第四章多晶體的分析方法

1、 4 4. .1 1 引言引言4.2 Debye-Scherreer4.2 Debye-Scherreer法法4.3 4.3 X射線衍射儀射線衍射儀 一一 .衍射方法回顧衍射方法回顧1.勞埃法：勞埃法： 用連續(xù)用連續(xù)X射線（射線（變化）照射單晶體變化）照射單晶體（不變），通過(guò)改變不變），通過(guò)改變使一些晶面和使一些晶面和之間滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射（也叫之間滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射（也叫反射），在底片上形成的是一些規(guī)則的反射），在底片上形成的是一些規(guī)則的斑點(diǎn)。斑點(diǎn)。 2 周轉(zhuǎn)晶體法：周轉(zhuǎn)晶體法： 用單色用單色X射線（射線（不變）照射單晶體，通過(guò)旋不變）照射單晶體，通過(guò)旋轉(zhuǎn)晶體改變各個(gè)晶面和入射轉(zhuǎn)

2、晶體改變各個(gè)晶面和入射X射線之間的夾角（射線之間的夾角（），使一些晶面會(huì)和），使一些晶面會(huì)和角恰好滿足布拉格方程，角恰好滿足布拉格方程，產(chǎn)生衍射，在底片上打出感光點(diǎn)。產(chǎn)生衍射，在底片上打出感光點(diǎn)。3. 粉末法粉末法： 用單色的用單色的X射線（射線（不變）照射粉末多晶不變）照射粉末多晶體，利用粉末多晶體中各晶粒隨機(jī)分布的千體，利用粉末多晶體中各晶粒隨機(jī)分布的千變?nèi)f化的取向，使入射變?nèi)f化的取向，使入射X射線和某些晶面之間射線和某些晶面之間的夾角的夾角剛好能滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射。剛好能滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射。這是因?yàn)樵诜勰┒嗑w中有無(wú)數(shù)多個(gè)（這是因?yàn)樵诜勰┒嗑w中有無(wú)數(shù)多個(gè)（hkl）面，這些（

3、面，這些（hkl）面在晶體中隨機(jī)分布，總有）面在晶體中隨機(jī)分布，總有足夠的（足夠的（hkl）面與入射）面與入射X-ray的夾角的夾角滿足布滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射。拉格方程而產(chǎn)生衍射。 當(dāng)粉末足夠小時(shí)，衍射線形成圓錐。因當(dāng)粉末足夠小時(shí)，衍射線形成圓錐。因?yàn)閷?duì)同一（為對(duì)同一（hkl）來(lái)說(shuō)，）來(lái)說(shuō)，入射入射X-ray與衍射線與衍射線之間的夾角之間的夾角相等并永遠(yuǎn)相等并永遠(yuǎn)成成2角，當(dāng)面指數(shù)確角，當(dāng)面指數(shù)確定時(shí)，定時(shí)，2角也是確定的，因此是衍射圓錐，角也是確定的，因此是衍射圓錐，圓錐角為圓錐角為4。 如果粉末不夠細(xì)或多晶體晶粒粗大時(shí)，如果粉末不夠細(xì)或多晶體晶粒粗大時(shí)，因?yàn)槟承┓轿簧蠜](méi)有（因?yàn)槟承┓轿?/p>

4、上沒(méi)有（hkl）面，會(huì)使圓錐）面，會(huì)使圓錐不連續(xù)。不連續(xù)。 粉末法分為粉末法分為照相法照相法和和衍射儀法衍射儀法 1. 照相法：照相法：常用的是常用的是德拜德拜-謝樂(lè)法謝樂(lè)法，通過(guò)德拜，通過(guò)德拜相機(jī)拍攝出衍射線，從而計(jì)算出相機(jī)拍攝出衍射線，從而計(jì)算出角角d晶晶面和晶體結(jié)構(gòu)。面和晶體結(jié)構(gòu)。2. 衍射儀法：衍射儀法：采用測(cè)角儀和計(jì)數(shù)器，準(zhǔn)確地測(cè)采用測(cè)角儀和計(jì)數(shù)器，準(zhǔn)確地測(cè)出出2角以及衍射強(qiáng)度，這種方法比照相法準(zhǔn)角以及衍射強(qiáng)度，這種方法比照相法準(zhǔn)確。因?yàn)檎障喾ㄍㄟ^(guò)底片上的圓弧對(duì)計(jì)算確。因?yàn)檎障喾ㄍㄟ^(guò)底片上的圓弧對(duì)計(jì)算角角時(shí)，有一定的測(cè)量誤差，而衍射儀法減少了時(shí)，有一定的測(cè)量誤差，而衍射儀法減少了人為

