микроволновая спектроскопия.

Рентгеновский структурный анализ, исследование атомной структуры образца вещества по картине дифракции на нем рентгеновского излучения. Позволяет установить распределение электронной плотности вещества, по которому определяют род атомов и их взаимное расположение. С помощью рентгеновского структурного анализа исследуют структуру кристаллов, жидкостей, белковых молекул.

Электронография — метод изучения структуры в-ва, основанный на исследовании рассеяния образцом ускоренных эл-нов. Применяется для изучения ат. структуры кристаллов, аморфных тел и жидкостей, молекул газов и паров. Дуализм, взаимодействуют с атомами, в результате чего образуются дифрагированные пучки, интенсивность и расположение к-рых связаны с ат. структурой образца и др. структурными параметрами. Рассеяние эл-нов определяется электростатич. потенциалом атомов, максимумы к-рого отвечают положениям ат. ядер. В электронографах и электронных микроскопах формируется узкий светосильный пучок ускоренных эл-нов. Он направляется на объект и рассеивается им, дифракционная картина (электронограмма) либо фотографируется, либо регистрируется электронным устройством. Осн. вариантами метода явл. дифракция быстрых эл-нов (ускоряющее напряжение от 30—50 кВ и более) и дифракция медленных эл-нов (от неск. В до немногих сотен В).

Э. наряду с рентгеновским структурным анализом и нейтронографией принадлежит к дифракц. методам структурного анализа. Сильное вз-ствие эл-нов с в-вом ограничивает толщину просвечиваемых образцов десятыми долями мкм (при напряжении 1000—2000 кВ макс. допустимая толщина неск. мкм). Поэтому методами Э. изучают ат. структуру мелкокрист. в-в и монокристаллов значительно меньших размеров, чем в рентгенографии и нейтронографии. Вид электронограмм при дифракции быстрых эл-нов зависит от хар-ра исследуемых объектов. Электронограммы от плёнок, состоящих из кристалликов, обладающих взаимной ориентацией, или тонких монокрист. пластинок образованы точками или пятнами (рефлексами) с правильным расположением, от текстур — дугами (рис. 1), от поликрист. образцов — равномерно зачернёнными окружностями (аналогично дебаеграммам), а при съёмке на движущуюся фотопластинку — параллельными линиями. Эти типы электронограмм получаются в результате упругого, преим. однократного, рассеяния (без обмена энергией с кристаллом). При многократном неупругом рассеянии возникают вторичные дифракц. картины от дифрагированных пучков. Электронограммы от молекул газа содержат небольшое число диффузных ореолов.

Нейтронография mdash; совокупность методов изучения строения в-ва в конденсиров. состоянии методом рассеяния нейтронов низких энергий. Яд. реакторы явл. источником тепловых нейтронов, энергетич. спектр к-рых имеет максимум в области 0,06 эВ. Соответствующая этой энергии длина волны де Бройля соизмерима с межатомными расстояниями в конденсиров. средах. Это делает возможным исследование взаимного расположения атомов в в-ве с помощью дифракции нейтронов. Соизмеримость энергии тепловых нейтронов с энергией тепловых колебаний атомов позволяет изучать динамич. св-ва в-ва. Наличие у нейтрона магн. момента, к-рый может взаимодействовать с магн. моментами атомов, позволяет исследовать величину, расположение и взаимную ориентацию магн. моментов атомов. Н. применяется для исследования структурных, динамич. и магн. свойств практически всех известных форм конденсиров. сред от простых кристаллов и жидкостей до биол. макромолекул.

Биологические кристаллы — позволяет изучать микроструктуру сплавов, фазовые переходы и др. Рассеяние нейтронов в-вом принято классифицировать по след. признакам:

  • по изменению энергии нейтрона при рассеянии (упругое, неупругое рассеяния);
  • по характеру вз-ствия нейтрона с рассеивающим центром (ядерное, магнитное рассеяния);
  • по степени когерентности волн де Бройля, рассеянных от множества центров, образующих изучаемое вещество.

В общем случае интенсивность суммарной рассеянной волны (достаточно малым объёмом в-ва) можно представить в виде двух слагаемых, первое из к-рых пропорц. числу рассеивающих центров N (некогерентная составляющая), второе — N2 (когерентная составляющая). Когерентная составляющая рассеяния явл. структурно-чувствительной, некогерентная составляющая отражает вз-ствие нейтрона с отд. рассеивающими центрами и поэтому даёт информацию только о динамических свойствах отдельных атомов или молекул.

Микроволновая спектроскопия — область радиоспектроскопии, в к-рой спектры атомов и молекул в газовой фазе исследуют в диапазоне от дециметровых до субмиллиметровых длин волн (108 - 1013 Гц). Объектами M. с. являются вращательные и НЧ колебательные спектры молекул, молекулярных ионов, комплексов и радикалов, тонкая и сверхтонкая структура молекулярных спектров, спектры тонкой и сверхтонкой структуры атомов и ионов, электронные спектры возбуждённых атомов. В микроволновых спектрометрах используют монохроматические, перестраиваемые по частоте источники излучения - генераторы СВЧ (напр., лампы обратной волны, генераторы на основе Ганна эффекта); микроволновые спектры атомов и молекул регистрируют приёмниками СВЧ, оптоакустич. приёмниками, детекторами атомных и молекулярных пучков и др., что обусловлено разнообразием объектов и методов и желанием достигнуть в каждом случае макс, чувствительности спектрометров.

Яндекс.Метрика