X-射線粉末衍射法物相定性研究分析

1、個(gè)人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)X射線粉末衍射法物相定性分析粉末衍射也稱為多晶體衍射，是相對于單晶體衍射來命名地，在單晶體衍射 中，被分析試樣是一粒單晶體，而在多晶體衍射中被分析試樣是一堆細(xì)小地單晶 體（粉末）每一種結(jié)晶物質(zhì)都有各自獨(dú)特地化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu) 當(dāng)X射線被晶 體衍射時(shí),每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特地衍射花樣.利用X射線衍射儀實(shí)驗(yàn)測 定待測結(jié)晶物質(zhì)地衍射譜，并與已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)地衍射譜比對，從而判定待測地化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)這就是X射線粉末衍射法物相定性分析方法.實(shí)驗(yàn)?zāi)康丶耙螅?）學(xué)習(xí)了解X射線衍射儀地結(jié)構(gòu)和工作原理；（2）掌握利用X射線粉末衍射進(jìn)行物相定性分析地原理；（3）練習(xí)用計(jì)算機(jī)自動檢索程

2、序檢索 PDF（ASTM卡片庫，對多相物質(zhì)進(jìn)行 相定性分析.二. 實(shí)驗(yàn)原理通過晶體地布喇菲點(diǎn)陣中任意3個(gè)不共線地格點(diǎn)作一平面，會形成一個(gè)包含 無限多個(gè)格點(diǎn)地二維點(diǎn)陣，通常稱為晶面.相互平行地諸晶面叫做一晶面族.一晶 面族中所有晶面既平行且各晶面上地格點(diǎn)具有完全相同地周期分布.因此，它們地特征可通過這些晶面地空間方位來表示.要標(biāo)示一晶面族，需說明它地空間方 位.晶面地方位（法向）可以通過該面在3個(gè)基矢上地截距來確定.b5E2RGbCAP對于固體物理學(xué)原胞，基矢為，設(shè)一晶面族中某一晶面在 3基矢上地交點(diǎn)地位矢分別為，匸，其中，叫截距，則晶面在3基矢上地截距地倒數(shù)之比為plEanqFDPw14 /

3、13其中 為互質(zhì)整數(shù)，可用于表示晶面地法向，就稱 叵|為該晶面族地 面指數(shù)，記為E .最靠近原點(diǎn)地晶面在坐標(biāo)軸上地截距為I ,國同族地其他晶面地截距為這組最小截距地整數(shù)倍 .DXDiTa9E3d在實(shí)際工作中，常以結(jié)晶學(xué)原胞地基矢，為坐標(biāo)軸表示面指數(shù)此時(shí)，晶面在3坐標(biāo)軸上地截距地倒數(shù)比記為整數(shù)用于表示晶面地法向，稱也為該晶面族地密勒指數(shù)，記為 刈若某一晶面在 ，3坐標(biāo)軸地截距為 4, 1，2，則其倒數(shù)之比為LHJ ，該晶面族地密勒指數(shù)為兇；若某一截距為無限大，則晶面平行于某一坐標(biāo)軸，相應(yīng)地指數(shù)就是零；當(dāng)截距為負(fù)數(shù)時(shí)，在指數(shù)上部加一負(fù)號，如某一晶面地截距為.F ，則密勒指數(shù)為二一組密勒指數(shù)代表無窮

4、 多互相平行地晶面，所有等價(jià)地晶面用來統(tǒng)一表示.一組晶面地面間距用 I 表示.RTCrpUDGiT面地示意圖（左）.下圖為一簡單立方 圖一.簡單立方面地示意圖和平面點(diǎn)陣族地衍射方向晶體地空間點(diǎn)陣可以劃分成若干個(gè)平面點(diǎn)陣族.點(diǎn)陣平面族是一組相互平行 間距相等地平面.X射線入射到這族平面點(diǎn)陣上，若入射線與點(diǎn)陣平面地交角為，并滿足 5PCzVD7HxAI （n為整數(shù)，h，k,l為晶面指標(biāo)，有關(guān)晶面指標(biāo)以及晶胞參數(shù)等地詳細(xì)知識請參看有關(guān)教材）地關(guān)系時(shí)，各個(gè)點(diǎn)陣平面地散射波在入射波關(guān)于晶面法線對稱地方向相互加強(qiáng)產(chǎn) 生衍射.上式稱為Bragg方程.jLBHrnAlLg每一種結(jié)晶物質(zhì)都有各自獨(dú)特地化學(xué)組成和

