二講X射線物相分析課件

1、第二講 X射線物相分析12X射線的發(fā)現(xiàn) 1895年11月8日，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在研究真空管高壓放電現(xiàn)象時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)的。他發(fā)現(xiàn)電流通過(guò)時(shí)，兩米開(kāi)外一個(gè)涂了氰亞鉑化鋇的小屏發(fā)出明亮的熒光 。認(rèn)為是真空管發(fā)出的一種射線。 由于對(duì)這種射線本質(zhì)和特性尚無(wú)了解，故稱(chēng)x射線，也叫倫琴射線。 倫琴（1845-1923）X射線的產(chǎn)生及其與物質(zhì)的作用方式3 倫琴發(fā)現(xiàn)：不同物質(zhì)對(duì)x射線穿透能力是不同的。 醫(yī)學(xué)透視 安檢4 1901年第一屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)評(píng)選時(shí)，由于倫琴的這一發(fā)現(xiàn)，29封推薦信中就有17封集中推薦他，倫琴最終獲得了第一次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。6 對(duì)X射線波動(dòng)性最完美的研究是德國(guó)物理學(xué)家勞厄（Laue）。 著

2、名物理學(xué)家索末菲的一名研究生厄瓦耳向他請(qǐng)教關(guān)于光在晶體中散射的數(shù)學(xué)分析問(wèn)題 。7當(dāng)光通過(guò)與其波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)墓鈻艜r(shí)會(huì)發(fā)生衍射作用人們推測(cè)晶體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)是規(guī)則排列的，間距在10-10m如果x射線是一種波，且波長(zhǎng)與晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的距離相當(dāng)，那么用x射線.x射線衍射？！9勞厄法X射線衍射實(shí)驗(yàn)與所拍的照片 10 愛(ài)因期坦稱(chēng)，勞厄的實(shí)驗(yàn)“ 物理學(xué)最美的實(shí)驗(yàn)”。它一箭雙雕地解決了X射線的波動(dòng)性和晶體結(jié)構(gòu)的周期性。 11 后來(lái)的科學(xué)證明，與可見(jiàn)光一樣， X射線的本質(zhì)是一種電磁波。它具有波粒二象性。即，它既具波動(dòng)性，又具有粒子性。 在X射線衍射分析中應(yīng)用的主要是它的波動(dòng)性，反映在傳播過(guò)程中發(fā)生干涉、衍射作用。 在與

3、物質(zhì)相互作用，進(jìn)行能量交換時(shí)，則表現(xiàn)出它的粒子性。X射線與物質(zhì)的相互作用 12入射X射線散射透射吸收13X射線與物質(zhì)的相互作用 康-吳效應(yīng) 14與原子中束縛較緊的內(nèi)層電子相撞產(chǎn)生的，散射波與入射波的頻率相同，但方向改變。1) X射線的散射 1. 相干散射 相干散射波之間符合振動(dòng)方向相同、頻率相同、位相差恒定（光的干涉條件）。 X射線衍射物相分析就是利用的相干散射。產(chǎn)生衍射的必要條件是滿(mǎn)足布拉格方程的要求。 162dsin = 1. 當(dāng)采用特定波長(zhǎng)的單色X射線（ 不變）來(lái)照射固定的單晶體時(shí)（ ，d不變）；、 和 d 值都固定，未必正好滿(mǎn)足布拉格方程，因此不一定能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。2. 做法：連續(xù)改變

