X射線衍射分析XRD課件

1、第三章 X射線衍射分析第一節(jié) X射線衍射圖像的形成1衍射儀工作原理2根據(jù)布拉格方程，并不是在任何情況下，晶體都能產(chǎn)生衍射的，產(chǎn)生衍射的必要條件是入射x射線的波長(zhǎng)入和它與反射面的布拉格角必須符合布拉格方程的要求。因此，實(shí)現(xiàn)衍射的各種方法都是在實(shí)驗(yàn)中設(shè)法連續(xù)地變化波長(zhǎng)入或角，來(lái)滿(mǎn)足衍射幾何的要求，以達(dá)到產(chǎn)生衍射的目的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)采取改變這兩個(gè)量的方式，可將衍射方法分為下列三種：31. 勞埃法（The Laue Method）勞埃的設(shè)想：倘若晶體是由對(duì)x射線起散射中心作用的原子呈周期排列所構(gòu)成，而x射線是波長(zhǎng)約等于晶體原子間距的電磁波時(shí)，就可能利用晶體來(lái)衍射x射線。勞埃在1912年利用連續(xù)x射線垂直

2、射入一不動(dòng)的硫酸銅單晶體，并安放一張底片，以探測(cè)衍射光束是否存在，在首次實(shí)驗(yàn)中即成功地拍出了世界上第一張晶體衍射照片。證明了晶體衍射現(xiàn)象的存在；晶體內(nèi)部原子排列的周期性和x射線的波動(dòng)性。勞挨法的特點(diǎn)是晶體固定不動(dòng)，入射線與各晶面的布拉格角也都固定不變，采用白色(連續(xù)x射線譜)、靠晶面選擇不同波長(zhǎng)的x射線來(lái)滿(mǎn)足布拉格方程的要求42. 周轉(zhuǎn)晶體法（ Rotating Crystal Method）將單晶體的某晶軸或某一重要晶向垂直于單色x射線束安裝，單晶體四周為圍成圓柱形的底片。攝照時(shí)晶體圍繞著選定的晶向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸與底片的中心軸重合。周轉(zhuǎn)晶體法的特點(diǎn)是入射線波長(zhǎng)不變，而靠旋轉(zhuǎn)單晶體以連續(xù)改變各晶

3、面與入射x射線的角來(lái)滿(mǎn)足布拉格方程的要求。當(dāng)晶體不斷旋轉(zhuǎn)時(shí)，某組晶面會(huì)于某瞬間和單色入射x射線束的夾正好滿(mǎn)足布拉格方程，于是該瞬間便產(chǎn)生一根衍射線束。5第二節(jié) 粉末法（ The Powder Method）（德拜-謝樂(lè)法 ）If a monochromatic x-ray beam is directed at a single crystal, then only one or two diffracted beams may result. If the sample consists of some tens of randomly orientated single crystals,

4、 the diffracted beams are seen to lie on the surface of several cones. The cones may emerge in all directions, forwards and backwards. 7第二節(jié) 粉末法（ The Powder Method）（德拜-謝樂(lè)法 ）8第二節(jié) 粉末法（ The Powder Method）（德拜-謝樂(lè)法 ）德拜相的標(biāo)定確定物相點(diǎn)陣類(lèi)型點(diǎn)陣參數(shù)確定裝片規(guī)則區(qū)分低角區(qū)/高角區(qū)按步驟進(jìn)行：對(duì)各弧進(jìn)行標(biāo)號(hào)測(cè)量有效周期測(cè)量計(jì)算弧對(duì)間距計(jì)算計(jì)算d值估計(jì)衍射線相對(duì)強(qiáng)度查卡片標(biāo)注衍射指數(shù)計(jì)算點(diǎn)陣參數(shù)1

5、0第三節(jié) 多晶X射線衍射儀組成X射線發(fā)生器測(cè)角儀輻射探測(cè)器記錄單元自動(dòng)控制單元XRD常規(guī)測(cè)量方法連續(xù)掃描步進(jìn)掃描局部掃描正比計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器Si(Li)探測(cè)器11The Powder XRD Method 12第四節(jié) 多晶X射線衍射物相分析一、定性分析通過(guò)XRD分析，確定被檢測(cè)物質(zhì)的物相構(gòu)成。每種晶體物質(zhì)都有特定的參數(shù)點(diǎn)陣類(lèi)型晶胞參數(shù)晶胞種原子數(shù)目 每種物質(zhì)都具有自己的參數(shù)二、粉末衍射卡片及索引Hanawalt檢索法（1938年）PDF卡：1941年由ASTM出版JCPD卡：1969年出版JCPDS/ICDD:1978年出版ICDD卡：1992年出版1415多晶X射線物相分析方法已知組元確定物