5、晶體結(jié)構(gòu).沒有任何兩種物質(zhì)，它們地晶胞大小，質(zhì)點(diǎn)種類及其在晶胞中地排列方式是完全一致地.因此，當(dāng)X射 線被晶體衍射時(shí)，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特地衍射花樣，它們地特征可以用各個(gè)衍射晶面間距d和衍射線地相對強(qiáng)度I/I0來表征.其中晶面間距d與晶胞地 形狀和大小有關(guān)，相對強(qiáng)度則與質(zhì)點(diǎn)地種類及其在晶胞中地位置有關(guān).所以任何一種結(jié)晶物質(zhì)地衍射數(shù)據(jù)d和I/I0是其晶體結(jié)構(gòu)地必然反映，因而可以根據(jù)它們 來鑒別結(jié)晶物質(zhì)地物相.XHAQX74J0X當(dāng)多種結(jié)晶狀物質(zhì)混合或共生（如固溶體），它們地衍射花樣也只是簡單疊 加，互不干擾，相互獨(dú)立.獲得地衍射花樣與已知大量標(biāo)準(zhǔn)單相物質(zhì)地衍射花樣對比，可以判斷出待測式樣所

6、包含晶體地物相與化學(xué)分析不同，X射線衍射分析不僅可以得出組成物質(zhì)地元素種類及其含 量，也能說明其存在狀態(tài)例如有兩種晶體物質(zhì)混合在一起，經(jīng)化學(xué)分析指出 有C6、Na +、Cl -及SQ2-，X射線衍射分析可以直接指出它們是 CaSQ和NaCI 還是NqSG和CaCk在區(qū)分物質(zhì)地同素異構(gòu)體時(shí)，X射線衍射分析更是具有獨(dú)特地優(yōu)勢.另外X射線衍射分析使試樣受X射線照射,不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不消耗 試樣,對試樣是無損地.LDAYtRyKfE三. 實(shí)驗(yàn)儀器圖二X射線衍射儀本實(shí)驗(yàn)使用地儀器是Y-2QQQ射線衍射儀（丹東制造）.X射線衍射儀主要由X 射線發(fā)生器（X射線管），測角儀,X射線探測器，計(jì)算機(jī)控制處理系統(tǒng)

7、等組 成.Zzz6ZB2Ltk1. X射線管用陰極射線（高速電子束）轟擊對陰極（靶）地表面能獲得足夠強(qiáng)度地X射線.各種各樣專門用來產(chǎn)生X射線地X射線管工作原理可用下圖表示：dvzfvkwMI1圖三.X光管地工作原理當(dāng)燈絲被通電加熱至高溫時(shí)（達(dá) 2000C），大量地?zé)犭娮赢a(chǎn)生，在極間地高 壓作用下被加速，高速轟擊到靶面上高速電子到達(dá)靶面，運(yùn)動突然受阻，其動 能部分轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，以X射線地形式放出，這種形式產(chǎn)生地輻射稱為軔致輻 射.轟擊到靶面上電子束地總能量只有極小一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線能，絕大部分能量都轉(zhuǎn)化為熱能，所以，在工作時(shí) X射線管地靶必須采取水冷（或其他手段） 進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以免對陰極被加熱

8、至熔化，受到損壞.rqyn14ZNXI陰極射線地電子流轟擊到靶面，如果能量足夠高，靶內(nèi)一些原子地內(nèi)層電子 會被轟出，使原子處于能級較高地激發(fā)態(tài).圖四b表示地是原子地基態(tài)和K、L、 M N等激發(fā)態(tài)地能級圖，K層電子被擊出稱為K激發(fā)態(tài)，L層電子被擊出稱為L 激發(fā)態(tài)，依次類推.原子地激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定地，壽命不超過 10-8秒，此時(shí)內(nèi)層軌 道上地空位將被離核更遠(yuǎn)軌道上地電子所補(bǔ)充，從而使原子能級降低，這時(shí)，多余地能量便以光量子地形式輻射出來.圖四a描述了上述激發(fā)機(jī)理.處于K激發(fā)態(tài) 地原子，當(dāng)不同外層地電子（L、M N層）向K層躍遷時(shí)放出地能量各不相同， 產(chǎn)生地一系列輻射統(tǒng)稱為K系輻射.同樣，L層電子被擊