5、的誤差。人為的誤差。一一. . 德拜法及德拜相機(jī)德拜法及德拜相機(jī).德拜法德拜法 細(xì)長(zhǎng)底片細(xì)長(zhǎng)底片：圍成圓筒形圍成圓筒形;試樣試樣：位于圓筒軸心位于圓筒軸心;入射入射X-ray:與圓筒軸垂直與圓筒軸垂直;在底片上所留的在底片上所留的衍射花樣衍射花樣：一對(duì)對(duì)的弧對(duì)。一對(duì)對(duì)的弧對(duì)。根據(jù)弧對(duì)的位置根據(jù)弧對(duì)的位置角角d晶體結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)。 需要需要注意注意的是：根據(jù)的是：根據(jù)2dsin=最小的最小的角角，對(duì)應(yīng)著最大的晶面間距對(duì)應(yīng)著最大的晶面間距d。.德拜法德拜法 細(xì)長(zhǎng)底片細(xì)長(zhǎng)底片：圍成圓筒形圍成圓筒形;試樣試樣：位于圓筒軸心位于圓筒軸心;入射入射X-ray:與圓筒軸垂直與圓筒軸垂直;.德拜法德拜法 細(xì)長(zhǎng)

6、底片細(xì)長(zhǎng)底片：圍成圓筒形圍成圓筒形;試樣試樣：位于圓筒軸心位于圓筒軸心;入射入射X-ray:與圓筒軸垂直與圓筒軸垂直;.德拜法德拜法 細(xì)長(zhǎng)底片細(xì)長(zhǎng)底片：圍成圓筒形圍成圓筒形;試樣試樣：位于圓筒軸心位于圓筒軸心;入射入射X-ray:與圓筒軸垂直與圓筒軸垂直;222adhkld最大時(shí)，最大時(shí)，h2+k2+l2最小。最小。 100面面 h2+k2+l2=1 對(duì)應(yīng)第一對(duì)弧對(duì)；對(duì)應(yīng)第一對(duì)弧對(duì)； 110面面 h2+k2+l2=2 對(duì)應(yīng)第二對(duì)弧對(duì)；對(duì)應(yīng)第二對(duì)弧對(duì)； 111面面 h2+k2+l2=3 對(duì)應(yīng)第三對(duì)弧對(duì)；對(duì)應(yīng)第三對(duì)弧對(duì)； 比如：對(duì)于立方晶系比如：對(duì)于立方晶系.德拜相機(jī)德拜相機(jī)德德拜拜相相機(jī)機(jī)剖剖面

7、面示示意意圖圖德拜相機(jī)是根據(jù)前面所介紹的衍射幾何設(shè)計(jì)的。德拜相機(jī)是根據(jù)前面所介紹的衍射幾何設(shè)計(jì)的。其構(gòu)造下所述：其構(gòu)造下所述：1. (不透光不透光)金屬筒形外殼金屬筒形外殼：將底片固定成圓筒：將底片固定成圓筒 形，緊緊附在相機(jī)盒內(nèi)壁；形，緊緊附在相機(jī)盒內(nèi)壁；2. 試樣架試樣架：位于筒形軸心位置，用來(lái)固定試樣；：位于筒形軸心位置，用來(lái)固定試樣；3. 光闌光闌：固定入射：固定入射X-ray的方向和位置限制入射的方向和位置限制入射 線的不平行度、尺寸，也稱準(zhǔn)直管；線的不平行度、尺寸，也稱準(zhǔn)直管；4. 承光管承光管：監(jiān)視入射線和試樣的相對(duì)位置，同：監(jiān)視入射線和試樣的相對(duì)位置，同 時(shí)吸收透射的時(shí)吸收透射

8、的X-ray；5. 熒光屏熒光屏；6. 鉛玻璃鉛玻璃。 另外，德拜相機(jī)的直徑也不是另外，德拜相機(jī)的直徑也不是隨便一個(gè)尺寸，為了方便計(jì)算隨便一個(gè)尺寸，為了方便計(jì)算2角角設(shè)計(jì)了兩個(gè)尺寸：設(shè)計(jì)了兩個(gè)尺寸： D=57.3mm 周長(zhǎng)周長(zhǎng)180mm D=114.6mm 周長(zhǎng)周長(zhǎng)360mm 1.試樣：試樣：二二. .試樣及底片安裝試樣及底片安裝試樣尺寸：試樣尺寸：0.21.010 15mm要求要求:試樣粒度要求為微米數(shù)量級(jí)，必要時(shí)可過(guò)試樣粒度要求為微米數(shù)量級(jí)，必要時(shí)可過(guò)0.045mm的篩孔。的篩孔。過(guò)粗過(guò)粗,參加衍射的晶粒數(shù)減少參加衍射的晶粒數(shù)減少,衍射線條不連續(xù)衍射線條不連續(xù); 過(guò)細(xì)過(guò)細(xì),則衍射線條變寬則

9、衍射線條變寬,不利于分析不利于分析 。 制粉注意事項(xiàng)：制粉注意事項(xiàng)： 圓柱試樣的制備：圓柱試樣的制備： 細(xì)玻璃絲在粉末中滾動(dòng)；細(xì)玻璃絲在粉末中滾動(dòng)； 將粉末填充到玻璃毛細(xì)管中；將粉末填充到玻璃毛細(xì)管中； 用金屬毛細(xì)管成型；用金屬毛細(xì)管成型； 金屬細(xì)棒（金屬多為多晶體），但要注意金屬細(xì)棒（金屬多為多晶體），但要注意 擇優(yōu)取向。擇優(yōu)取向。 制粉注意事項(xiàng)：制粉注意事項(xiàng)： 要取脆性項(xiàng)、韌性相混合均勻的相，不能漏要取脆性項(xiàng)、韌性相混合均勻的相，不能漏 掉韌性相；掉韌性相； 機(jī)械方法制粉避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，或?qū)⒎勰┩藱C(jī)械方法制粉避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，或?qū)⒎勰┩?火以消除內(nèi)應(yīng)力。因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力使晶格畸變，火以消除內(nèi)應(yīng)力。

