X射线衍射物相定性分析实验简介PPT推荐.ppt

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多晶体：

有许多小单晶（晶粒）组成的，在晶粒范围内原子有序排列。

晶体中原子排列成有规则的空间点阵，原子间距为10-10m的数量级，与X射线的波长同数量级，可以利用晶体作为天然光栅。

1.晶体结构与晶体的X射线衍射原理,晶体,晶格,晶胞,NaCl晶体结构,用结晶学原胞的基矢为坐标轴（晶轴）,三者之间的夹角为,O,布喇菲十四种空间格子,晶体,晶胞,NaCl晶体结构可视为两个面心立方沿晶轴平移1/2套构而成的。

晶体学中，通过晶体中原子中心的平面叫作晶面。

可见晶体可视为是一组平行晶面组成的。

Miller指数晶面方位的表示，就是用晶面（或者平面点阵）在三个晶轴上的截数的倒数的互质整数比来标记。

设晶面在a、b、c三个晶轴上所截长度分别为ra、sb、tc，将三个倒易截数1/r、1/s、1/t之比化为一组互质整数，即1/r1/s1/t=hkl，则这一套互质整数即为Miller指数，用（hkl）符号来表示。

1）同一晶面上相邻原子衍射线的光程差等于零AD-BC=0时，衍射最强，遵从反射定律。

晶体对X射线的衍射是遵循布喇格公式的：

当X射线照射到晶体上时，组成晶体的每个原子都可看作一个子波源，向各个方向发出衍射线，它们叠加可以分为：

同一晶面上不同子波波源所发出子波的叠加，以及不同晶面上所发出的子波的叠加。

-晶体衍射的布拉格（Bragg）公式。

-掠射角（布拉格角）,hkl-晶面指数2-衍射角，n衍射级数,晶面间距,不同晶面上原子散射线相干加强，则必须满足：

2）X射线经两相邻晶面反射后,这两束光的光程差为：

2dsin=，d=dhkln,这样当一定时，d与一一对应。

由衍射图谱测出2和I，则可计算出d和相对强度I/I1值。

d与晶胞的形状和大小有关，I/I1与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。

晶体结构或物相分析,X射线结构分析（X-raystructureanalysis）,把晶面间距为dhkl的（hkl）晶面的第n级衍射，可看作是晶面间距为d=dhkl/n的晶面（对应的晶面指数变为（nhnknl），该晶面实际可能存在也可能不存在）的一级衍射，则Bragg公式可简化为：

X射线衍射仪所得衍射图谱,SiO2粉末的X射线衍射图谱,六方a=b=0.4913nm,c=0.5405nm,体心立方a-Fea=b=c=0.2866nm,面心立方：

g-Fea=b=c=0.360nm,X射线衍射图样与晶胞形状及大小之间的关系,体心立方a-Fea=b=c=0.2866nm,体心立方Wa=b=c=0.3165nm,X射线衍射图样与晶胞形状及大小之间的关系,-Al2O3粉末的X射线衍射图谱,ZnO粉末的X射线衍射图谱,六方a=b=0.4759nm,c=1.2991nm,六方a=b=0.3249nm,c=0.5205nm,2.样品制备,被测试样制备良好，才能获得正确良好的衍射信息。

样品制备步骤：

1）研磨成衍射仪使用的粉末（多晶体）；

2）制成一个十分平整的平面试片。

对于粉末样品，通常要求其颗粒平均粒径控制在5m左右，亦即通过320目的筛子，而且在加工过程中，应防止由于外加物理或化学因素而影响试样其原有的性质。

对片状试样，只在试样的正面有衍射线出现，在试样的反面也应当有衍射线。

但反面的衍射线要穿过很厚的试样而被吸收，强度减弱或是根本检测不到了。

衍射仪常用的粉末样品形状为平板形。

其支承粉末制品的支架有两种，即透过试样板（1cm1.3cm,2cm1.3cm）和不透过试样板。

常用制样方法：

压片法。

缺点：

易产生择优取向。

其它方法：

涂片法、喷雾法及塑合法。

若样品是块状且高度无序取向的微晶粒组成，也可直接使用，但要加工出一个平面。

而这种冷加工又会引入择优取向或应力。

X射线（粉末）衍射仪是以特征X射线照射多晶体样品，并以辐射探测器记录衍射信息的衍射实验装置。

组成：

1）X射线发生器；

2）测角仪系统；

3）强度测量系统；

4）衍射仪控制和数据采集处理系统。

优点：

1）快速；

2）精确；

3）分辨率高；

4）多次扫描。

3.X射线衍射仪简介,电源,90,测角台,X射线衍射仪构成方框图,BD2000X射线衍射仪测角仪（卧式）,X光源,样品室,入射光路,衍射光路,探测器,测角台,2dsin=,1）X射线（X-Ray）的产生,凡是以高速运动的电子碰到任何障碍物，都能产生X射线。