9、出后，原子處于L激發(fā) 態(tài)，所產(chǎn)生一系列輻射則統(tǒng)稱為 L系輻射，依次類推.基于上述機(jī)制產(chǎn)生地X射 線，其波長只與原子處于不同能級時(shí)發(fā)生電子躍遷地能級差有關(guān)，而原子地能級是由原子結(jié)構(gòu)決定地，因此，這些有特征波長地輻射將能夠反映出原子地結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)，我們稱之為特征光島逾II t-I怖唯f 2：喩 中性IK f' -11J黑11F 1ur-MMu1怦t:KeH r：應(yīng)磁，r ifeEmxvxOtOco圖四.元素特征X射線地激發(fā)原理元素地每條線光譜都是近單色地，衍射峰地半高寬小于0.01埃.參與產(chǎn) 生特征X射線地電子層是原子地內(nèi)電子層，內(nèi)層電子地能量可以認(rèn)為僅決定于原 子核而與外層電子無關(guān)，（外層

10、電子決定原子地化學(xué)性質(zhì)和它們地紫外、可見光譜），所以，元素地X射線特征光譜比較簡單，且隨原子序數(shù)作有規(guī)律地變化， 特征光譜只取決于元素地種類而不論物質(zhì)處于何種化學(xué)或物理狀態(tài).K線是電子由L層躍遷到K層時(shí)產(chǎn)生地輻射，而K線則是電子由M層躍遷到K層時(shí)產(chǎn)生地 （圖四）.實(shí)際上L、M等能級又可分化成幾個(gè)亞能級，依照選擇法則，在能級之 間只有滿足一定選律要求時(shí)躍遷才會發(fā)生.例如躍遷到K層地電子如果來自L 層，則只能從Ln和Lm亞層躍遷過來；如果來自 M層，則只能從 M及ML亞層躍 遷過來.所以，K線就有K :.和K：:之分，K -線理論上也應(yīng)該是雙重地，但是 K1 線地兩根線中有一根非常弱，因此可以忽略

11、.K ：，、K：.波長非常接近，相距0.004 埃，在實(shí)際使用時(shí)常常分不開，統(tǒng)稱為 K ：線，K線比K :線頻率要高，波長要短 一些. 各個(gè)系X射線地相對強(qiáng)度與產(chǎn)生該射線時(shí)能級地躍遷機(jī)遇有關(guān).由于從L層躍遷到K層地機(jī)遇最大，所以K強(qiáng)度大于K地強(qiáng)度，而在K :線中，K：- 地強(qiáng)度又大于K-.地強(qiáng)度.K八K-，和K三線地強(qiáng)度比約為50 : 100 : 22 .考慮到 K 地強(qiáng)度是K.二強(qiáng)度地兩倍，所以；K ：地平均波長應(yīng)取兩者地加權(quán)平均值：SixE2yXPq5=(如皿 +ZKc2)/ 衍射儀一般利用線焦點(diǎn)作為 X射線源F.如果采用焦斑尺寸為1X 10平方 毫米地常規(guī)X射線管，出射角6°時(shí)

12、,實(shí)際有效焦寬為0.1毫米,成為0.1 X 10平 方毫米地線狀X射線源.y6v3ALoS89 從F發(fā)射地X射線,其水平方向地發(fā)散角被第一個(gè)狹縫限制之后，照射試 樣.這個(gè)狹縫稱為發(fā)散狹縫(H),生產(chǎn)廠供給1/6 ° ,1/2 ° ,1 ° ,2 ° ,4。地發(fā)散狹 縫和測角儀調(diào)整用0.05毫米寬地狹縫.M2ub6vSTnP 從試樣上衍射地X射線束,在G處聚焦,放在這個(gè)位置地第三個(gè)狹縫,稱為 接收狹縫.生產(chǎn)廠供給0.15毫米,0.3毫米,0.6毫米寬地接收狹縫.OYujCfmUCw 第二個(gè)狹縫是防止空氣散射等非試樣散射X射線進(jìn)入計(jì)數(shù)管，稱為防散射狹縫(M)

13、.H和M配對，生產(chǎn)廠供給與發(fā)散狹縫地發(fā)射角相同地防散射狹縫.eUts8ZQVRd S,S1稱為索拉狹縫，是由一組等間距相互平行地薄金屬片組成 ，它限制 入射X射線和衍射線地垂直方向發(fā)散.索拉狹縫裝在叫做索拉狹縫盒地框架里. 這個(gè)框架兼作其他狹縫插座用，即插入H,M和G.sQsAEJkW5T3. X射線探測記錄裝置衍射儀中常用地探測器是閃爍計(jì)數(shù)器(SC),它是利用X射線能在某些固體物 質(zhì)(磷光體)中產(chǎn)生地波長在可見光范圍內(nèi)地?zé)晒猓@種熒光再轉(zhuǎn)換為能夠測量地 電流.由于輸出地電流和計(jì)數(shù)器吸收地 X光子能量成正比，因此可以用來測量衍 射線地強(qiáng)度.GMslasNXkA閃爍計(jì)數(shù)管地發(fā)光體一般是用微量鉈活

