X射線衍射圖譜分析——介紹

1、x射線晶體衍射及分析射線晶體衍射及分析姜英昭姜英昭一、衍射方法一、衍射方法 X射線衍射 X - ray diffraction 電子衍射 electron diffraction 中子衍射 neutron diffraction 同步輻射 synchrotron radiation粉末照相法粉末照相法粉末衍射儀法粉末衍射儀法單晶體衍射方法單晶體衍射方法照相法照相法 四圓衍射儀法四圓衍射儀法多晶體衍射方法多晶體衍射方法勞厄法勞厄法轉(zhuǎn)晶法轉(zhuǎn)晶法魏森堡法魏森堡法X射線是由高速移動的電子（或離子）在陽極驟然停止運動，一部分能量轉(zhuǎn)化成熱能，另一部分能量轉(zhuǎn)化為X射線光量子而產(chǎn)生的三、三、X射線與物質(zhì)相互作

2、用射線與物質(zhì)相互作用二、二、X射線產(chǎn)生射線產(chǎn)生1、X射線射入晶體將引起晶體中原子的電子振動，振動的電子發(fā)出射線射入晶體將引起晶體中原子的電子振動，振動的電子發(fā)出X射線射線 次生次生X射線（相干散射）射線（相干散射）2、次生、次生X射線與入射射線與入射X射線波長相同射線波長相同3、單一原子的次生、單一原子的次生X射線強度較小，周期性重復(fù)原子產(chǎn)生的次生射線強度較小，周期性重復(fù)原子產(chǎn)生的次生X射線會射線會 發(fā)發(fā) 生干涉現(xiàn)象生干涉現(xiàn)象4、某些方向上光程差等于波長的整數(shù)倍時，次生、某些方向上光程差等于波長的整數(shù)倍時，次生X射線才可以疊加形成衍射線射線才可以疊加形成衍射線四、四、X射線衍射概念：射線衍射概

3、念：五、五、X射線衍射方法射線衍射方法布拉格定律：布拉格定律：2dsin=n（1）粉晶照相法）粉晶照相法徳拜粉晶衍射相機徳拜粉晶衍射相機（2）平面探測器粉晶衍射儀）平面探測器粉晶衍射儀六、六、X射線衍射儀組成：射線衍射儀組成：帶有穩(wěn)壓穩(wěn)流裝置的帶有穩(wěn)壓穩(wěn)流裝置的X射線發(fā)生器射線發(fā)生器精密的測角儀系統(tǒng)精密的測角儀系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（利用單色器得到特征X射線）p X射線物相分析射線物相分析p 晶胞參數(shù)的確定晶胞參數(shù)的確定p 晶粒尺寸的計算晶粒尺寸的計算p 結(jié)晶度的測量結(jié)晶度的測量p 晶粒取向測定晶粒取向測定p 七、數(shù)據(jù)分析方法七、數(shù)據(jù)分析方法p X射線物相分析射線物相分析 物

4、相定性分析：物相定性分析：確定物質(zhì)（材料）由哪些相組成確定物質(zhì)（材料）由哪些相組成 一是確定材料的組成元素及其含量一是確定材料的組成元素及其含量 成份分析成份分析 二是確定這些元素的存在狀態(tài)，即是什么物相二是確定這些元素的存在狀態(tài)，即是什么物相 物相分析物相分析物相定量分析物相定量分析：確定各組成相的含量：確定各組成相的含量 方法：經(jīng)典：與方法：經(jīng)典：與 PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片對照標(biāo)準(zhǔn)卡片對照 現(xiàn)代：現(xiàn)代： 計算機檢索計算機檢索 成分分析：成分分析：C元素元素 物相分析：物相分析：石墨、金剛石、石墨、金剛石、C60定量分析的程序定量分析的程序（衍射儀法）（衍射儀法） 粉末衍射圖譜的獲得粉末衍射圖譜的獲

5、得 d d 值的測量值的測量： 22d d 2dsin2dsin=n 相對強度的測量相對強度的測量 各衍射線的峰高比各衍射線的峰高比最強線為最強線為100100 查閱索引查閱索引 核對卡片核對卡片1、晶體不同晶面、晶體不同晶面“反射反射”衍射強度不同衍射強度不同,測得的衍射線強度是一組晶測得的衍射線強度是一組晶 面（面（hkl）反射的）反射的X射線總量，即積分強度。射線總量，即積分強度。2、入射、入射X射線不是嚴(yán)格平行而是有一定散度的光束，晶體也非嚴(yán)整的射線不是嚴(yán)格平行而是有一定散度的光束，晶體也非嚴(yán)整的 格子，一組晶面反射的格子，一組晶面反射的X射線是在射線是在附近一個小的角度范圍內(nèi)附近一個

