現(xiàn)代分析測試知識點1

1、XRD（第一七章）1. X射線的主要特征：u 肉眼不可見u 具有與可見光類似的性質(zhì)（沿直線傳播、使膠片感光、使熒光物質(zhì)發(fā)光）u 具有自身的特點（很高的穿透能力、可被物質(zhì)吸收和減弱、可使空氣電離、對生物細胞有殺傷作用等） 2. X射線的本質(zhì) X射線與可見光、紫外線、宇宙射線一樣也是電磁波的一種，具有波粒二象性，波長在108cm左右，與晶格常數(shù)為同一數(shù)量級。3. 軟X射線：波長較長，用于醫(yī)學(xué)透視硬X射線：波長較短，用于材料分析4. 波動性：X射線以一定的波長和頻率在空間傳播，反映了物質(zhì)運動的連續(xù)性。粒子性：X射線以光子形式輻射和吸收時具有一定的質(zhì)量、能量和動量，反映了物質(zhì)運動的分立性。 越小，p和

2、越大，X射線穿透能力越強。5. 射線產(chǎn)生的條件：熱陰極，加速電場，陽極靶X射線譜：用適當(dāng)?shù)姆椒y量X射線管發(fā)出的X射線的波長和強度，在強度波長坐標(biāo)上得到X射線強度隨波長的變化曲線即X射線譜。 X射線譜分類： 連續(xù)X射線譜 特征（標(biāo)識）X射線譜連續(xù)X射線的特征：l 在短波方向上有短波限0l 每條譜線都有一個強度最大值，最大值出現(xiàn)在1.50處l 隨管電壓增大，強度相應(yīng)增高，譜線的短波限和強度最大值均向短波方向移動。連續(xù)X射線譜線下的面積表示連續(xù)X射線的總強度Ig，即陽極靶發(fā)射出的X射線的總能量： 經(jīng)驗公式： i管電流，V管電壓，Z陽極靶原子序數(shù)，k，m常數(shù) m 2，k (1.11.4) ×

3、;10-9對于W靶，Z=74，當(dāng)V=100kV時，1% 其余能量在靶上轉(zhuǎn)化為熱能。特征X射線的特點：l 在連續(xù)譜上出現(xiàn)特征譜線，常見K，K兩條。l 靶材一定，隨管電壓增高，只是強度相應(yīng)增加，但特征譜線的位置（波長）不變由此稱為標(biāo)識譜。6. eVWKhK，才能產(chǎn)生K激發(fā)。其臨界值為eVKWK ，VK稱之臨界激發(fā)電壓。能量可分為三部分：其中一部分被散射，一部分被吸收，一部分透過物質(zhì)繼續(xù)沿原來方向傳播。7. 吸收主要由原子內(nèi)部的電子躍遷引起。這個過程發(fā)生X射線的光電效應(yīng)及俄歇效應(yīng)，使X射線的部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娮?、熒光X射線及俄歇電子的能量。8. 線吸收系數(shù)l表示沿穿透方向單位長度X射線的衰減程度，與

4、X射線的波長、吸收物質(zhì)、吸收物質(zhì)物理狀態(tài)有關(guān).質(zhì)量吸收系數(shù)m表示單位質(zhì)量物質(zhì)對X射線的吸收程度，只與X射線的波長和吸收物質(zhì)有關(guān)。9. 濾波片的原子序數(shù)比靶材原子序數(shù)小12 樣品原子序數(shù)比靶材原子系數(shù)小1.10. 倒易點陣 是在晶體點陣基礎(chǔ)上按一定對應(yīng)關(guān)系建立起來另外一個點陣，是晶體點陣的另一種表達形式。倒易點陣參數(shù)用a* 、b*、 c*；*、*、* 表示。正倒點陣互為倒易關(guān)系。從倒易點陣原點出發(fā)指向任意一個倒易陣點的矢量稱為倒易矢量，用ghkl表示。ghkl=k-k1）g垂直于正點陣中的（hkl）晶面g的長度等于（hkl）晶面的晶面間距dhkl的倒數(shù)11. 晶帶軸uvw與晶帶面(hkl)滿足晶

5、帶定律：晶帶定律的應(yīng)用1) 已知晶帶軸，判斷哪些晶面屬于該晶帶；2) 已知兩個晶帶面為（h1 k1 l1)和(h2 k2 l2), 用晶帶定律求出晶帶軸uvw；3) 判斷空間兩個晶向或兩個晶面是否相互垂直；4) 判斷某一晶向是否在某一晶面上（或平行于該晶面）。求（h1k1l1）晶面與（h2k2l2）晶面共同的晶帶軸uvw ，即（h1k1l1）晶面與（h2k2l2）晶面的交線。 12. 相干波的條件；13.布拉格方程的導(dǎo)出同一原子面上任意兩個原子反射方向上的光程差總為零，說明它們的相位差相同，相干加強，產(chǎn)生衍射。2. 晶體中任意原子面上兩個相鄰原子的反射晶體中任意兩個相鄰原子面P1、P2，其晶面