14、化地碘化鈉(NaI)單晶體.這種晶體本實(shí)驗(yàn)就是利用特征譜線Ka來照射結(jié)晶物質(zhì)使之產(chǎn)生衍射.X射線管主要分密閉式和可拆卸式兩種.生產(chǎn)廠家提供地是密閉式，由陰極 燈絲，陽極,聚焦罩等組成,功率大部分在12千瓦.可拆卸式X射線管又稱旋轉(zhuǎn) 陽極靶,其功率比密閉式大許多倍,一般為1260千瓦.常用地X射線靶材有 W,Ag,Mo,Ni,Co,Fe,Cr,Cu等.X射線管線焦點(diǎn)為1X 10平方毫米,取出角為36 度.6ewMyirQFL2. 測角儀測角儀是粉末X射線衍射儀地核心部件，主要由索拉光闌，發(fā)散狹縫,接收狹 縫，防散射狹縫，樣品座及閃爍探測器等組成 kavU42VRUs圖五測角儀結(jié)構(gòu)和光路示意圖經(jīng)X

15、射線激發(fā)后發(fā)出藍(lán)紫色地光將這種微弱地光用光電倍增管來放大，發(fā)光體 地藍(lán)紫色光激發(fā)光電倍增管地光電面（光陰極）而發(fā)出光電子（一次電子）,光電倍 增管電極由10個(gè)左右地聯(lián)極構(gòu)成，由于一次電子在聯(lián)極表面上激發(fā)二次電子，經(jīng) 聯(lián)極放大后電子數(shù)目按幾何級數(shù)劇增（約106倍）,最后輸出幾個(gè)毫伏地脈沖.TlrRGchYzg4. 計(jì)算機(jī)控制，處理裝置丫-2000衍射儀主要操作都由計(jì)算機(jī)控制自動完成，掃描操作完成后，衍射原 始數(shù)據(jù)自動存入計(jì)算機(jī)硬盤中供數(shù)據(jù)分析處理數(shù)據(jù)分析處理包括平滑點(diǎn)地選擇背底扣除,自動尋峰,d值計(jì)算,衍射峰強(qiáng)度計(jì)算等.7EqZcWLZNX四. 實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇1. 陽極靶地選擇：選擇陽極靶地基本要

16、求：盡可能避免靶材產(chǎn)生地特征X射線激發(fā)樣品地?zé)晒廨椛?以降低衍射花樣地背底,使圖樣清晰.不同靶材地使用范圍見表一 .lzq7IGf02E靶地材料經(jīng)常使用地條件Cu除了黑色金屬試樣以外地一般無機(jī)物，有機(jī)物Co黑色金屬試樣（強(qiáng)度高,背底也高，最好用單色器）Fe黑色金屬試樣（缺點(diǎn)是靶地允許負(fù)荷?。〤r黑色金屬試樣（強(qiáng)度低,但P/B大）,應(yīng)力測定Mo測定鋼鐵試樣或利用透射法測定吸收系數(shù)大試樣W單晶地勞厄照相（也可以用Mo靶、Cu靶， 靶材原子序數(shù)大，強(qiáng)度越高）表一不同靶材地使用范圍必須根據(jù)試樣所含元素地種類來選擇最適宜地特征 X射線波長（靶）.當(dāng)X射 線地波長稍短于試樣成分元素地吸收限時(shí)，試樣強(qiáng)烈地吸

17、收X射線,并激發(fā)產(chǎn)生 成分元素地?zé)晒釾射線,背底增高.其結(jié)果是峰背比（信噪比）P/B低（P為峰強(qiáng)度,B 為背底強(qiáng)度）,衍射圖譜難以分清.zvpgeqJ1hkX射線衍射所能測定地d值范圍,取決于所使用地特征X射線地波長.X射線 衍射所需測定地d值范圍大都在1nm至0.1 nm之間.為了使這一范圍內(nèi)地衍射峰 易于分離而被檢測，需要選擇合適波長地特征 X射線.詳見表二.一般測試使用銅 靶,但因X射線地波長與試樣地吸收有關(guān)，可根據(jù)試樣物質(zhì)地種類分別選用Co,Fe,或Cr靶.此外還可選用鉬靶,這是由于鉬靶地特征X射線波長較短,穿透能力強(qiáng), 如果希望在低角處得到高指數(shù)晶面衍射峰，或?yàn)榱藴p少吸收地影響等，均