6、小的角度范圍內(nèi)1 1 橫坐標(biāo)：衍射角橫坐標(biāo)：衍射角2 2 單位單位 2 2 縱坐標(biāo)：強度標(biāo)值縱坐標(biāo)：強度標(biāo)值 I I 單位單位cps(cps(記數(shù)記數(shù)/ /秒秒) )3 3 峰頂標(biāo)值：網(wǎng)面間距峰頂標(biāo)值：網(wǎng)面間距d d 單位埃單位埃4 4 基線：基線：BLBL5 5 衍射強度：去背景后的峰高衍射強度：去背景后的峰高h h 單位單位cpscps 可用相對強度可用相對強度 峰值最大為峰值最大為1001006 6 半高寬：峰高的半高寬：峰高的1/21/2寬度（表示某些晶體的寬度（表示某些晶體的結(jié)晶度）單位結(jié)晶度）單位 7 7、背景、背景B B：基線與橫坐標(biāo)之間：基線與橫坐標(biāo)之間的距離的距離8 8、峰背

7、比、峰背比h/Bh/B)sin()sin()2(sin)(sin21212121MMhMhMkaMMo 鉬靶鉬靶 X射線特征譜射線特征譜K線系（最內(nèi)層以外各層電子躍遷到內(nèi)層）中波長線系（最內(nèi)層以外各層電子躍遷到內(nèi)層）中波長 最長、強度最大的譜線最長、強度最大的譜線注：尋峰測量網(wǎng)面間距時，由于注：尋峰測量網(wǎng)面間距時，由于X射線的吸收問題使衍射線向高角度偏射線的吸收問題使衍射線向高角度偏 離，在低角度區(qū)域比較明顯，可與標(biāo)樣校正曲線（石英離，在低角度區(qū)域比較明顯，可與標(biāo)樣校正曲線（石英 NaCl)校正校正k3 間接方法；直接測量某一衍射線的間接方法；直接測量某一衍射線的角，然后通角，然后通過晶面間距

8、公式、布拉格公式計算出晶格常數(shù)。過晶面間距公式、布拉格公式計算出晶格常數(shù)。 以立方晶體為例，其晶面間距公式為：以立方晶體為例，其晶面間距公式為： 根據(jù)布拉格方程根據(jù)布拉格方程2dsin=2dsin=，則有：，則有： 222adHKL二、晶胞參數(shù)測定方法二、晶胞參數(shù)測定方法222sinHKLa2 2（鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料（鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料鍶鈦礦）鍶鈦礦）衍射儀給出的數(shù)據(jù)：衍射儀給出的數(shù)據(jù)： 晶面指數(shù)、衍射峰的峰位晶面指數(shù)、衍射峰的峰位 、相對衍射強度（最大值、相對衍射強度（最大值100）三、晶粒尺寸測定三、晶粒尺寸測定Dhkl是垂直于（是垂直于（hkl）面方向的晶粒尺）面方向的晶粒尺寸（單位為寸（單位為

9、 ）；）；為所用為所用X X射線波長；射線波長；是由于晶粒細(xì)化引起的衍射峰（是由于晶粒細(xì)化引起的衍射峰（khlkhl）的寬化（單位是的寬化（單位是RadRad）；）；K K為一常數(shù)。若為一常數(shù)。若為衍射峰的半高寬，為衍射峰的半高寬，則則K=0.89，若，若取衍射峰的積分寬度，取衍射峰的積分寬度，則則K=1。適用范圍：晶粒尺寸為適用范圍：晶粒尺寸為101000 。中子衍射中子衍射X射線是與電子相互作用，因而它在原子上的散射強度與原子序數(shù)成正比，而中子是與原子核相互作用，它在不同原子核上的散射強度不是隨值單調(diào)變化的函數(shù)，這樣，中子就特別適合于確定點陣中輕元素的位置(X射線靈敏度不足)和值鄰近元素的位置（X 射線不易分辨）；對同一元素，中子能區(qū)別不同的同位素，這使得中子衍射在某些方面，特別在利用氫-氘的差別來標(biāo)記、研究有機分子方面有其特殊的優(yōu)越性；中子具有磁矩，能與原子磁矩相互作用而產(chǎn)生中子特有的磁衍射，通過磁