X射線衍射分析

1、實驗編號CA393015實驗指導書實驗項目：X 射線衍射分析所屬課程 :實驗化學3-2課程代碼 :CA393面向?qū)I(yè) :化學學院 (系 ):化學化工學院實 驗 室:基礎化學實驗中心代號 : 111012007年2月18日一、 實驗目的1. 掌握 X射線衍射光譜儀的原理和操作方法2. 學習利用衍射圖譜進行物質(zhì)分析和鑒定結(jié)構(gòu)3. 理解晶體、粉末晶體、非晶體衍射圖譜的特征差異4. 了解影響衍射圖譜半峰寬的主要因素5. 學會用 Scherrer 公式估算晶體粒徑二、 實驗內(nèi)容1制備粉末樣品板2掃描 1070度X射線衍射光譜3利用軟件鑒定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)4從數(shù)據(jù)庫中查閱匹配物質(zhì)的晶胞參數(shù)5用 Scherrer

2、 公式估算晶體粒徑三、 實驗示意圖X 射線衍射分析儀組成DetectoDivergenceReceivingsliBeamAnti-scattersliAttenuatosliKnifGraphitemonochromatoSampl2- 2 -四、 實驗用主要儀器設備、消耗品儀器設備名稱規(guī)格消耗品名稱規(guī)格X 射線衍射光譜儀TiO 2 粉末鋁制樣品板平板玻璃五、 實驗原理及原始計算數(shù)據(jù)、所應用的公式1.X 射線多晶衍射常采用晶體粉末樣品，以保證有足夠多的晶體產(chǎn)生衍射，適用于難以得到足夠大小的單晶樣品、混合樣品、或某些高分子樣品的測試，又稱為X射線粉末衍射法。獲得粉末衍射圖的方法有照相法和衍射儀

3、法。粉末衍射法可用于物相分析、衍射圖的指標化及晶粒大小的測定。近年來發(fā)展的原位X射線衍射法（ XRD）可以了解反應中的相變過程，對研究催化反應特別有用。2. 在 X射線衍射分析中，圖譜峰的寬度是由以下幾個因素引起的：- 3 -1. 發(fā)射的 X射線本身不是嚴格單頻的2. 海森堡測不準原理3. 設備的幾何聚焦問題對于純的大塊晶體，峰的形狀很尖銳，半峰寬也相對較窄；而對于無定 z物質(zhì)，由于結(jié)晶度很低，衍射峰非常寬。粉末晶體狀況介于兩者之間，人們發(fā)現(xiàn)，當晶粒的尺寸小到 50nm以下時，衍射峰有明顯的變寬趨勢。這就是用 X射線衍射法估算晶體粒徑的理論基礎。Scherrer 公式：t /BcosTiO2

4、晶體基本結(jié)構(gòu)單元都是鈦氧八面體(Ti O )，由于 Ti O 八面體連接形式的不同而構(gòu)成了金紅石(Rutile) 、銳鈦礦 (Anatase)和板鈦礦 (Brookite)3 種同質(zhì)變體。金紅石屬四方晶系，空間群為D144h-P42/mnm.晶體中 Ti O 八面體沿 c 軸成鏈狀排列，并與其上下的Ti O八面體各有一條棱共用，鏈間由TiO 八面19體共頂相連。銳鈦礦屬四方晶系，空間群為D 4h-I4 /amd，晶體中每個 Ti O八面體與其鄰接的4 個 TiO 八面體各有一個共用棱。板鈦礦屬斜方晶系，空間群 D152a-Pbca，每個 TiO 八面體與其鄰接的3 個 Ti O 八面體各有一個

5、共用棱，構(gòu)成與 c 軸平行的鋸齒狀鏈。 鏈與鏈平行于晶體 (100)面連接成層 .天然 TiO 各變體晶體具有不同的結(jié)晶形態(tài).金紅石呈短柱狀、長柱狀或針狀；銳鈦礦常呈雙錐狀；板鈦礦則呈板狀。 自然界中金紅石分布最廣， 銳鈦礦和板鈦礦則少見 。板鈦礦和銳鈦礦都屬亞穩(wěn)相，可分別在750和 1 000下轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石。六、 實驗數(shù)據(jù)記錄X射線衍射分析參數(shù)設定：- 4 -靶材料 （1.5406A） 接受狹縫0.15 m電壓40.0 kV掃描步長0.0200°電流30.0 mA掃描速度4°/min發(fā)射狹縫1.00°時間常數(shù)0.30 sec限制狹縫1.00°掃描范圍1

6、0° -70°七、 實驗結(jié)果計算及曲線上圖為 3個TiO2粉末樣品的 X射線衍射圖譜。峰的位置基本一致，與數(shù)據(jù)庫中編號為 211272的TiO2符合度很好。三個樣品的主要區(qū)別在于峰的寬度，為了便于觀- 5 -察，圖中右上角給出了三個樣品（ 101）峰的放大圖。很明顯，三個樣品的峰寬依次增加。說明隨著粒徑的降低，樣品越來越無序。八、 對實驗結(jié)果和實驗中某些現(xiàn)象的分析討論1. 三強峰數(shù)據(jù)記錄最強峰次強峰第三強峰2（ deg ） FWHM(deg)2（ deg ） FWHM(deg)2（ deg ） FWHM(deg)TiO 2125.47160.3792048.18760.41

7、30027.59970.25400TiO 2 225.50910.6389048.17900.7200037.96520.88000TiO 2325.45821.1360048.08411.2700054.71622.100002. 粒徑計算將三強峰數(shù)據(jù)代入Scherrer公式計算得到每個峰所對應的粒徑：最強峰次強峰第三強峰平均值TiO 2 123.8623.4127.6924.98TiO 2 214.1713.4412.7413.45TiO 2 37.967.616.777.453. 結(jié)構(gòu)及晶型判斷- 6 -利用隨機附送軟件可以確定被測物質(zhì)為，從編號為 21 1272 的數(shù)據(jù)卡中查出被測物質(zhì)的晶格參數(shù)為：90°a3.785 A90°b3.785 A90°c9.513 A綜上數(shù)據(jù)，判定被測物為立方晶型，屬穩(wěn)定的金紅石結(jié)構(gòu)。粒徑分別為24.98nm、13.45nm、7.45nm。實驗精確度%九、 尚待解決的問題十、 對學生的要求1. 文獻調(diào)研2. 對目標對象樣品的背景知識了解。- 7 -十一、參考文獻實驗化學（上、下）備注1、電極表面必須認真清洗，否則