X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 掌握X射線衍射儀的工作原理、操作方法；（2） 掌握X射線衍射實(shí)驗(yàn)的樣品制備方法；（3） 掌握運(yùn)用X射線衍射分析軟件進(jìn)行物相分析的原理和實(shí)驗(yàn)方法 ；（4） 熟悉PDF卡片的查找方法和物相檢索方法。2、 實(shí)驗(yàn)儀器X射線衍射儀，PDF卡。 X射線衍射儀，主要由X射線發(fā)生器、X射線測角儀、輻射探測器、輻射探測電路、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等組成。（1） X射線發(fā)生器 X射線管工作時(shí)陰極接負(fù)高壓，陽極接地。燈絲附近裝有控制柵，使燈絲發(fā)出的熱電子在電場的作用下聚焦轟擊到靶面上。陽極靶面上受電子束轟擊的焦點(diǎn)便成為X射線源，向四周發(fā)射X射線。在陽極

2、一端的金屬管壁上一般開有四個(gè)射線出射窗口。轉(zhuǎn)靶X射線管采用機(jī)械泵+分子泵二級(jí)真空泵系統(tǒng)保持管內(nèi)真空度，陽極以極快的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，使電子轟擊面不斷改變，即不斷改變發(fā)熱點(diǎn)，從而達(dá)到提高功率的目的，如下圖1。圖1 X射線管（2） 測角儀 測角儀圓中心是樣品臺(tái)，樣品臺(tái)可以繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，平板狀粉末多晶樣品安放在樣品臺(tái)上，樣品臺(tái)可圍繞垂直于圖面的中心軸旋轉(zhuǎn)；測角儀圓周上安裝有X射線輻射探測器，探測器亦可以繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；工作時(shí)，一般情況下試樣臺(tái)與探測器保持固定的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系（即-2連動(dòng)），在特殊情況下也可分別轉(zhuǎn)動(dòng)；有的儀器中樣品臺(tái)不動(dòng)，而X射線發(fā)生器與探測器連動(dòng)，如下圖2。 圖2 測角儀（3）PDF卡的組成如下3

3、圖所示圖3 PDF卡3、 實(shí)驗(yàn)原理1、 X射線的產(chǎn)生 實(shí)驗(yàn)中通常使用X光管來產(chǎn)生X射線。在抽成真空的X光管內(nèi)，當(dāng)由熱陰極發(fā)出的電子經(jīng)高壓電場加速后，高速運(yùn)動(dòng)的電子轟擊由金屬做成的陽極靶時(shí)，靶就發(fā)射X射線。發(fā)射出的X射線分為兩類：（1）如果被靶阻擋的電子的能量不越過一定限度時(shí)，發(fā)射的是連續(xù)光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射；（2）當(dāng)電子的能量超過一定的限度時(shí)，可以發(fā)射一種不連續(xù)的、只有幾條特殊的譜線組成的線狀光譜，這種發(fā)射線狀光譜的輻射叫做特征輻射。對(duì)于特征X光譜分為：（1）K系譜線:外層電子填K層空穴產(chǎn)生的特征X射線K、K（2） L系譜線:外層電子填L層空穴產(chǎn)生的特征X射線L、L如下圖4。圖4

4、特征X射線2、 X射線與物質(zhì)的相互作用 X射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生各種復(fù)雜過程。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過物質(zhì)分為三部分：散射，吸收，透過物質(zhì)沿原來的方向傳播，如下圖5，其中相干散射是產(chǎn)生衍射花樣原因。圖5 X射線與物質(zhì)的相互作用3、 晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 晶體結(jié)構(gòu)可以用三維點(diǎn)陣來表示。每個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)代表晶體中的一個(gè)基本單元，如離子、原子或分子等。 空間點(diǎn)陣可以從各個(gè)方向予以劃分，而成為許多組平行的平面點(diǎn)陣。因此，晶體可以看成是由一系列具有相同晶面指數(shù)的平面按一定的距離分布而形成的。各種晶體具有不同的基本單元、晶胞大小、對(duì)稱性，因此，每一種晶體都必然存在著一系列特定的d值，可以用于表征不同的