6、間距為dhkl。作原子面的法線與P1、P2分別交與A、B。平行X射線以角投射到原子面上時，A、B位置原子的散射波在反射方向的光程差為：=CB+BD =2ABsin產(chǎn)生衍射（干涉加強）的條件是波程差等于波長的整數(shù)倍，即： =n 所以 2dsin=n 布拉格方程14. 15. 16. 已知 ，實驗測定 ， 計算d 晶體結(jié)構(gòu)分析（XRD） 已知d，實驗測定， 計算 化學(xué)成分分析（WDS）衍射的方向取決于晶胞的大小和形狀，測定，可測出晶胞形狀和尺寸。18. 有三種主要的衍射方法：勞埃法、周轉(zhuǎn)晶體法、粉末法。（看書）19. 原子散射因子ff 與關(guān)系：f 的大小受 Z， 影響當(dāng)2 = 0 時，f = Z；

7、 隨2 增大，f 下降20. 21. 簡單點陣單胞中只有一個原子，其位置為：xyz = 000，原子散射因子為f。簡單點陣其結(jié)構(gòu)因子與HKL無關(guān)，即HKL為任意整數(shù)時均能產(chǎn)生衍射。則簡單立方能夠出現(xiàn)的衍射面的N值比是： N1:N2:N3:N4. = 1：2：3：4：5：6：8. (除7、15、23的正整數(shù)) 體心立方點陣單胞中有兩個相同原子，位置：x1y1z1 = 000，x2y2z2 = ½ ½ ½原子散射因子為f1=f2=fl 當(dāng)H+K+L=奇數(shù)時， ，即該晶面的散射強度為零，這些晶面的衍射線不可能出現(xiàn)。例如(100)、(111)、(210)、(300)、(3

8、11)等。l 當(dāng)H+K+L=偶數(shù)時， 即體心點陣只有指數(shù)之和為偶數(shù)的晶面可產(chǎn)生衍射。例如(110)、(200)、(211)、(220)、(310)。l 這些晶面的N值比是： 2：4：6：8：10 面心立方點陣單胞中有四個相同原子，位置：x1y1z1 = 000，x2y2z2 = 0 ½ ½， x3y3z3 = ½ 0 ½， x3y3z3 = ½ ½ 0 ，原子散射因子為f1=f2=f3=f4=fl 當(dāng)H、K、L全為奇數(shù)或全為偶數(shù)時， l 當(dāng)H、K、L為奇數(shù)混雜時， （消光）l 即面心立方點陣只有指數(shù)為全奇或全偶的晶面才能產(chǎn)生衍射。例如

9、（111）、（200）、（220）（311）、（222）、（400）。能夠出現(xiàn)的衍射線。l 其N值比是：3：4：8：11；12：16：19：20：2422. 通常將同一晶面族中等同晶面數(shù)P 稱為多重性因子，用Phkl 表示。 對于h、k、l三個指數(shù)中有兩個相等的晶面族（例如112），就有24種標(biāo)法； 兩個指數(shù)相等、另一指數(shù)為0的晶面族（例如110）有12種標(biāo)法； 三個指數(shù)相等的晶面族（如111）有8種標(biāo)法； 兩個指數(shù)為0的晶面族有6種標(biāo)法，因此，第一個指數(shù)可以是等價晶面中的任意一個。 角因子實際晶體不一定是完整的，存在大小、厚薄、形狀等不同；另外，X射線的波長也不是絕對單一，入射束之間也不是絕

10、對平行，而是有一定的發(fā)散角。這樣，X射線衍射強度將受到X射線入射角、參與衍射的晶粒數(shù)、衍射角的大小等因素的影響。 吸收因子X射線穿過試樣時，必然有一些被試樣所吸收。試樣的形狀各異，X射線在試樣中穿過的路徑不同，被吸收的程度也各異。 溫度因子綜合考慮，溫度因子為e-2M (M為與、T有關(guān)的函數(shù))23.相對強度：Ø 存在織構(gòu)時，衍射強度公式不適用。Ø 對于粉末試樣或多晶體材料，如果晶粒尺寸粗大，會引起強度的衰減，此時強度公式不適用24. 例：以CuK線照射銅多晶粉末樣品，試計算前4條衍射線的位置和相對強度。（已知：=0.15405nm，a=0.3615nm）25. 德拜照相法2

11、6. 當(dāng)采用114.6的德拜相機時，測量的衍射線弧對間距（2L）每毫米對應(yīng)的2角為1°；l 若采用57.3 的德拜相機時，測量的衍射線弧對間距（2L）每毫米對應(yīng)的2角為2°。27.X衍射儀法l 2聯(lián)動：X光管固定，樣品繞中心軸轉(zhuǎn)動角，X射線探測器在測角儀圓上轉(zhuǎn)動2角。l 聯(lián)動：樣品固定，X光管與X射線探測器同時沿測角儀圓轉(zhuǎn)動相同的角。 l 2聯(lián)動與聯(lián)動，確保探測的衍射線與入射線始終保持2的關(guān)系，即入射線與衍射線以試樣表面法線為對稱軸，在兩側(cè)對稱分布。27這樣輻射探測器接收到的衍射是那些與試樣表示平行的晶面產(chǎn)生的衍射。l 當(dāng)然，同樣的晶面若不平行與試樣表面，盡管也產(chǎn)生衍射，但