10、因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力使晶格畸變， 不利于分析。不利于分析。 圓柱試樣的制備：圓柱試樣的制備：(1).(1).正裝法正裝法：X-rayX-ray從底片接口處入射。幾何關(guān)系與計(jì)從底片接口處入射。幾何關(guān)系與計(jì)算較簡(jiǎn)單，用于一般物相分析工作；算較簡(jiǎn)單，用于一般物相分析工作；【見(jiàn)下圖【見(jiàn)下圖 中中(a)】 (2).(2).反裝法反裝法：X-rayX-ray從底片中心孔射入。適于點(diǎn)陣參數(shù)從底片中心孔射入。適于點(diǎn)陣參數(shù)的確定；的確定；【見(jiàn)下圖中【見(jiàn)下圖中(b)(b)】(3).(3).偏裝法（不對(duì)稱裝法）偏裝法（不對(duì)稱裝法）：底片上有兩個(gè)孔，分：底片上有兩個(gè)孔，分別對(duì)裝在光闌和承光管的位置。較常用的安裝方法。別對(duì)裝在光

11、闌和承光管的位置。較常用的安裝方法?！疽?jiàn)下圖中【見(jiàn)下圖中(c)(c)】2.2.底片的安裝底片的安裝 注意：穿入點(diǎn)為注意：穿入點(diǎn)為180。，穿出點(diǎn)為，穿出點(diǎn)為0。3. 3. 攝照規(guī)程的選擇攝照規(guī)程的選擇 入射入射X射線波長(zhǎng)（射線波長(zhǎng)（ X射線管陽(yáng)極元素選擇）：射線管陽(yáng)極元素選擇）：避免激發(fā)出試樣的熒光輻射（二次特征輻射）避免激發(fā)出試樣的熒光輻射（二次特征輻射）入入kk試試激發(fā)出熒光輻射激發(fā)出熒光輻射太大太大易被試樣吸收，衍射強(qiáng)度低易被試樣吸收，衍射強(qiáng)度低Z靶靶 Z試樣試樣90。2L3604R221802=57.3902L4R當(dāng)當(dāng) 2R=57.3mm 2R=114.6mm2L(90)22L(90)

12、4 290。2L3604R221802= 290。57.3902L4R當(dāng)當(dāng) 2R=57.3mm 2R=114.6mm2L(90)22L3604R221802= 290。四、德拜相的誤差及修正（一）試樣吸收誤差 試樣對(duì)X射線的吸收造成衍射線偏離理論位置，因此在計(jì)算時(shí)需對(duì)2L進(jìn)行修正。 考慮到金屬材料對(duì)X射線吸收較強(qiáng)烈，可認(rèn)為僅是試樣表面受到照射（0.02mm) 2L0= 2L外緣2其中：2L0 弧對(duì)的平均理論距離 2L外緣 試樣吸收后得到的實(shí)際弧對(duì)距離 圓柱試樣的半徑（二）底片伸縮誤差由于相機(jī)直徑制造誤差、底片安裝誤差(未緊貼相機(jī)內(nèi)腔)、或底片在沖洗過(guò)程伸縮 2R誤差 影響角的準(zhǔn)確度所以，利用偏

13、裝法直接測(cè)量底片周長(zhǎng)，避免上述誤差，稱為有效周長(zhǎng)C0 (90/ C0)2L 0 = K 2L（一）物相鑒定步驟1、對(duì)弧對(duì)標(biāo)號(hào)；2、測(cè)量有效周長(zhǎng)C0；（0.01mm)3、測(cè)量并計(jì)算弧對(duì)間距2L；4、計(jì)算；5、按布拉格方程計(jì)算d;6、估計(jì)相對(duì)強(qiáng)度；7、查卡片確定物相。 （二）確定每對(duì)衍射線對(duì)應(yīng)的干涉指數(shù)（指標(biāo)化）（二）確定每對(duì)衍射線對(duì)應(yīng)的干涉指數(shù)（指標(biāo)化） d被測(cè)物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)（被測(cè)物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)（hkl）。）。以立方晶系為例，來(lái)介紹衍射花樣的指標(biāo)化。以立方晶系為例，來(lái)介紹衍射花樣的指標(biāo)化。已知：已知：2dsin222222adsin =hkl2ahkl 代入222222sinhkl4a對(duì)同一晶體

14、而言對(duì)同一晶體而言 相同相同 令令224a222iiiiNhkl則：則：22212n12nsin:sin:sinN :N :N即掠射角正弦的平方比等于干涉面指數(shù)平方和之比即掠射角正弦的平方比等于干涉面指數(shù)平方和之比從結(jié)構(gòu)因素的計(jì)算知：從結(jié)構(gòu)因素的計(jì)算知：干涉面指數(shù)干涉面指數(shù)平方和之比平方和之比簡(jiǎn)立方點(diǎn)陣為簡(jiǎn)立方點(diǎn)陣為 1:2:3:4:5:6:81:2:3:4:5:6:8體心立方為體心立方為 2:4:6:8:102:4:6:8:10 即：即：1:2:3:4:5:6:71:2:3:4:5:6:7 面心立方為面心立方為 3:4:8:11:123:4:8:11:12 從而確定點(diǎn)陣類型。從而確定點(diǎn)陣類型

