当外来高速粒子（电子或光子）的动能大至可将壳层中某电子击出填充到未满的高能级上或击出原子系统之外时，被击出点子位置出现空位，原子的系统能量因而升高，处于激发态。
这种激发态不稳定，较高能级上的电子会向低能级上的空位跃迁，并以光子形式辐射出一种射线，使原子系统能量降低而趋于稳定，称之为特征X射线。
二、简答题
1.从内部结构解释：
棉纤维拉伸强度大于粘胶，小于麻的原因。
答：
纤维内部结构是影响纤维拉伸性质的根本原因（或内因）。
其中主要是纤维大分子的聚合度，以及表示纤维大分子链集聚排列特征的取向度和结晶度。
（1）纤维大分子的聚合度
纤维强度随纤维大分子聚合度的增大而增大，但当聚合度n增加到一定数值后，n再增加时，纤维强度增加减慢甚至不再增加。
聚合度的作用如同短纤维纱中的纤维长度，纤维长度短，纤维易于滑移而不是断裂。
故纤维的断裂决定于大分子的相对滑移和分子链断裂两方面。
随着聚合度增加，大分子链间的次价键数目增多，剪切阻力增大，大分子链间不易滑移，大部分分子链断裂，所以纤维断裂强度提高。
当聚合度足够大，分子链间滑动阻力已大大超过分子链的断裂强力是，在增加聚合度，其作用就越来越不显著了。
棉纤维的聚合度为6000到15000，黏胶纤维聚合度低于棉，一般为250到550。
（2）纤维的取向度
纤维大分子的取向度决定有效承力分子数。
取向度高的纤维，有较多的大分子排列在平行于纤维的轴方向，且夹角越小，拉伸纤维时，分子链张力在纤维轴向的有效分立越大，纤维强度也越高。
天然纤维中，麻纤维内部大分子链与纤维轴向倾角小，其强度高，如苎麻取向因子为0.913；亚麻取向因子为0.934；黄麻取向因子为0.906；棉纤维中大分子排列因原纤的螺旋倾角大，其强度比麻纤维要低。
（3）纤维的结晶度
纤维的结晶度影响纤维的强度。
结晶度越高，纤维中分子排列越规整，缝隙孔洞较少且较小，分子间结合力越强，纤维的断裂强度、屈服应力和初始模量表现的较高。
采用X射线衍射法测得棉纤维结晶度为65%到72%，苎麻结晶度达70%；亚麻结晶度约为66%；黄麻结晶度约为62%；
2.简述电子显微镜成像中的球差，色差，像散以及影像畸变产生的原因，如何避免这些不利因素？
答：
（1）球差：
成像的远轴光线与近轴光线的光路（传播路径）不同，致使远轴光线与近轴光线在光程上产生差异，造成所形成影像的焦点位置出现了前后不同，这一原因所引起的像差称为球面像差，又称球差。
消除或减少球差的方法：
给电磁透镜加上透镜光阑，选用较小的孔径角，用以遮挡远轴光线，着重利用近轴光线成像，从而降低球差带来的影响。
（2）色差：
施给自由电子的阳极加速电压值发生变化，将会引起电子束波长的变化，而同一块透镜对不同波长的电子束产生的折射率是不同的。
这种现象被称为色差或色散。
消除方法：
电镜须要求配以十分稳定的电压与电流恒定装置，尽可能地限制电子束波长的漂移。
（3）像散：
制作透镜的材料中不可避免地会存在着微量的纯度缺陷，同时也受到加工精度限制等因素的影响，就使透镜产生的磁场不可能呈现绝对理想的轴对称。
其结果致使透镜在垂直方向上的焦距会有所不同，由此带来的像差称为像散。
消除方法：
通过引入一个强度和方位可调的矫正磁场来进行补偿。
在电镜的聚光镜及物镜上个配装的一组消像散线圈，即是为弥补其而设。
（4）影像畸变：
由球差引起的另外一种像差，透镜边缘部分与中心部分的磁力线分布、会聚能力存在差距，因而边缘光线与中心光线的成像平面不同，结果是物平面上的成像点距离光轴的远近变化能导致放大率随之改变。
当边缘的放大率大于中心时，影像产生枕形畸变；反之当边缘的放大率小于中心时，影像产生桶形畸变。
消除方法：
通常选择透镜极靴形状和励磁强度，以尽量满足旁轴条件等方式来减少畸变像差。
3.透射电镜、扫描电镜对试样有什么要求？
答：
（1）透射电镜：
投射电镜样品非常薄，约为100-200nm，而且必须用铜网（直径为3mm左右，孔径约有数十微米）支撑着。
样品需要干燥后才可用于观察。
（2）扫描电镜：
在满足观察的情况下，样品尽量小为宜。
要求样品干净、干燥、不发光、不发热、磁性弱而且导电。
对于非导电性的物质，为了防止荷电现象并减轻由电子束引起的样品表面损伤，需要在样品表面镀金属层，一般需要厚度为10nm左右。
4.比较UV，IR和Raman光谱分析原理及谱图表示方法，谱图提供的信息的共同点与差异，这几种分析方法对样品有何要求？
答：
（1）紫外光谱（UV）分析
①原理：
紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的。
分子中价电子经紫外线照射时，电子从低能级跃迁到高能级，此时电子就吸收了相应波长的光，这样就产生的吸收光谱叫吸收光谱。
②谱图表示方法：
紫外—可见吸收光谱一般以吸光度A作为纵坐标，横坐标用波长表示。
在谱图中，最大吸收峰对应横轴的位置相当于跃迁时所吸收紫外辐射的波长，是区别不同化合物的定性指标。