条件：

（1）电子源加热钨丝（阴极）；

（2）高电压高压电源；

（3）障碍物金属靶（阳极靶）。

3.1X射线发生器,XRay,对光源的基本要求：

稳定、强度大、光谱纯。

X射线发生器由X射线管、高压发生器及管压管流稳定电路和各种保护电路所组成。

水冷,X射线发生器方框图,送水装置,X射线管,高压发生器,高压电缆,管压管流稳定电路,640mA,2060KV,711V,220V,X射线管,X射线发生器电路原理图,靶,灯丝,+,2）X射线发生器的组成,3）X射线管,可拆式管密封式管转靶式管,密封式X射线管剖面,靶是用传热性较好、熔点较高的金属材料制成的，表面磨成镜面，常用晶体结构分析的靶材料有：

4）X射线谱,X射线强度I随X射线的波长变化的关系曲线。

从X射线管发出的X射线束，是由两部分迭加而成的：

min,强度随波长变化的连续光谱白色X射线；

波长一定而强度很高的不连续光谱单色X射线，特征X射线，标识X射线，特征光谱，标识光谱。

连续X射线谱与靶金属的性质无关。

而特征光谱只与靶元素有关。

这两部分射线是两种不同的机制产生的.,5）物质对X射线的吸收、实验用波长及其滤片的选择,物质对X射线的吸收是入射线的波长和吸收物质原子序数的函数。

对粉末X射线衍射仪实验所用的波长是特征X射线谱中最强的线K线。

采用的方法是在光路中加滤波片。

利用其吸收边进行滤波，去除常不需要的K线及附近的连续谱，可获得近似单色的X射线。

Pt（Z=78）,CuK,BD86X射线衍射仪X射线发生器控制面板,电源,36KV,20mA,Cu靶K辐射波长,开：

冷却水关：

冷却水,3.2测角仪系统,2dsin=,3.3）强度测量系统,1）X射线探测器作用：

将接收到的衍射线信号转变为电（瞬时脉冲）信号。

用于BD2000X射线衍射仪的探测器：

闪烁计数器。

闪烁计数器由加入0.5铊作为活化剂的碘化钠晶体和该晶体紧贴着的光敏阴极以及光电倍增管组成的。

工作原理：

晶体吸收一个X射线光子便产生一次闪光（可见荧光），闪光射到光敏阴极上又激发出许多电子，而每个电子经过光电倍增管的倍增作用增加到1081010个电子，从而产生一个数量级可达几毫伏特的脉冲。

闪烁计数管必须和脉冲高度分析器配合使用，以扣除噪音影响，并起单色化作用。

因探测器输出的脉冲幅度一般显得过小，波形也不宜直接用脉冲幅度分析器测量，故常在探测器和脉冲幅度分析器之间加一线性脉冲放大器。

对放大器的基本要求是能线性地放大输入脉冲幅度。

它包括前置放大器和主放大器两部份。

BD2000X射线衍射仪测角仪和测量计数系统控制面板,开：

关：

3.4）衍射仪操作和控制系统,速度8度/分转到样品起始测量角度,测量,校读操作,样品起始测量角度,转动完成后单击,1,2,3,样品测量2角度范围,测量结束，自动弹出保存对话框，保存数据到对应专业子目录,速度8度/分转到样品起始测量角度,换样品,衍射角2,衍射强度I,测量,最后，转回到10位置，退出,4.衍射图谱打印输出与处理,选择平滑点数,打开文件,平滑与再平滑,打印,直接从衍射仪得到的数据，是对应于一系列2角度位置的X射线衍射强度（I）数据。

从衍射图上可得到的信息：

衍射峰的位置、强度、峰形（峰宽）衍射图谱的处理就是要确定衍射线的峰位置

（2）及测量衍射线的强度（I）。

再利用Bragg公式，计算出晶面间距d，并计算出相对强度I/I1，列入表中。

在这几个数据中，要求对2和d值进行高精度的测量计算，而I/I1相对精度要求不高。

衍射图谱的处理,由X-Ray衍射图谱得到衍射数据：

（度）,（）,如果事先对每种单相物质都测定一组晶面间距d值和相应的衍射强度（相对强度），并制成卡片粉末衍射文件（PowderDiffractionFile），通常为PDF卡。