15、。關(guān)于簡(jiǎn)單立方和體心立方衍射花樣的判別問(wèn)題關(guān)于簡(jiǎn)單立方和體心立方衍射花樣的判別問(wèn)題1、 如果線條數(shù)目多于七根，則間隔比較均勻的是如果線條數(shù)目多于七根，則間隔比較均勻的是bbc，而出現(xiàn)線條空缺的為簡(jiǎn)單立方。而出現(xiàn)線條空缺的為簡(jiǎn)單立方。2、 當(dāng)衍射線條數(shù)較少時(shí)，這一簡(jiǎn)單的判別方法則不能利當(dāng)衍射線條數(shù)較少時(shí)，這一簡(jiǎn)單的判別方法則不能利用，此時(shí)可以頭兩根線的用，此時(shí)可以頭兩根線的衍射強(qiáng)度衍射強(qiáng)度作為判別。由于相鄰作為判別。由于相鄰線條線條相差不大，在衍射強(qiáng)度諸因素中，相差不大，在衍射強(qiáng)度諸因素中，多重性因子多重性因子等起等起主導(dǎo)作用。簡(jiǎn)單立方頭兩根線的指數(shù)分別為主導(dǎo)作用。簡(jiǎn)單立方頭兩根線的指數(shù)分別為1

16、00及及110。而而bbc則為則為110與與200。100與與200的多重性因數(shù)為的多重性因數(shù)為6，110的的多重性因數(shù)為多重性因數(shù)為12，故簡(jiǎn)單立方花樣中第二根線應(yīng)較強(qiáng)，故簡(jiǎn)單立方花樣中第二根線應(yīng)較強(qiáng)，bbc則第一根線應(yīng)較強(qiáng)。則第一根線應(yīng)較強(qiáng)。識(shí)別識(shí)別K和和K衍射線的依據(jù)衍射線的依據(jù)(1).根據(jù)布拉格方程根據(jù)布拉格方程:sin與波長(zhǎng)成正比，由于與波長(zhǎng)成正比，由于K的波長(zhǎng)比的波長(zhǎng)比K短。所以，短。所以，小于小于并且并且K和和K線之間存在著如下的固定關(guān)線之間存在著如下的固定關(guān)系：系： (2).入射線中入射線中K的強(qiáng)度比的強(qiáng)度比K大大35倍，因此在衍射花樣中的倍，因此在衍射花樣中的K線的強(qiáng)度也要比

17、線的強(qiáng)度也要比K大得多。這一點(diǎn)是鑒別大得多。這一點(diǎn)是鑒別K和和K的重要參的重要參考依據(jù)?？家罁?jù)。(3).注意幾點(diǎn)：注意幾點(diǎn)： K 、K 線：線：K線強(qiáng)度低且線強(qiáng)度低且角較小。角較小。 K 1 與與 K 2 雙線：雙線：角度稍小而強(qiáng)度較大的為角度稍小而強(qiáng)度較大的為K1線。線。常常數(shù)數(shù)sinsin（三）計(jì)算點(diǎn)陣參數(shù) 按照立方系晶面間距公式注意：高計(jì)算結(jié)果較精確222adhkl六六. .相機(jī)的分辨本領(lǐng)相機(jī)的分辨本領(lǐng) 1、 定義定義：所謂相機(jī)的分辨本領(lǐng)是指當(dāng)：所謂相機(jī)的分辨本領(lǐng)是指當(dāng)晶面間距發(fā)生晶面間距發(fā)生變化變化所引起的衍射線條位置相對(duì)改變的靈敏程度。所引起的衍射線條位置相對(duì)改變的靈敏程度。2、 和

18、以下因素有關(guān)：和以下因素有關(guān)：. 相機(jī)半徑相機(jī)半徑R越大越大，分辨本領(lǐng)越高分辨本領(lǐng)越高；這是利用大直徑相機(jī)的這是利用大直徑相機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)。但是相機(jī)直徑的增大，會(huì)延長(zhǎng)曝光時(shí)間，并增加由空氣散射主要優(yōu)點(diǎn)。但是相機(jī)直徑的增大，會(huì)延長(zhǎng)曝光時(shí)間，并增加由空氣散射而引起的衍射背底。而引起的衍射背底。. 角越大角越大， 越高越高；所以衍射花樣中高角度線條雙線可明顯的所以衍射花樣中高角度線條雙線可明顯的分開(kāi)。分開(kāi)。. 越長(zhǎng)越長(zhǎng)， 越高越高;應(yīng)盡量采用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的應(yīng)盡量采用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的X射線源。射線源。. 面間距越大面間距越大， ；因此，在分析大晶胞的試樣時(shí)，應(yīng)盡可能因此，在分析大晶胞的試樣時(shí)，應(yīng)盡可能選用波長(zhǎng)較長(zhǎng)