12、衍射線進不了探測器，不能被接受。28.小結(jié)l 衍射儀法的特點:試樣是平板狀l 存在兩個圓(測角儀圓,聚焦圓)l 衍射是那些平行于試樣表面的平面提供的l 射線強度用輻射探測器測定(正比計數(shù)器)l 測角儀圓的工作特點:試樣與探測器以2聯(lián)動與聯(lián)動;射線源,試樣和探測器三者應(yīng)始終位于聚焦圓上。29. 定性分析過程物相定性分析一般步驟：（1）獲得衍射花樣：德拜照相法，或衍射儀法（2）計算晶面間距d值和測定相對強度I/I1值（ I1為最強線的強度）：定性相分析以2<90°的衍射線為主要依據(jù)（3）按強度遞減順序排列d值，并選出三強線；（4）查數(shù)值索引，找出最強線的晶面間距d1對應(yīng)的組（5）按

13、照三強線d1、d2、d3找出符合較好的卡號及物相（6）若無符合的物相，說明為復(fù)相物質(zhì)，這時去掉不符的d值，另選d4，重新查索引（7）把待測相的d值和I/I1值與卡片對照，得出與實驗數(shù)據(jù)吻合的卡片及物相。（8）對剩余衍射線條強度作歸一化處理，重復(fù)(3)(7)，直到標(biāo)出所有的物相。30. 樣 品：Cu粉末，粉末冶金燒結(jié)射源：Cu靶，K線入射待測相的衍射數(shù)據(jù)1 與待測試樣三強線d值符合較好的一些物相24-836卡片Cu的衍射數(shù)據(jù)3 剩余線條與Cu2O的衍射數(shù)據(jù)431. 定量分析為使問題簡化，建立了有關(guān)定量分析方法如：外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法、K值法、參比強度法，直接對比法、絕熱法、任意內(nèi)標(biāo)法、等強線對法和無標(biāo)

14、樣定量法等。參比強度法l K值法進一步簡化，用剛玉作為標(biāo)準物相。l 在一個含有N個物相的多相體系中，如果每一個相的RIR值（參比強度）均為已知，測量出每一個相的衍射強度，可計算出其中所有相的質(zhì)量分數(shù)l 特點：（1）不需要向試樣中摻入內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，減少實測工作麻煩；（2）既適用于粉末試樣，也適用于塊體試樣；（3）不能測定含未知相的多相混合試樣。其中某相X的質(zhì)量分數(shù)可表示為：式中A表示N個相中被選定為內(nèi)標(biāo)相的物相名稱式中 為參比強度值，兩個物相X和A的RIR值，可以通過實測、計算或查找PDF卡片獲得。殘余奧氏體和馬氏體的體積分數(shù)之和為f+f=1。則可以求得殘余奧氏體的百分含量：由于 f+f+fc =

15、1，則可求得殘余奧氏體的百分含量： 33. 點陣常數(shù)精確測定 點陣常數(shù)的變化量很小，約為105 nm ,必須精確測定.立方晶系： 可見 a 的誤差主要取決于sin德拜照相法 2角測量精度低，2=0.1°衍射儀法 2角測量精度高，2=0.02°高角線 sin 測定精度高圖解外推法 當(dāng) con2 0 ， a 0 根據(jù)多根衍射線分別測算值和a 值，并作con2 a 直線，外推到con2= 0 處，得真實的 a 值34. XRD多晶衍射包含非常豐富的結(jié)構(gòu)信息，除了物相定性分析之外，還可進行物相定量分析、晶粒尺寸的測定、織構(gòu)測定、宏觀應(yīng)力測定、點陣畸變度測定、點陣常數(shù)精確測定等等。3

16、5. 典型例題l TiO2有金紅石（Rutile，四方晶系）、銳鈦礦（Anatase，體心立方）等多種晶型，今用磁控濺射制備出TiO2薄膜，對其進行X射線衍射分析，獲得X射線衍射圖如下。試判斷該TiO2的為何種晶型，并說明分析方法和思路。l X射線衍射實驗參數(shù) ： l 靶材：銅靶，管電壓40kV，管電流40mA；掃描范圍：2080°；掃描速度：10°/min.解題步驟：取三強線（編號1、2、4），根據(jù)2分別查對金紅石和銳鈦礦的PDF卡片，發(fā)現(xiàn)2與銳鈦礦（卡片號84-1285） 符合較好，相對強度有較大偏差。l 再將其它剩余衍射峰與銳鈦礦比較，2均符合較好，可基本判斷該TiO2薄膜為銳鈦礦結(jié)構(gòu)。l 強度出現(xiàn)異常分析：本實驗測試