X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、華東理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：X射線衍射實(shí)驗(yàn)姓名：陳 維學(xué)號：030100890專業(yè)：化學(xué)工程班級：工程105班X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)了解X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)和工作原理；2. 掌握X射線衍射物相定性分析的方法和步驟；3. 給定實(shí)驗(yàn)樣品，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，做出正確分析鑒定結(jié)果。實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)晶體對X射線的衍射特征衍射線的位置、強(qiáng)度及數(shù)量來鑒定結(jié)晶物質(zhì)之物相的方法，就是X射線物相分析法。每一種結(jié)晶物質(zhì)都有各自獨(dú)特的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。沒有任何兩種物質(zhì)，它們的晶胞大小、質(zhì)點(diǎn)種類及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。因此，當(dāng)X射線被晶體衍射時，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射花樣，它們的特征可以用

2、各個衍射晶面間距d和衍射線的相對強(qiáng)度II1來表征。其中晶面間距d與晶胞的形狀和大小有關(guān)，相對強(qiáng)度則與質(zhì)點(diǎn)的種類及其在晶胞中的位置有關(guān)。所以任何一種結(jié)晶物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)d和II1是其晶體結(jié)構(gòu)的必然反映，因而可以根據(jù)它們來鑒別結(jié)晶物質(zhì)的物相。 衍射線空間方位與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系可用布拉格方程表示：實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)使用的X射線衍射儀是由日本理學(xué)制造的。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)等組成。衍射儀的結(jié)構(gòu)如下圖所示。1 X射線管 X射線管主要分密閉式和可拆卸式兩種。廣泛使用的是密閉式, 由陰極燈絲、陽極、聚焦罩等組成, 功率大部分在 12千瓦?？刹鹦妒絏射線

3、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。常用的X射線靶材有 W、Ag、Mo、Ni、Co、Fe、Cr、Cu等。選擇陽極靶的基本要求：盡可能避免靶材產(chǎn)生的特征X射線激發(fā)樣品的熒光輻射，以降低衍射花樣的背底，使圖樣清晰。2測角儀測角儀是粉末X射線衍射儀的核心部件，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。3 X射線探測記錄裝置衍射儀中常用的探測器是閃爍計(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)生的波長在可見光范圍內(nèi)的熒光，這種熒光再轉(zhuǎn)換為能夠測量的電流。由于輸出的電流和計(jì)數(shù)器吸收的X光子能量成正比，因此可以用來測量衍射線的

4、強(qiáng)度。閃爍計(jì)數(shù)管的發(fā)光體一般是用微量鉈活化的碘化鈉(NaI)單晶體。這種晶體經(jīng)X射線激發(fā)后發(fā)出藍(lán)紫色的光。將這種微弱的光用光電倍增管來放大，發(fā)光體的藍(lán)紫色光激發(fā)光電倍增管的光電面(光陰極)而發(fā)出光電子(一次電子)，光電倍增管電極由10個左右的聯(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)，最后輸出幾個毫伏的脈沖。4 計(jì)算機(jī)控制、處理裝置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)的選擇、背底扣除、自動尋峰、d值計(jì)算，衍射峰強(qiáng)度計(jì)算等。實(shí)驗(yàn)步驟1 樣品制備X射線衍射分

5、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。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)。定性分析時粒度應(yīng)小于44微米(350目)，定量分析時應(yīng)將試樣研細(xì)至10微米左右。較方便地確定10微米粒度的方法是，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，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

6、樣品架為玻璃試樣架，在玻璃板上蝕刻出試樣填充區(qū)為2018平方毫米。玻璃樣品架主要用于粉末試樣較少時(約少于500立方毫米)使用。充填時，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。塊狀樣品：先將塊狀樣品表面研磨拋光，大小不超過2018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。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

7、樣品支架上（切割單晶硅樣品支架時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。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上即可。2 樣品測試（1）開機(jī)前的準(zhǔn)備和檢查 將制備好的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，接通穩(wěn)壓電源。（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，接通X光管電源。緩慢升高管電壓、管電流至需要值。打開計(jì)算機(jī)X射線衍射儀應(yīng)用軟件，設(shè)置合適的衍射條件及參數(shù)，開始樣品測試。工作電壓設(shè)定為3 5倍的靶材臨界

8、激發(fā)電壓。選擇管電流時功率不能超過X射線管額定功率，較低的管電流可以延長X射線管的壽命。X射線管經(jīng)常使用的負(fù)荷(管壓和管流的乘積)選為最大允許負(fù)荷的80左右。但是，當(dāng)管壓超過激發(fā)電壓5倍以上時，強(qiáng)度的增加率將下降。所以，在相同負(fù)荷下產(chǎn)生X射線時，在管壓約為激發(fā)電壓5倍以內(nèi)時要優(yōu)先考慮管壓，在更高的管壓下其負(fù)荷可用管流來調(diào)節(jié)。靶元素的原子序數(shù)越大，激發(fā)電壓就越高。由于連續(xù)X射線的強(qiáng)度與管壓的平方呈正比，特征X射線與連續(xù)X射線的強(qiáng)度之比，隨著管壓的增加接近一個常數(shù)，當(dāng)管壓超過激發(fā)電壓的45倍時反而變小，所以，管壓過高，信噪比P/B將降低，這是不可取得的。不同的測定目的，其掃描范圍也不同。當(dāng)選用Cu靶進(jìn)行無機(jī)化合物的相分析時，掃描范圍一般為902（2）；對于高分子，有機(jī)化合物的相分析，其掃描范圍一般為60 2；在定量分析、點(diǎn)陣參數(shù)測定時，一般只對欲測衍射峰掃描幾度。（3）停機(jī)操作 測量完畢，緩慢降低管電流、管電壓至最小值，關(guān)閉X光管電源；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、穩(wěn)壓電源及線路總電源。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、強(qiáng)度、衍射峰寬