19、的選用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的X射線源，以便抵償由于晶胞過(guò)大對(duì)分辨本領(lǐng)的不良影射線源，以便抵償由于晶胞過(guò)大對(duì)分辨本領(lǐng)的不良影響。響。22422)(ndnRRtg 一一. . 衍射儀的構(gòu)造及幾何光學(xué)衍射儀的構(gòu)造及幾何光學(xué)A.A. 用各種用各種輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器代替照相底片來(lái)記錄和測(cè)量代替照相底片來(lái)記錄和測(cè)量X X射線射線衍射花樣衍射花樣B.B. 組成部分：組成部分：X X射線發(fā)生器、測(cè)角儀、輻射探測(cè)器等。射線發(fā)生器、測(cè)角儀、輻射探測(cè)器等。C.C. 優(yōu)點(diǎn)：（優(yōu)點(diǎn)：（1 1）工作效率高（照相法、底片處理時(shí)間）工作效率高（照相法、底片處理時(shí)間 長(zhǎng)）長(zhǎng)）; ; （2 2）探測(cè)器靈敏度高）探測(cè)器靈敏度高; ; （3

20、3）樣品范圍廣，制樣簡(jiǎn)便，分析快速，結(jié)）樣品范圍廣，制樣簡(jiǎn)便，分析快速，結(jié)果直觀。果直觀。 X X射線衍射儀需要解決的技術(shù)問(wèn)題：射線衍射儀需要解決的技術(shù)問(wèn)題： 1.X1.X射線接收裝置射線接收裝置計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)管； 2.2.衍射強(qiáng)度必須適當(dāng)加大，為此可以衍射強(qiáng)度必須適當(dāng)加大，為此可以使用板狀試樣使用板狀試樣； 3.3.相同的（相同的（h k lh k l ）晶面也是全方向散射的，所以要）晶面也是全方向散射的，所以要聚焦聚焦； 4.4.計(jì)數(shù)管的移動(dòng)要滿足布拉格條件。計(jì)數(shù)管的移動(dòng)要滿足布拉格條件。這些問(wèn)題解決的關(guān)鍵是由幾個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的：這些問(wèn)題解決的關(guān)鍵是由幾個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的： 1.1.X X射線測(cè)角儀射線

21、測(cè)角儀解決聚焦和測(cè)量角度的問(wèn)題；解決聚焦和測(cè)量角度的問(wèn)題； 2.2.輻射探測(cè)儀輻射探測(cè)儀解決記錄分析衍射線能量解決記錄分析衍射線能量( (強(qiáng)度強(qiáng)度) )問(wèn)題。問(wèn)題。 X射線衍射儀的測(cè)量原理：射線衍射儀的測(cè)量原理： 利用德拜相機(jī)的光學(xué)原理。利用德拜相機(jī)的光學(xué)原理。 德拜相機(jī)是利用底片記錄衍射花樣，若能用德拜相機(jī)是利用底片記錄衍射花樣，若能用儀器接收到衍射儀器接收到衍射X-ray并加以記錄，讓其繞試樣旋并加以記錄，讓其繞試樣旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)記錄下轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)一周，同時(shí)記錄下轉(zhuǎn)角和其對(duì)應(yīng)的和其對(duì)應(yīng)的X-ray衍射衍射線的強(qiáng)度線的強(qiáng)度I，再將其繪制成曲線，即可進(jìn)行晶體結(jié)，再將其繪制成曲線，即可進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析

22、。構(gòu)分析。一）一）Xray 測(cè)角儀測(cè)角儀1. 概述概述1 1）. .測(cè)角儀的構(gòu)造測(cè)角儀的構(gòu)造 側(cè)角儀是衍射儀的最側(cè)角儀是衍射儀的最核心部件，它相當(dāng)于德核心部件，它相當(dāng)于德拜法中的相機(jī)?？蓜?dòng)的拜法中的相機(jī)?？蓜?dòng)的計(jì)數(shù)器代替底片。其基計(jì)數(shù)器代替底片。其基本構(gòu)造：本構(gòu)造：匯束過(guò)程：匯束過(guò)程：靈敏度較高的靈敏度較高的探測(cè)器，將探測(cè)器，將X X射線正比地射線正比地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，利用量子轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，利用量子計(jì)數(shù)法測(cè)計(jì)數(shù)法測(cè)X X射線的強(qiáng)度。射線的強(qiáng)度。. 樣品臺(tái)樣品臺(tái)H位于側(cè)角儀中心，可繞位于側(cè)角儀中心，可繞O軸旋轉(zhuǎn)，軸旋轉(zhuǎn)， O軸與臺(tái)面垂直；軸與臺(tái)面垂直；. X射線源射線源：由：由X-ray管的靶管的

23、靶T上的線狀焦點(diǎn)上的線狀焦點(diǎn)S發(fā)出發(fā)出的，的，S位于以位于以O(shè)軸為中心的圓周上，軸為中心的圓周上，S（線焦點(diǎn)）（線焦點(diǎn)）O軸；軸；. 光路布置光路布置：發(fā)散的：發(fā)散的X-ray由由S發(fā)出投射到試樣上發(fā)出投射到試樣上,滿足布拉格關(guān)系的某晶面，其反射線形成收斂光束滿足布拉格關(guān)系的某晶面，其反射線形成收斂光束，經(jīng)接收狹縫，經(jīng)接收狹縫F, 然后進(jìn)入計(jì)數(shù)器然后進(jìn)入計(jì)數(shù)器G。注意注意：光學(xué)布置中要將：光學(xué)布置中要將X-ray源源S、計(jì)數(shù)管、計(jì)數(shù)管G位于同位于同一圓周面上，這個(gè)圓周叫一圓周面上，這個(gè)圓周叫測(cè)角儀圓。測(cè)角儀圓。. 測(cè)角儀臺(tái)面測(cè)角儀臺(tái)面：狹縫：狹縫B、光闌、光闌F和計(jì)數(shù)管和計(jì)數(shù)管G固固 定于測(cè)角