6、相已知組元和物相合成過(guò)程已知其中組元或物相全部未知薄膜樣品第四節(jié) 多晶X射線衍射物相分析17Experimental condition:Powder methodWavelength = 1.540562 (Cu Ka)2q = 10-120Temperature factorSample information:iron?Objective: phase identificationIndexing:Collect 2q, d, intensity dataMatch with a known substance第四節(jié) 多晶X射線衍射物相分析18Indexing a Powder Patt

7、ern Intensity (%)2 q ()1020304050607080901001050102030405060708090100ol=1.540562 q =560B = 1.02qq(44.67,100.0)(65.02,13.0)(82.33,22.0)(98.94,6.7)2thetaintensityd44.67163465.92.02765.0221199.91.43382.3335911.41.17098.9410907.11.013116.3718237.10.90619Indexing a Powder Pattern 20Indexing a Powder Patt

8、ern 21Indexing a Powder Pattern You can also obtain the d list by yourself!For a cubic lattice, the d spacing is expressed asd = a/(h2+ k2+ l2)1/2.The lattice constant of a-Fe (ferrite) a=2.8660h k l d1 1 0 2.02682 0 0 1.43322 1 1 1.17022 2 0 1.01343 1 0 0.90652 2 2 0.827522X光粉末譜標(biāo)定標(biāo)定純Al樣品的Cu靶粉末譜。l=1

9、.540562 已知Al為面心立方結(jié)構(gòu)，a=4.049。Intensity (%)2 q ()1015202530354045505560657075800102030405060708090100(38.48,100.0)(44.73,46.9)(65.11,26.4)(78.25,27.8)24X光粉末譜標(biāo)定1、計(jì)算d值Calculated experimental(hkl)2thetaintensitydhklfs P 2theta intensity(1 1 1)38.48147363.22.3381170.908 38.48 100.0(2 0 0)44.7369137.02.024

10、1025.296 44.73 46.9(2 2 0)65.1138834.41.431670.97 12 65.11 26.4(3 1 1)78.2541024.51.221506.94 24 78.25 27.8(2 2 2)82.4511536.81.169463.10 82、列表與實(shí)驗(yàn)值比較，找出相應(yīng)的峰Intensity (%)2 q ()1015202530354045505560657075800102030405060708090100(38.48,100.0)(44.73,46.9)(65.11,26.4)(78.25,27.8)(1 1 1)(2 0 0)(2 2 0)(3

11、1 1)2527第五節(jié) X射線衍射分析軟件簡(jiǎn)介pcpdfwin 屬于第二代物相檢索軟件；在衍射圖譜標(biāo)定以后，按照d值檢索；一般可以有限定元素、按照三強(qiáng)線、結(jié)合法等方法；比較適合確定體系，有目的檢索；缺點(diǎn)：所檢索出的卡片多數(shù)時(shí)候不對(duì)。一張復(fù)雜的衍射譜有時(shí)候需要花幾天的時(shí)間。 282.search match 一個(gè)專(zhuān)門(mén)的物相檢索程序，屬于第三代檢索軟件，采用圖形界面，根據(jù)圖譜實(shí)體來(lái)對(duì)譜，直觀性好；可以實(shí)現(xiàn)和原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的直接對(duì)接，可以自動(dòng)或手動(dòng)標(biāo)定衍射峰的位置，對(duì)于一般的圖都能很好的應(yīng)付；有幾個(gè)小工具使用很方便。如放大功能、十字定位線、坐標(biāo)指示按鈕、網(wǎng)格線條等。最重要的是它有自動(dòng)檢索功能?？梢詭湍?/p>

12、很方便的檢索出你要找的物相。也可以進(jìn)行各種限定以縮小檢索范圍；效率很高，如果你對(duì)于你的材料較為熟悉的話，對(duì)于一張含有4，5相的圖譜，檢索也就3分鐘。而且它還有自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的功能！ 293.high score 幾乎search match中所有的功能highscore都具備，而且它比search-match更實(shí)用。 （1）它可以調(diào)用的數(shù)據(jù)格式更多。 （2）窗口設(shè)置更人性化，用戶(hù)可以自己選擇。 （3）譜線位置的顯示方式，可以讓你更直接地看到檢索的情況。 （4）手動(dòng)加峰或減峰更加方便。 （5）可以對(duì)衍射圖進(jìn)行平滑等操作，是圖更漂亮。 30（6）可以更改原始數(shù)據(jù)的步長(zhǎng)、起始角度等參數(shù)。（7）可以進(jìn)行0點(diǎn)的校正。（8）可以對(duì)峰的外形進(jìn)行校正。（9）可以進(jìn)