5、晶體。  X射線波長與晶面間距相近，可以產(chǎn)生衍射。晶面間距d和X射線的波長的關(guān)系可以用布拉格方程來表示 :2dsinn 。根據(jù)布拉格方程，不同的晶面，其對(duì)X射線的衍射角也不同。因此，通過測定晶體對(duì)X射線的衍射，就可以得到它的X射線粉末衍射圖，與數(shù)據(jù)庫中的已知X射線粉末衍射圖對(duì)照就可以確定它的物相。4、 物相鑒定原理 任何結(jié)晶物質(zhì)均具有特定晶體結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)類型，晶胞大小及質(zhì)點(diǎn)種類，數(shù)目，分布）和組成元素。一種物質(zhì)有自己獨(dú)特的衍射譜與之對(duì)應(yīng)，多相物質(zhì)的衍射譜為各個(gè)互不相干，獨(dú)立存在物相衍射譜的簡單疊加。  衍射方向是晶胞參數(shù)的函數(shù)（取決于晶體結(jié)構(gòu)）；衍射強(qiáng)度是

6、結(jié)構(gòu)因子函數(shù)（取決于晶胞中原子的種類、數(shù)目和排列方式）。任何一個(gè)物相都有一套d-I特征值及衍射譜圖。因此，可以對(duì)多相共存的體系進(jìn)行全分析。也就是說實(shí)驗(yàn)測得的圖譜與數(shù)據(jù)庫中的已知X射線粉末衍射圖對(duì)照，通過兩者的匹配性就可以確定它的物相。 4、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、樣品制備 將待測粉末樣品在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實(shí)，使試樣面與玻璃表面齊平 2、  測試  A、開機(jī) (1) 打開墻體及主機(jī)電源，并按下主機(jī)啟動(dòng)按鈕。 (2) 打開冷卻循環(huán)水系統(tǒng)開關(guān)，使冷卻水電導(dǎo)率在3以內(nèi)，水溫在20-24度范圍內(nèi)。 (3)

7、60;按下控制面板上的開真空按鈕，使真空度降至150mV以下。(4) 打開控制柜開關(guān) (5) 打開電腦，在軟件控制程序中開啟X射線后執(zhí)行預(yù)熱至需要功率，預(yù)熱時(shí)間為1-1.5小時(shí)。  B、裝樣  將裝有待測粉末樣品的試樣架放置在測角儀中心的樣品架上  C、測量  在電腦軟件控制中，打開測量控制程序，設(shè)定好實(shí)驗(yàn)參數(shù)。測量結(jié)束后，保存數(shù)據(jù)以待分析3、 物相鑒定（1） 打開Jade，讀入衍射數(shù)據(jù)文件；（2） 鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊S/M工具按鈕，進(jìn)入“Search/Match”對(duì)話界面; （3） 選擇“Chemistry filter”，進(jìn)入

8、元素限定對(duì)話框，選中樣品中的元素名稱，然后點(diǎn)擊OK返回對(duì)話框，再點(diǎn)擊OK；（4） 從物相匹配表中選中樣品中存在的物相。在所選定的物相名稱上雙擊鼠標(biāo)，顯示PDF卡片，按下Save按鈕，保存PDF卡片數(shù)據(jù)；（5） 如果樣品存在多個(gè)物相，在主要相鑒定完成后，選擇剩余峰(未鑒定的衍射)，做“Search/Match”，直至全部物相鑒定出來。（6） 鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“打印機(jī)”圖標(biāo)，顯示打印結(jié)果，按下“Save”按鈕，輸出物相鑒定結(jié)果。（7） 以同樣的方法標(biāo)定其它樣品的物相,物相鑒定實(shí)驗(yàn)完成。 4、 物相定量分析（1） 在Jade窗口中，打開一個(gè)多相樣品的衍射譜；（2） 完成多相樣品的物相鑒定，物相鑒定時(shí)，選

9、擇有RIR值的PDF卡片；（3） 選擇每個(gè)物相的主要未重疊的衍射峰進(jìn)行擬合，求出衍射峰面積；（4） 選擇菜單“Options|Easy Quantitative”，按絕熱法計(jì)算樣品中兩相的重量百分?jǐn)?shù)；（5） 按下“Save”按鈕，保存定量分析結(jié)果，定量分析數(shù)據(jù)處理完成。 5、 樣品處理技術(shù) X射線衍射分析的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，分析目的不同（定性分析或定量分析），則樣品制備方法也不同。1、 粉末樣品 粉末樣品應(yīng)有一定的粒度要求，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目)，定量分析時(shí)應(yīng)將試樣研細(xì)至10微米左右。較