18、可選用鉬靶.生產(chǎn)廠家提供銅靶并提供鎳濾波片過濾K線.NrpoJac3v1陽 極物質(zhì)原子序數(shù)波長10-10mKdKoiKgKAg475.55.65.64.894138008459Mo427.07.17.15.193035907398Cu2915.15.15.13.405144334178804Ni2816.16.15.14.579161756919881Co2717.17.17.16.889792859026062Fe2619.19.19.17.360439983735435Cr2422.22.22.20.897193619100702表二幾種不同靶材地特征X射線波長2. 管電壓和管電流地選擇工

19、作電壓設(shè)定為35倍地靶材臨界激發(fā)電壓.選擇管電流時(shí)功率不能超過 X 射線管額定功率,較低地管電流可以延長X射線管地壽命.1nowfTG4KIX射線管經(jīng)常使用地負(fù)荷（管壓和管流地乘積）選為最大允許負(fù)荷地80%左右. 但是，當(dāng)管壓超過激發(fā)電壓5倍以上時(shí)，強(qiáng)度地增加率將下降.所以，在相同負(fù)荷 下產(chǎn)生X射線時(shí),在管壓約為激發(fā)電壓5倍以內(nèi)時(shí)要優(yōu)先考慮管壓，在更高地管壓 下其負(fù)荷可用管流來調(diào)節(jié).靶元素地原子序數(shù)越大，激發(fā)電壓就越高.由于連續(xù)X 射線地強(qiáng)度與管壓地平方呈正比，特征X射線與連續(xù)X射線地強(qiáng)度之比，隨著管壓 地增加接近一個(gè)常數(shù)，當(dāng)管壓超過激發(fā)電壓地45倍時(shí)反而變小，所以,管壓過高,信噪比P/B將降

20、低,這是不可取得地.具體數(shù)據(jù)見表三：衍射儀測試條件參數(shù) 選擇.fjnFLDa5Zo請?jiān)O(shè)龍以下琴魏1 連續(xù)掃描2階梯掃描l.Thet曲単動2.2Thr恰軸單狗3.雙軸聯(lián)動波長范E1 ： 6 1-T甫度范m： o-i 60s角度范圍：01 &0度速度范m： 0. 001-0.127 或 0. 01-1. 27度型時(shí)間范圍：0. 051000秒滿®:1E2 2E2 5E2 1E3 2E3 5E3 1E4 2E4 5E4 IE5 2E5 5E5管電壓范60kV管電流?EH：580nA1 正比探測器2閃爍探測1.空 2.課Ni 3.鐵陀 4.UMn 5.鑰V 6. （§ZrQ

21、無1.有|1810自揑單元未準(zhǔn)備好表三：衍射儀測試條件參數(shù)選擇發(fā)散狹縫地選擇（DS）:發(fā)散狹縫（DS）決定了 X射線水平方向地發(fā)散角，限制試樣被X射線照射地面 積如果使用較寬地發(fā)射狹縫,X射線強(qiáng)度增加，但在低角處入射X射線超出試樣 范圍，照射到邊上地試樣架，出現(xiàn)試樣架物質(zhì)地衍射峰或漫散峰，對定量相分析帶 來不利地影響.因此有必要按測定目地選擇合適地發(fā)散狹縫寬度 .tfnNhnE6e5通常定性物相分析選用1 °發(fā)散狹縫，當(dāng)?shù)徒嵌妊苌涮貏e重要時(shí)，可以選用1/2 ° （或1/6 ° ）發(fā)散狹縫.4. 防散射狹縫地選擇（M）:防散射狹縫用來防止空氣等物資引起地散射X射線進(jìn)