物相分析原理：

将实验测定的衍射图谱数据与粉末衍射文件中某一卡片上的数据相比较，从而判定未知物相。

混合试样物相的X射线衍射花样是各个单独物相衍射花样的简单迭加，根据这一原理，就有可能把混合物物相的各个物相分析出来。

5.物相定性分析原理和方法,1）1938年，J.D.Hanawalt（哈那瓦特）等就开始收集衍射花样，将这些衍射数据进行科学分析整理、分类。

2）1942年，美国材料试验协会（TheAmericanSocietyTestingMaterials，ASTM）整理出版了最早的一套晶体物质衍射数据标准卡片，共计1300张，称之为ASTM卡。

到1963年共出版了13集，以后每年出版一集。

3）1969年，组建了“粉末衍射标准联合委员会”（TheJointCommitteeonPowderDiffractionStandards，JCPDS），专门负责收集、校订各种物质的衍射数据，并将这些数据统一分类和编号，编制成卡片出版。

这些卡片称为粉末衍射卡（ThePowderDiffractionFile，PDF卡），有时也称为JCPDS卡片。

4）1978年，JCPDS更名为国际衍射数据中心（InternationalCenterforDiffractionData，ICDD,），负责粉末衍射数据收集、编辑、出版和发行。

粉末衍射卡片介绍：

XX-XXXX,PDF卡片的形式：

hkl衍射指数,XX-XXXX卡片号,第区间列出了所获实验数据时的实验条件说明：

Rad所用X射线的种类（CuK,FeK）X射线的波长（）Filter为滤波片物质名。

当用单色器时，注明“Mono”Dia.为照相机镜头直径，当相机为非圆筒形时，注明相机名称Cutoff为相机所测得的最大面间距；

Coll.为狭缝或光阑尺寸；

I/I1为测量衍射线相对强度的方法：

（Diffractometer衍射仪法，Microphotometer测微光度计法，Visual目测法）；

dcorrabs？

所测d值的吸收矫正（No未矫正，Yes矫正）;

Ref.说明第区域中所列资源的出处。

为方便、迅速查对PDF卡片，JCPDS编辑出版了多种PDF卡片索引是一种能帮助实验者从数万张卡片中迅速查到所需要的PDF卡片的工具书。

PDF卡片索引书（IndextothePowderDiffractionFile），按检索方法通常分为两类，一类以物质名称为索引（即字母索引），另一类以d值数列为索引（即数值索引）:

1）TheAlphabeticalIndex2）TheNumericalIndex:

HanawaltIndex（哈纳瓦特索引）FinkIndex（芬克索引）,PDF卡片索引及检索方法：

TheAlphabeticalIndex,TheNumerical（Hanawalt）Index,对比结果做出误差定性分析说明后，给出结论：

被测试样为，化学分子式为.,样品衍射数据与PDF卡片数据对比：

1）获取衍射图谱；

2）由衍射图谱，找出每一条衍射峰的位置

（2）和强度（I）；

3）由Bragg公式2dsin=，计算出每一条峰的d值，以及相对强度（I/I1）；

4）选出三强线，列出对应的d值及I/I1值；

5）按三强线，在PDF卡片索引书中查找可能的物相及卡片号；

6）根据卡片号，在卡片柜中找到其卡片，进行实验数据和卡片数据一一对比；

7）误差分析，给出对比结果。

总结：

衍射图谱处理分析步骤,需要说明的问题：

1）在定性分析过程中以d值为主要依据，而相对强度I/I1仅作为参考依据。

2）在查核强度数据时，要注意样品实验条件与PDF卡片实验条件之异同。

3）在核查d值时，还应考虑到低角度衍射线的分辨率较低，因而测量误差比高角度线条大的情况等。

4）多相物质的衍射花样是其各组成相衍射花样的简单叠加，这就带来了多相物质分析（与单相物质相比）的困难：

检索用的三强线不一定局于同一相，而且还可能发生一个相的某线条与另一相的某线条重叠的现象。

因此，多相物质定性分析时，需要将衍射线条轮番搭配、反复尝试，比较复杂。

常规衍射仪所采取的检索程序框图,1简述X射线衍射物相分析的原理方法。

2结合具体实验内容，详述粉末衍射图的获取、衍射峰的测量、计算、PDF卡片检索、数据对比等分析过程。

3将测量数据、计算处理结果列表写清，并与PDF卡片（包括卡片号）数据列表一一对比。

4对误差进行定性分析，并对被测物质的分析结果作出结论。

5写出本次实验的体会和疑问。

6实验报告附原始实验图谱及数据。

对实验报告要求,