10、方便地確定10微米粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾動(dòng)，兩手指間沒有顆粒感覺的粒度大致為10微米。根據(jù)粉末的數(shù)量可壓在玻璃制的通框或淺框中。壓制時(shí)一般不加粘結(jié)劑，所加壓力以使粉末樣品粘牢為限，壓力過大可能導(dǎo)致顆粒的擇優(yōu)取向。當(dāng)粉末數(shù)量很少時(shí)，可在乎玻璃片上抹上一層凡士林，再將粉末均勻撒上。  常用的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20×18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

11、樣的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的火棉膠溶液，然后將粉末試樣撒在上面，待干燥后測試。 2、 塊狀樣品 先將塊狀樣品表面研磨拋光，大小不超過20×18平方毫米, 然后用橡皮泥將樣品粘在鋁樣品支架上，要求樣品表面與鋁樣品支架表面平齊。 3、 微量樣品 取微量樣品放入瑪瑙研缽中將其研細(xì)，然后將研細(xì)的樣品放在單晶硅樣品支架上（切割單晶硅樣品支架時(shí)使其表面不滿足衍射條件），滴數(shù)滴無水乙醇使微量樣品在單晶硅片上分散均勻，待乙醇完全揮發(fā)后即可測試。 4、 薄膜樣品 將薄膜樣品剪成合適大小，用膠帶紙粘在玻璃樣品支架

12、上即可。6、 注意事項(xiàng)（1） 理論上講，只要PDF卡片足夠全，任何未知物質(zhì)都可以標(biāo)定。但是實(shí)際上會(huì)出現(xiàn)很多困難。（2） 主要是試樣衍射花樣的誤差和卡片的誤差。例如，晶體存在擇優(yōu)取向時(shí)會(huì)使某根線條的強(qiáng)度異常強(qiáng)或弱；強(qiáng)度異常還會(huì)來自表面氧化物、硫化物的影響等等。（3） 粉末衍射卡片確實(shí)是一部很完備的衍射數(shù)據(jù)資料，可以作為物相鑒定的依據(jù)，但由于資料來源不一，而且并不是所有資料都經(jīng)過核對(duì)，因此存在不少錯(cuò)誤。尤其是重校版之前的卡片更是如此。（4） 美國標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）用衍射儀對(duì)卡片陸續(xù)進(jìn)行校正，發(fā)行了更正的新卡片。所以，不同字頭的同一物質(zhì)卡片應(yīng)以發(fā)行較晚的大字頭卡片為準(zhǔn)。 從經(jīng)驗(yàn)上看，晶面間距d值比相對(duì)

13、強(qiáng)度重要。（5） 待測物相的衍射數(shù)據(jù)與卡片上的衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，至少d值須相當(dāng)符合，一般只能在小數(shù)點(diǎn)后第二位有分歧。（6） 由低角衍射線條測算的d值誤差比高角線條要大些。較早的PDF卡片的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有許多是用照相法測得的，德拜法用柱形樣品，試樣吸收所引起的低角位移要比高角線條大些；相對(duì)強(qiáng)度隨實(shí)驗(yàn)條件而異，目測估計(jì)誤差也較大。吸收因子與2角有關(guān)，所以強(qiáng)度對(duì)低角線條的影響比高角線條大。（7） 而衍射儀法的吸收因子與2角無關(guān)，因此德拜法的低角衍射線條相對(duì)強(qiáng)度比衍射儀法要小多相混合物的衍射線條有可能有重疊現(xiàn)象，但低角線條與高角線條相比，其重疊機(jī)會(huì)較少。倘若一種相的某根衍射線條與另一相的某根衍射線重疊，而且重疊的線條又為衍射花樣中的三強(qiáng)線之一，則分析工作就更為復(fù)雜。（8） 當(dāng)混合物中某相的含量很少時(shí)，或某相各晶面反射能力很弱時(shí)，它的衍