22、入探測器，選用M與H角度相同.5. 接收狹縫地選擇（G）:接收狹縫地大小影響衍射線地分辨率.接收狹縫越小，分辨率越高，衍射強(qiáng)度 越低.通常物相定性分析時(shí)使用0.3mm地接收狹縫，精確測定可使用0.15mm地接 收狹縫.HbmVN777sL6. 濾波片地選擇：Z濾Z靶-（12）:Z靶40,Z濾=Z靶-2生產(chǎn)廠家提供鎳濾波片7. 掃描范圍地確定不同地測定目地，其掃描范圍也不同.當(dāng)選用Cu靶進(jìn)行無機(jī)化合物地相分析時(shí),掃描范圍一般為90°2° （2 9 ）;對于高分子，有機(jī)化合物地相分析，其 掃描范圍一般為602° ;在定量分析，點(diǎn)陣參數(shù)測定時(shí)，一般只對欲測衍射 峰掃描幾

23、度.V7l4jRB8Hs8. 掃描速度地確定常規(guī)物相定性分析常采用每分鐘 2°或4°地掃描速度，在進(jìn)行點(diǎn)陣參數(shù)測 定,微量分析或物相定量分析時(shí)，常采用每分鐘1/2?；?/4。地掃描速 度.83ICPA59W9五. 樣品制備和測試X射線衍射分析地樣品主要有粉末樣品，塊狀樣品，薄膜樣品，纖維樣品等. 樣品不同，分析目地不同（定性分析或定量分析）,則樣品制備方法也不 同.mZkklkzaaP1. 粉末樣品：X射線衍射分析地粉末試樣必需滿足這樣兩個(gè)條件：晶粒要細(xì)小，試樣無擇 優(yōu)取向（取向排列混亂）.所以，通常將試樣研細(xì)后使用，可用瑪瑙研缽研細(xì).定性 分析時(shí)粒度應(yīng)小于44微米（350

24、目）,定量分析時(shí)應(yīng)將試樣研細(xì)至10微米左右.較 方便地確定10微米粒度地方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾動,兩手指 間沒有顆粒感覺地粒度大致為10微米.AVktR43bpw常用地粉末樣品架為玻璃試樣架，在玻璃板上蝕刻出試樣填充區(qū)為20X 18平方毫米.玻璃樣品架主要用于粉末試樣較少時(shí)（約少于500立方毫米）使用.充 填時(shí),將試樣粉末-點(diǎn)一點(diǎn)地放進(jìn)試樣填充區(qū)，重復(fù)這種操作，使粉末試樣在試樣 架里均勻分布并用玻璃板壓平實(shí)，要求試樣面與玻璃表面齊平.如果試樣地量少 到不能充分填滿試樣填充區(qū)，可在玻璃試樣架凹槽里先滴一薄層用醋酸戊酯稀釋 地火棉膠溶液,然后將粉末試樣撒在上面,待干燥后測試.ORj

25、BnOwcEd2. 塊狀樣品：先將塊狀樣品表面研磨拋光,大小不超過20X 18平方毫米,然后用橡皮泥將 樣品粘在樣品支架上，要求樣品表面與樣品支架表面平齊.2MiJTy0dTT樣品測試(1) 開機(jī)前地準(zhǔn)備和檢查將制備好地試樣插入衍射儀樣品臺，蓋上頂蓋關(guān)閉防護(hù)罩；開啟水龍頭，使冷 卻水流通；X光管窗口應(yīng)關(guān)閉，管電流管電壓表指示應(yīng)在最小位置；接通總電源.gliSpiue7A(2) 開機(jī)操作開啟衍射儀總電源，啟動循環(huán)水泵；待數(shù)分鐘后，打開計(jì)算機(jī)X射線衍射儀應(yīng) 用軟件,設(shè)置管電壓，管電流至需要值，設(shè)置合適地衍射條件及參數(shù)，開始樣品測 試.uEhOU1Yfmh(3) 停機(jī)操作測量完畢，關(guān)閉X射線衍射儀應(yīng)

26、用軟件；取出試樣;15分鐘后關(guān)閉循環(huán)水泵， 關(guān)閉水源；關(guān)閉衍射儀總電源及線路總電源.IAg9qLsgBX六. 數(shù)據(jù)處理測試完畢后，可將樣品測試數(shù)據(jù)存入磁盤供隨時(shí)調(diào)出處理 .原始數(shù)據(jù)需經(jīng)過 曲線平滑,Ka2扣除,譜峰尋找等數(shù)據(jù)處理步驟，最后打印出待分析試樣衍射曲線 和d值,2 9 ,強(qiáng)度，衍射峰寬等數(shù)據(jù)供分析鑒定.WwghWvVhPE七. 物相定性分析方法X射線衍射物相定性分析方法地基本原理是匹配d和I判斷存在地物相.通過X射線衍射儀掃描得到試樣地X射線衍射譜，如圖六.由2二角根據(jù)布拉格公式可以算 出對應(yīng)地d值.如果將幾種物質(zhì)混合拍照，則所得衍射線條將是各個(gè)單獨(dú)物相 衍射結(jié)果地簡單疊加.根據(jù)這一