24、儀臺(tái)定于測(cè)角儀臺(tái)E上，臺(tái)面可繞上，臺(tái)面可繞O軸轉(zhuǎn)動(dòng)（即軸轉(zhuǎn)動(dòng)（即 與樣品臺(tái)的軸心重合，角位置可從刻度盤與樣品臺(tái)的軸心重合，角位置可從刻度盤K 上讀取）。上讀?。?。. 測(cè)量動(dòng)作測(cè)量動(dòng)作：樣品臺(tái)與測(cè)角儀臺(tái)可繞：樣品臺(tái)與測(cè)角儀臺(tái)可繞O周軸轉(zhuǎn)周軸轉(zhuǎn) 動(dòng)動(dòng),（入射（入射X-ray與樣品的面成與樣品的面成角）測(cè)角）測(cè) 角儀臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角儀臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)2角（為了保證滿足布拉格方角（為了保證滿足布拉格方 程，因?yàn)槿肷渚€與衍射線之間的夾角永為程，因?yàn)槿肷渚€與衍射線之間的夾角永為 2），這一動(dòng)作稱為），這一動(dòng)作稱為-2連動(dòng)。連動(dòng)。多晶試樣，粉末(粒度與Debye法的相似）或塊狀；樣品框：20 X 15 X 2mm2.試樣3.

25、3.測(cè)角儀的光學(xué)布置測(cè)角儀的光學(xué)布置 線焦點(diǎn)線焦點(diǎn)S可使較多的入射線能量照射到試可使較多的入射線能量照射到試 樣上；樣上；狹縫光闌狹縫光闌a限制限制X射線的水平發(fā)散度；射線的水平發(fā)散度；梭拉光闌梭拉光闌S1限制了入射限制了入射X射線的垂直發(fā)散射線的垂直發(fā)散 度；度；狹縫光闌狹縫光闌b控制入射線在試樣上的照射面控制入射線在試樣上的照射面 積；積；試樣試樣與線焦點(diǎn)與線焦點(diǎn)S平行；平行；梭拉光闌梭拉光闌S2限制了衍射線的垂直發(fā)散度；限制了衍射線的垂直發(fā)散度；狹縫光闌狹縫光闌F限制了衍射線的水平發(fā)散度，限制了衍射線的水平發(fā)散度， 控制衍射線進(jìn)入計(jì)數(shù)器的輻射能量?？刂蒲苌渚€進(jìn)入計(jì)數(shù)器的輻射能量。狹縫尺寸

26、選擇：發(fā)散狹縫和防散狹縫的大小以度計(jì)，如常用的有2、1、0.5 等，一般二者采用相同的尺寸；接收狹縫用毫米表示，如0.1mm、0.2mm等；過(guò)寬 分辯本領(lǐng)下降；過(guò)窄 射線強(qiáng)度較弱，費(fèi)時(shí)、不易檢測(cè)到弱射線。4. 4. 測(cè)角儀的衍射幾何測(cè)角儀的衍射幾何衍射幾何的關(guān)鍵點(diǎn)：衍射幾何的關(guān)鍵點(diǎn)：. 要滿足布拉格方程反射條件要滿足布拉格方程反射條件：試樣與計(jì)數(shù)管轉(zhuǎn)：試樣與計(jì)數(shù)管轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度保持動(dòng)的角速度保持1：2的速度比，即的速度比，即-2連動(dòng)連動(dòng)；. 要滿足衍射線的聚焦條件要滿足衍射線的聚焦條件：S、O、F位于同一位于同一圓周圓周聚焦圓周上。聚焦圓周上。 要要滿足聚焦的條件滿足聚焦的條件X射線焦斑射線焦斑

27、S與接收光闌與接收光闌F處處于同一圓周，即測(cè)角儀圓上，于同一圓周，即測(cè)角儀圓上，S發(fā)出的發(fā)散發(fā)出的發(fā)散X射線照射樣射線照射樣品，樣品產(chǎn)生的（品，樣品產(chǎn)生的（HKL）衍射線在）衍射線在F處聚焦；處聚焦；S、O、F決定的圓決定的圓即即為聚焦圓為聚焦圓（如上圖）（如上圖） 在計(jì)數(shù)管與樣品連動(dòng)掃描過(guò)程中，計(jì)數(shù)管在計(jì)數(shù)管與樣品連動(dòng)掃描過(guò)程中，計(jì)數(shù)管F點(diǎn)位置沿點(diǎn)位置沿測(cè)角儀圓周變化，即對(duì)應(yīng)不同的（測(cè)角儀圓周變化，即對(duì)應(yīng)不同的（HKL）衍射，焦點(diǎn)）衍射，焦點(diǎn)F的位置不同，從而導(dǎo)致聚焦圓的半徑不同。由聚焦幾何的位置不同，從而導(dǎo)致聚焦圓的半徑不同。由聚焦幾何可知，為保證聚焦的效果，樣品表面與聚焦圓應(yīng)具有相可知，