与最大吸收峰对应的摩尔吸光系数是化合物的定量指标，吸收强度主要取决于价电子由基态跃迁到激发态的概率和化合物浓度的大小。
③对样品要求：
由于电子能级跃迁时往往要引起分子中核的运动状态的变化，因此在电子跃迁的同时，总是伴随着分子振动能级和转动能级的跃迁。
所以在进行紫外光谱测定时，大多数采用液体或溶液试样，因为液体中较强的分子间作用力，或溶液中的溶剂化作用都能导致振动、转动精细结构的消失，便于观察。
其次能很好的溶解被测物，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性；还有溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。
（2）红外光谱（IR）分析
①原理：
电磁波与原子或分子相互作用时，原子或分子选择性地吸收一定能量的光子，发生能级跃迁，产生吸收光谱。
而分子的能量包括分子的平动、转动、振动、和分子中价电子现对于原子核的运动动能。
其中，分子的转动能级（）和振动能级（）当用红外波长的光（中红外、远红外）照射时，分子便会吸收能量，发生振动和转动能级的跃迁，产生红外吸收光谱。
②谱图表示方法：
一般红外吸收光谱的表示为横坐标为吸收波长（）或波数（），纵坐标常用百分透过率来表示，所以吸收光波越多，透射率越低，低谷是好的吸收峰，与紫外吸收光谱相反。
从谱图中可得的信息有吸收峰的位置、吸收峰的强度以及吸收峰的形状。
③对样品要求：
利用红外光谱进行结构分析时，为了便于与纯物质的标准光谱进行对照，样品最好是单一组分。
混合物样品测定前尽量预先先用分馏、萃取、重结晶等方法进行分离提纯或采用联用的方法进行分析。
其次，由于水本身有红外吸收，且严重干扰样品光谱，还会侵蚀盐片，所以要求试样中不应含有游离水。
还需要注意的是，试样的浓度和测试厚度对红外光谱分析的影响较大，尤其对定量分析的影响更大，因此红外光谱分析时应使光谱图中的大多数吸收峰的透射率处于10%80%范围内。
（3）拉曼光谱（Raman）分析
①原理：
能量为的激光照射到样品中的分子，会发生光散射效应。
其中，大多数散射光频率不发生变化，能量仍为，属于分子和光子之间的弹性碰撞，称为瑞利散射。
在全部散射光中瑞利散射强度最强。
另外一种类型的碰撞是非弹性碰撞。
光子从分子获得能量或丢失一部分能量，散射光能量为变为即反斯托克线或即斯托克线。
此时能量的得失，对应于分子振动能量。
测量入射光的位移值的光谱，即可测量分子振动光谱。
这样的光谱称为拉曼光谱。
②谱图表示方法：
拉曼光谱不记录瑞利散射和反斯托克线（强度低于斯托克线），只记录斯托克线。
拉曼光谱测量相对于单色激发光（入射光）频率的位移，把入射光频率位置作为零，那么频率位移（拉曼位移）的数值正好相应于分子振动或转动能级跃迁的频率。
因此从谱图上可得出，拉曼位移对应不同的物质，并且与入射光频率无关，拉曼位移的大小和分子的跃迁能级差一样，它是表征分子振动-转动能级的特征物理量，作为定性与结构分析的依据。
③对样品要求：
由于拉曼光谱范围为4000-40cm-1，可在可见光区研究分子振动光谱，大大降低了对样品的要求，同时由于水的拉曼光谱一般很弱，所以很方便的直接测量试样品水溶液的拉曼光谱。
5.试述功率补偿型差示扫描量热法DSC分析的基本原理和及其应用。
答：
差示扫描量热法（DSC）是在温度程序控制下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。
可分为功率补偿式差示扫描量热法和热流式差示扫描量热法。
（1）基本原理
试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器。
整个仪器由两个控制系统进行监控。
其中一个控制温度，使试样和参比物在预定的速率下升温或降温；另一个用于补偿试样和参比物之间所产生的温差。
这个温差是由试样的放热或吸热效应产生的。
通过功率补偿使试样和参比物的温度保持相同，这样就可以由补偿的功率直接就算热流率。
（2）应用
三、计算题：
（30分）
1.用比重瓶法测定某纤维的密度，已经测得：
mp0=25.654g，mpg=75.543g，mpf=26.029g，mpfg=75.638g。
用蒸馏水作介质，测定时的温度为17.4℃（密度为0.998g/cm3）,求纤维密度。
答：
2.天然纤维素晶胞参数测试,已测得X射线衍射斑点对应的晶面间距为:
=0.0273（1/埃2）;=0.0644（1/埃2）,晶胞类型为单斜晶系，试求晶胞参数a,c的值。
答：
联立上式得：
a=94491，c=7.8811
3.试用3组热重分析的原始数据作TG和微分热重DTG曲线图，从谱图上能看到那些关于样品和仪器的有用信息，比较3种材料的热稳定性，分析各自的失重特点。
（数据另存）
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