27、原理就可能從混合物地衍射花樣中將各 物相一個(gè)一個(gè)地尋找出來.asfpsfpi4k如果拍攝了大量標(biāo)準(zhǔn)單相物質(zhì)地圖樣，則物相分析就變成了簡單地對 照工作，但由于數(shù)量大，必須制定一套迅速檢索地辦法.這種辦法由哈那瓦特于1938年創(chuàng)立.圖樣上線條地位置由衍射角決定，而取決于波長又及面間 距d,其中d是由晶體結(jié)構(gòu)決定地基本量，因此，在卡片上列出一系列d及對應(yīng)地強(qiáng)度I，就可以代替衍射圖樣.應(yīng)用時(shí)只須將所測圖樣經(jīng)過簡單地轉(zhuǎn)換就可以與標(biāo)準(zhǔn)卡片相對照，而且在拍照圖樣時(shí)不必局限于使用與制作卡片時(shí) 相同地波長.哈那瓦特及其協(xié)作者最初制作了約1000種物質(zhì)地圖樣，1942年由美國材料試驗(yàn)協(xié)會(The American

28、 Society for Testi ng Materiats)整理并出版了卡片約l300張，這就是 通常使用地ASTM卡片.此種卡片后來逐年 均有所增添.1969年起，由美國材料試驗(yàn)協(xié)會和英國、法國、加拿大等 國家地有關(guān)協(xié)會共同組成名為“粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會”負(fù)責(zé)卡片地 收集，校訂和編輯工作，并出版了名為粉末衍射卡組(ThePowder Diffraction File) ，簡稱PDF卡片(見圖七)，為了檢索地迅速方便，又 制定了索引.ooeyYZTjj1這里介紹一種檢索方法一三強(qiáng)線法地過程.對單一物相(1) 從前反射區(qū)(2 9 <90)中選取強(qiáng)度最大地三根線,見圖六,使其d值按強(qiáng)度

29、遞減地次序排列.(2) 在數(shù)字索引中找到對應(yīng)地d1(最強(qiáng)線地面間距)組.(3) 按次強(qiáng)線地面間距d2找到接近地幾列.(4) 檢查這幾列數(shù)據(jù)中地第三個(gè)d值是否與待測樣地?cái)?shù)據(jù)對應(yīng)，再查看第四至第八強(qiáng)線數(shù)據(jù)并進(jìn)行對照，最后從中找出最可能地物相及其卡片號.BkeGuInkxIIfYKDAl5000 till!I!IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII4500 1 i35DD -30W -2500 -2000 “10DD s° 25.DCH '4DOOD EO.OOO 6d.DOC Tti.DOQ dO.KKI 90.0001160.000110.KH燉.DOO2GI4

30、D2:Qaality：CAS Number?JQ-21-3 Mole£LlarWe>ght-2BD9 VdunieCD| 160 1ifl D注酒Dm:SVS：宦Ldfllce:為S.G.： 227Cell Panamrters3 5.43DbaE&3Dr:Fl1=4«9(.0D2la 13Plcor4 71Q Rsd:CuKa1Limoda I 5J05SS1 Filter.d DiHTactameterInt.閱mt.nki20.46&1CXJ 11147.3425522056.1693031169.19364D0曲 InL 托.440 11 3B

31、. 1141295.076ID6.B37$h 3 4 5 J-D-M-I 1- 2 I Dk32 1 A.1D51M前IM.127 7253137 1203s2532TbBia<*>圖六.某種硅晶體地衍射譜5iSl»conggjjjg 竺爭Land” U列呱呦竝但35|加恥1圖七標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片樣片卡片上包含：1. 卡片序號；Quality右上角標(biāo)號表示數(shù)據(jù)高度可靠；。表示可靠性較低; 無符號者表示一般；i表示已指數(shù)化和估計(jì)強(qiáng)度，但不如有星號地卡片可靠；有C表示數(shù)據(jù)為計(jì)算值.PgdOOsRIMo2. 化學(xué)分析、試樣來源、分解溫度、轉(zhuǎn)變點(diǎn)、熱處理、實(shí)驗(yàn)溫度等3. 物相地結(jié)晶學(xué)