28、為保證聚焦的效果，樣品表面與聚焦圓應(yīng)具有相同的曲率，但由于連動(dòng)掃描過(guò)程中，聚焦圓曲率不斷變同的曲率，但由于連動(dòng)掃描過(guò)程中，聚焦圓曲率不斷變化，樣品表面不可能實(shí)現(xiàn)這一要求，只能做近似處理，化，樣品表面不可能實(shí)現(xiàn)這一要求，只能做近似處理，采用平板樣品。采用平板樣品。 同一晶面產(chǎn)生衍射的同一晶面產(chǎn)生衍射的X-ray必然聚焦必然聚焦在同一在同一F點(diǎn)，點(diǎn)，O點(diǎn)的（點(diǎn)的（HKL）面和）面和M點(diǎn)的點(diǎn)的（HKL）面產(chǎn)生的衍射線與入射線之間）面產(chǎn)生的衍射線與入射線之間的夾角均為同一的夾角均為同一2，因此，因此SOF和和SMF相相當(dāng)，由平面幾何可知，同一圓弧上的圓當(dāng)，由平面幾何可知，同一圓弧上的圓周角相等，所以周

29、角相等，所以F和和F為同一點(diǎn)（聚焦）為同一點(diǎn)（聚焦）。5. 彎晶單色器 為了較好地消除K線，并降低由于連續(xù)X射線及熒光輻射所產(chǎn)生地背底，采用晶體單色器（普遍用石墨彎晶單色晶體）與測(cè)角儀聯(lián)用。如圖416示。 由于試樣、單色晶體對(duì)Xray 的偏振，故使用單色晶器時(shí)偏振因數(shù)變?yōu)椋?(1cos22cos22 )/2二二. 探測(cè)與記錄系統(tǒng)探測(cè)與記錄系統(tǒng)一）探測(cè)器一）探測(cè)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器由計(jì)數(shù)管及其附屬電路組成；由計(jì)數(shù)管及其附屬電路組成； 功能：功能：將進(jìn)入計(jì)數(shù)器的衍射線變換成電流及電脈沖，將進(jìn)入計(jì)數(shù)器的衍射線變換成電流及電脈沖，并記錄下單位時(shí)間內(nèi)的電脈沖數(shù)，電脈沖數(shù)與并記錄下單位時(shí)間內(nèi)的電脈沖數(shù)，電脈沖數(shù)

30、與X射線強(qiáng)射線強(qiáng)度成正比，固可精確的測(cè)定度成正比，固可精確的測(cè)定X射線強(qiáng)度。射線強(qiáng)度。玻璃外殼玻璃外殼內(nèi)充惰性氣體內(nèi)充惰性氣體1.正比計(jì)數(shù)器（正比計(jì)數(shù)器（PC） 基本電路如圖基本電路如圖417陰極陰極金屬圓筒金屬圓筒陽(yáng)極陽(yáng)極共軸金屬絲共軸金屬絲附屬電路附屬電路工作原理：衍射X-ray 惰性氣體電離電子加速（600900V）向陽(yáng)極氣體再電離血崩大量電子計(jì)數(shù)器輸出電壓脈沖附屬電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1)脈沖峰值與所吸收X-ray光量子能成正比,測(cè) 定強(qiáng)度較可靠； (2)反應(yīng)快，兩個(gè)脈沖之間的分辯時(shí)間106s; (3)性能穩(wěn)定，能量分辨率高，背底脈沖低.缺點(diǎn)缺點(diǎn): 對(duì)溫度敏感，對(duì)電壓穩(wěn)定度要求高，需要較強(qiáng)

31、大的電壓放大設(shè)備。2.閃爍計(jì)數(shù)器（SC)構(gòu)造示意圖如418熒光體（熒光體（0.5 wt. %的的鉈活化的鉈活化的NaI)光電倍增管光電倍增管玻璃真空管玻璃真空管光敏陰極光敏陰極(銫銻金銫銻金屬間化合物）屬間化合物）聯(lián)極聯(lián)極工作原理：工作原理：衍射衍射X-ray 熒光體發(fā)藍(lán)光熒光體發(fā)藍(lán)光閃光光敏陰閃光光敏陰極極電子電子聯(lián)極加速遞增聯(lián)極加速遞增大量電子大量電子計(jì)數(shù)器輸出電計(jì)數(shù)器輸出電壓脈沖壓脈沖附屬電路附屬電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：分辯時(shí)間短，計(jì)數(shù)效率高；分辯時(shí)間短，計(jì)數(shù)效率高；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：背底脈沖（熱噪聲）較高，晶體易受潮失效。背底脈沖（熱噪聲）較高，晶體易受潮失效。二）計(jì)數(shù)二）計(jì)數(shù)測(cè)量中的主要電路測(cè)量中