4、 或 來(lái)滿(mǎn)足布拉格反射條件。三種常用的衍射實(shí)驗(yàn)方法17衍射方法實(shí)驗(yàn)條件勞厄法變不變連續(xù)X射線照射固定的單晶體轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法不變部分變化單色X射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體粉末照相法不變變單色X射線照射粉晶或多晶試樣2dsin = 相當(dāng)于一個(gè)單晶體繞空間各個(gè)方向作任意旋轉(zhuǎn)19 相當(dāng)于反射球殼的半徑連續(xù)變化，使倒易點(diǎn)陣有機(jī)會(huì)與其中某個(gè)反射球相交，形成衍射斑點(diǎn)。202. 轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法 轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法是用單色X射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體的衍射方法，即入射波長(zhǎng)不變，依靠旋轉(zhuǎn)單晶體以連續(xù)改變各個(gè)晶面與入射X射線的角來(lái)滿(mǎn)足布拉格方程。倒易點(diǎn)陣(uvw)*正點(diǎn)陣晶軸uvw3 .粉晶法 粉晶法采用單色（特征）X射線作輻射源，被分析試樣多

5、數(shù)情況為很細(xì)（10-310-5 cm)的粉末多晶體，故亦稱(chēng)為粉末法。根據(jù)需要也可以采用多晶體的塊、片、絲等作試樣。 21衍射儀法：衍射花樣如用輻射探測(cè)器接收后，經(jīng)測(cè)量電路系統(tǒng)放大處理并記錄和顯示。粉晶照相法：衍射花樣用照相底片來(lái)記錄。22 粉末試樣是由數(shù)目極多的微小晶粒組成，這些晶粒的取向完全是無(wú)規(guī)則的各晶粒中的指數(shù)相同的晶面取向分布于空間的任意方向。 如果采用倒易空間的概念，這些指數(shù)相同晶面的倒易矢量分布于整個(gè)倒易空間的各個(gè)方向；各等同晶面族的倒易點(diǎn)陣分別分布在以倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)為中心的同心倒易球面上。單晶（一個(gè)倒易節(jié)點(diǎn) ） 粉晶（ 一個(gè)倒易球面）23X射線衍射（XRD）物相分析方法 物相分析可

6、確定材料由哪些相組成（即物相定性分析或稱(chēng)物相鑒定）和確定各組成相的含量（常以體積分?jǐn)?shù)或質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，即物相定量分析）。24定性分析1. 定性分析原理 X射線衍射線的位置決定于晶胞參數(shù)（晶胞形狀和大?。┮布礇Q定于各晶面面間距，而衍射線的相對(duì)強(qiáng)度則決定于晶胞內(nèi)原子的種類(lèi)、數(shù)目及排列方式。 每種晶態(tài)物質(zhì)都有其特有的晶體結(jié)構(gòu)，因而X射線在某種晶體上的衍射必然反映出帶有晶體特征的特定的衍射花樣。26 這樣，定性分析原理就十分簡(jiǎn)單，只要把晶體(幾萬(wàn)種)全部進(jìn)行衍射或照相，再將衍射花樣存檔，實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要把試樣的衍射花樣與標(biāo)準(zhǔn)的衍射花樣相對(duì)比、從中選出相同者就可以確定。定性分析實(shí)質(zhì)上是信息(花樣)的采集處理和

7、查找核對(duì)標(biāo)準(zhǔn)花樣兩件事情。271938年左右，哈那瓦特（Hanawalt)等就開(kāi)始收集和攝取各種已知衍射花樣，將其衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的整理和分類(lèi)。 1942年，美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）整理出版了卡片1300張，稱(chēng)之為ASTM卡片。 1969年起，由美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)和英國(guó)、法國(guó)、加拿大等國(guó)家的有關(guān)單位共同組成了名為“粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì)”（JCPDS）國(guó)際機(jī)構(gòu)，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)收集、校訂各種物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)，將它們進(jìn)行統(tǒng)一的分類(lèi)和編號(hào)，編制成卡片出版，這種卡片組被命名為粉末衍射卡組（PDF）。 1978年，為了將這項(xiàng)科學(xué)努力擴(kuò)大至全球聯(lián)合，這個(gè)組織更名為國(guó)際衍射數(shù)據(jù)中心 （ICDD）1985年出版46000張2. PDF卡片29卡片結(jié)構(gòu)：30313 PDF