32、數(shù)據(jù)4. 所用實(shí)驗(yàn)條件5. 礦物學(xué)通用名稱、有機(jī)物結(jié)構(gòu)式.6. 物相地化學(xué)式和名稱7. 收集到地衍射地d （或相應(yīng)地角度值）、1/11和hkl值.（5）找出可能地標(biāo)準(zhǔn)卡片，將實(shí)驗(yàn)所得d及1/11跟卡片上地?cái)?shù)據(jù)詳細(xì)對照，如果完全符合,物相鑒定即告完成 3cdXwckm15如果待測樣地?cái)?shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)不符,則須重新排列組合并重復(fù)（2）（5）地檢 索手續(xù).如為多相物質(zhì)，當(dāng)找出第一物相之后，可將其線條剔出，并將留下線條地 強(qiáng)度重新歸一化,再按過程（1）（5）進(jìn)行檢索,直到得出正確答案.h8c52WOngM如果試樣中含有多種物相，就會變得復(fù)雜因?yàn)檫@需要一個(gè)相一個(gè)相地鑒定 而且被測衍射花樣地三強(qiáng)線不一定屬于

33、同一個(gè)相要想找到某個(gè)相地三強(qiáng)線必須排列組合多次嘗試當(dāng)檢索出一個(gè)相后，要將除出已鑒定相之外地剩余衍射線地 強(qiáng)度重新進(jìn)行歸一化處理，即在剩余衍射線中重新用其中地最強(qiáng)線峰高去除剩余 衍射線地峰高強(qiáng)度，得到重新歸一化地相對強(qiáng)度然后在新地基礎(chǔ)上，再作三強(qiáng)線地嘗試檢索.直到檢出全部地物相.v4bdyGious隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)地發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)也被引入了物相分析，進(jìn)行自動檢索， 這就大大節(jié)約了人力和時(shí)間計(jì)算機(jī)自動檢索地原理是利用龐大地?cái)?shù)據(jù)庫，盡可 能地儲存全部相分析卡片資料，然后將實(shí)驗(yàn)測得地衍射數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)三強(qiáng)線原則，與計(jì)算機(jī)中所存數(shù)據(jù)一一對照，粗選出三強(qiáng)線匹配地卡片50-100張, 然后根據(jù)其它查線

34、地吻合情況進(jìn)行篩選，最后根據(jù)試樣中已知地元素進(jìn)行篩選， 一般就可給出確定地結(jié)果以上步驟都是在計(jì)算機(jī)中自動完成地一般情況下，對 于計(jì)算機(jī)給出地結(jié)果再進(jìn)行人工檢索，校對，最后得到正確地結(jié)果.J0bm4qMpJ9八. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟、要求1. 實(shí)驗(yàn)課前必須預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)講義，掌握實(shí)驗(yàn)原理等必需知識2. 由教師在現(xiàn)場介紹衍射儀地構(gòu)造，進(jìn)行操作示范.3. 按照操作規(guī)則和步驟（包括樣品制備，實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇，測試,數(shù)據(jù)處理，計(jì)算 機(jī)自動檢索，人工校對等）進(jìn)行操作并進(jìn)物相定性分析.XVauA9grYP4. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求寫出：實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)方案步驟，物相鑒定分析結(jié)果等5. 鑒定結(jié)果要求寫出樣品名稱（中英文）,卡片號,實(shí)

35、驗(yàn)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)三強(qiáng) 線地d值，相對強(qiáng)度及（HKL）,并進(jìn)行簡單誤差分析.bR9C6TJscw九. 討論（思考）題1. 簡述連續(xù)X射線譜、特征X射線譜產(chǎn)生原理及特點(diǎn)；2. 簡述X射線衍射分析地特點(diǎn)和應(yīng)用；3. 簡述X射線衍射儀地結(jié)構(gòu)和工作原理；4. 如何選擇X射線管及管電壓和管電流？5. X射線譜圖分析鑒定應(yīng)注意什么問題？十.參考資料1. X射線衍射技術(shù)及設(shè)備（鞍鋼鋼鐵研究所，丘利、胡玉和編著，冶金 工業(yè)出版社1999年出版）2. 近代X射線多晶體衍射一實(shí)驗(yàn)技術(shù)與數(shù)據(jù)分析-馬禮敦編著，化學(xué)工 業(yè)出版社，2004.9版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整理.版權(quán)為個(gè)人所有This article in eludes someparts, in clu