32、的主要電路 測(cè)量中的主要電路的測(cè)量中的主要電路的功能：功能： 保證計(jì)數(shù)器能有最佳狀態(tài)的輸出脈沖；保證計(jì)數(shù)器能有最佳狀態(tài)的輸出脈沖； 把計(jì)數(shù)電脈沖變?yōu)橹庇^讀取或記錄的數(shù)據(jù)。把計(jì)數(shù)電脈沖變?yōu)橹庇^讀取或記錄的數(shù)據(jù)。 主要有以下幾個(gè)裝置：主要有以下幾個(gè)裝置：1. 脈沖高度分析器脈沖高度分析器：利用計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的電脈沖高：利用計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的電脈沖高度（脈沖電壓）與度（脈沖電壓）與X射線光子能量成正比的原理射線光子能量成正比的原理來(lái)判斷來(lái)判斷脈沖高度脈沖高度，達(dá)到剔除干擾脈沖，提高峰背，達(dá)到剔除干擾脈沖，提高峰背比的目的。比的目的。 主要組成為主要組成為下限甄別電路下限甄別電路下限值下限值基線基線上限甄別電路

33、上限甄別電路反符合電路反符合電路道道寬寬2. 定標(biāo)器定標(biāo)器：對(duì)由計(jì)數(shù)器直接輸入或經(jīng)脈沖高度分對(duì)由計(jì)數(shù)器直接輸入或經(jīng)脈沖高度分析器輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路，即測(cè)量設(shè)定析器輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路，即測(cè)量設(shè)定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)；時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)； 定時(shí)計(jì)數(shù)定時(shí)計(jì)數(shù)和和定數(shù)計(jì)時(shí)定數(shù)計(jì)時(shí)兩種工作方式，通常采用兩種工作方式，通常采用定時(shí)計(jì)數(shù)工作方式，計(jì)數(shù)時(shí)間和計(jì)數(shù)值由數(shù)顯定時(shí)計(jì)數(shù)工作方式，計(jì)數(shù)時(shí)間和計(jì)數(shù)值由數(shù)顯裝置顯示，也可打印或由裝置顯示，也可打印或由x-y記錄儀繪圖。記錄儀繪圖。3. 計(jì)數(shù)率計(jì)：計(jì)數(shù)率計(jì)：把從脈沖高度分析器傳來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)把從脈沖高度分析器傳來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為與單位時(shí)間脈沖數(shù)成正比的直流電壓值。換

34、為與單位時(shí)間脈沖數(shù)成正比的直流電壓值。因此，直接地連續(xù)地測(cè)量平均脈沖速率，經(jīng)后因此，直接地連續(xù)地測(cè)量平均脈沖速率，經(jīng)后續(xù)轉(zhuǎn)換處理得到衍射圖。續(xù)轉(zhuǎn)換處理得到衍射圖。X X射線衍射儀的主要組成及功用射線衍射儀的主要組成及功用 脈沖高度脈沖高度分析器分析器高壓發(fā)生器高壓發(fā)生器測(cè)角儀測(cè)角儀計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)率儀計(jì)數(shù)率儀定時(shí)定標(biāo)器定時(shí)定標(biāo)器為為X X射線管提供穩(wěn)定的電壓和電流，射線管提供穩(wěn)定的電壓和電流，使使X X射線管發(fā)出射線管發(fā)出X X射線。射線。t t定測(cè)定測(cè)N N，N N定測(cè)定測(cè)t t 將將X X射線光子信號(hào)變成電信號(hào)便于射線光子信號(hào)變成電信號(hào)便于記錄記錄x-rayx-ray強(qiáng)度強(qiáng)度1.1.脈沖幅

35、度及其分布的精確測(cè)量脈沖幅度及其分布的精確測(cè)量; ;2.2.消除干擾和噪聲脈沖消除干擾和噪聲脈沖 精確測(cè)定樣品的衍射角度精確測(cè)定樣品的衍射角度22值值將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，?qū)動(dòng)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，?qū)動(dòng)電位差計(jì)，記錄電位差計(jì)，記錄X X射線的強(qiáng)度射線的強(qiáng)度一一. .衍射強(qiáng)度的測(cè)量衍射強(qiáng)度的測(cè)量多晶體衍射的計(jì)數(shù)多晶體衍射的計(jì)數(shù)測(cè)量方法測(cè)量方法連續(xù)掃描測(cè)量法連續(xù)掃描測(cè)量法階梯掃描測(cè)量法階梯掃描測(cè)量法一）一）. . 連續(xù)掃描連續(xù)掃描 連續(xù)掃描連續(xù)掃描：將計(jì)數(shù)器與計(jì)數(shù)率計(jì)相連接，：將計(jì)數(shù)器與計(jì)數(shù)率計(jì)相連接， 在選定的在選定的2角范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)器以一定的掃角范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)器以一定的掃 描速度與樣品（臺(tái)）聯(lián)動(dòng)掃描測(cè)量各衍射角描速度與樣品（臺(tái)）聯(lián)動(dòng)掃描測(cè)量各衍射角 （2）相應(yīng)的衍射強(qiáng)度，結(jié)果獲得）相應(yīng)的衍射強(qiáng)度，結(jié)果獲得I-2曲曲 線。（見(jiàn)下圖）線。（見(jiàn)下圖）特點(diǎn)特點(diǎn)：掃描速度快、工作效率高，常用于物相掃描速度快、工作效率高，常用于物相 定性分析定性分析。