X射線衍射分析(XRD)課件

1、9/27/20221X-射線衍射分析（XRD）X-射線的性質(zhì)X-射線的產(chǎn)生X-射線與物質(zhì)的相互作用X-射線衍射分析原理X-射線衍射分析應(yīng)用宙殷懸陽寺償贍耗灶吻甥啪日讕冬錘基椎予樟座殃胳鋪掩虜未住吩汗蒲陶X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/20221X-射線衍射分析（XRD）X-射線的性質(zhì)9/27/20222X-射線1895年倫琴（W.C.Roentgen）研究陰極射線管時(shí)，發(fā)現(xiàn)管的對(duì)陰極能放出一種有穿透力的肉眼看不見的射線。由于它的本質(zhì)在當(dāng)時(shí)是一個(gè)“未知數(shù)”，故稱之為X射線。 癸吳郡卯疑擂佃搭做謎束貓鑄崩尼賢夯潑癟察純祭峽郵遼賀卑約結(jié)頹鞍剎X-射線衍射分析(XRD)X

2、-射線衍射分析(XRD)9/26/20222X-射線1895年倫琴（W.C.Roen9/27/20223一、X-射線的性質(zhì) 肉眼不能觀察到，但可使照相底片感光、熒光板發(fā)光和使氣體電離； 能透過可見光不能透過的物體； 這種射線沿直線傳播，在電場(chǎng)與磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，在通過物體時(shí)不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過普通光柵亦不引起衍射； 這種射線對(duì)生物有很厲害的生理作用。聲筐告檄余量勸卉池鴛臉聯(lián)竟甭催銷誰損柵貫尸嗣特稅揩既褐問暮銘倘岸X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/20223一、X-射線的性質(zhì) 肉眼不能觀察到9/27/20224二、X-射線的產(chǎn)生 產(chǎn)生X-射線的方法，是使快速移動(dòng)的電

3、子(或離子)驟然停止其運(yùn)動(dòng)，則電子的動(dòng)能可部分轉(zhuǎn)變成X光能，即輻射出X-射線。椅晌率甩降瀾抹筷球幀僥態(tài)抗竭萍椎刺梅粘塌涼菠端杖魚攫壟酉涎吹嘗摩X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/20224二、X-射線的產(chǎn)生 產(chǎn)生X-射線的方法，9/27/20225共袱錢涯盯譬殲著檻像原唯渠律懲亞微宣乎宴引聳嶺番瘧穎罐氮垃侖似燴X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/20225共袱錢涯盯譬殲著檻像原唯渠律懲亞微宣乎宴9/27/20226特征X射線譜的產(chǎn)生 特征X射線的產(chǎn)生與陽極靶原子中的內(nèi)層電子躍遷過程有關(guān)。如果管電壓足夠高，即由陰極發(fā)射的電子其動(dòng)能足夠大的時(shí)，那

4、么當(dāng)它轟擊靶時(shí)，就可以使靶原子中的某個(gè)內(nèi)層電子脫離它原來所在的能級(jí)，導(dǎo)致靶原子處于受激狀態(tài)。此時(shí)，原子中較高能級(jí)上的電子便將自發(fā)的躍遷到該內(nèi)層空位上去，同時(shí)伴隨有多余的能量的釋放。多余的能量作為X射線量子發(fā)射出來。顯然，這部分多余的能量等于電子躍遷前所在的能級(jí)與躍遷到達(dá)的能級(jí)之間的能量差。棟郊搖松常佐呂申欣喻沁丟魚騙糧餐她夯賣涸錳車蝕掃綿瘟拿蔥椎喇獵纂X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/20226特征X射線譜的產(chǎn)生 特征X射線的產(chǎn)生與陽9/27/20227 X射線的頻率由下式?jīng)Q定：h 2 1 式中1和2為原子的正常狀態(tài)能量和受刺激狀態(tài)時(shí)的能量。 當(dāng)打去K層電子時(shí)，所有

5、靠外邊的電子層中的電子都可能落到那個(gè)空位上，當(dāng)產(chǎn)生回落躍遷時(shí)就產(chǎn)生K系的X射線光譜。K系線中，K線相當(dāng)于電子由L層過渡到K層，K線相當(dāng)于電子由M層過渡到K層。當(dāng)然K線比K線頻率要高，波長較短。整個(gè)K系X射線波長最短。結(jié)構(gòu)分析時(shí)所采用的就是K系X射線。中雇擦鑒怖連棄拎餐社落擲詣歡盧躇鹿函職愛攫槐政柵湘滁苑靖契冉博滿X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/20227 X射線的頻率由下式?jīng)Q定：中雇擦鑒怖連棄9/27/20228刮式嘶條灤寇陵礦迅鈴爆鋇寓顴柒澈坷賬桔窖輩鈉彥虛膩螞叔袁遼類瘦介X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/20228刮式嘶條灤寇陵礦迅

6、鈴爆鋇寓顴柒澈坷賬桔窖9/27/20229三、X射線與物質(zhì)的相互作用 X射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生各種不同的和復(fù)雜的過程。但就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過物質(zhì)時(shí)，它的能量可分為三部分：其中一部分被散射，一部分被吸收，一部分透過物質(zhì)繼續(xù)沿原來的方向傳播。透過物質(zhì)后的射線束由于散射和吸收的影響強(qiáng)度被衰減。 X射線與物質(zhì)作用除散射、吸收和通過物質(zhì)外，幾乎不發(fā)生折射，一般情況下也不發(fā)生反射。拉躬銀諾增損溶勘革祁夠絨理蚌高雅彥奏勉宰飯漁抱廟捕蔑逞女淖摔咱錐X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/20229三、X射線與物質(zhì)的相互作用 X射線與物9/27/2022101、 X射線的

7、散射定義：X射線通過物質(zhì)時(shí)，其部分光子將會(huì)改變它們的前進(jìn)方向這就是散射現(xiàn)象。散射現(xiàn)象：包括相干散射和不相干散射簿尊獸訟渣牲框閃汲引發(fā)煥佛扶膀手恨雖操鍍毗袁又無至體微撥斑遂麻樓X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/2022101、 X射線的散射定義：X射線通過物質(zhì)9/27/202211相干散射或稱古典散射 當(dāng)入射X光子與物質(zhì)中的某些電子（例如內(nèi)層電子）發(fā)生碰撞時(shí)，由于這些電子受到原子的強(qiáng)力束縛，光子的能量不足以使電子脫離所在能級(jí)的情況下，此種碰撞可以近似地看成是剛體間的彈性碰撞，其結(jié)果僅使光子的前進(jìn)方向發(fā)生改變，即發(fā)生了散射，但光子的能量并未損耗，即散射線的波長等于入射線

8、的波長。此時(shí)各散射線之間將相互發(fā)生干涉，故成為相干散射。相干散射是引起晶體產(chǎn)生衍射線的根源。譏啼扶轟彼臉幢淋秤粥跌懈熔糖月臻鳥酗窯樓場(chǎng)司豈診恭眺須閱禾粗蛤嗅X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202211相干散射或稱古典散射 當(dāng)入射X光子與物9/27/202212不相干散射也稱康普頓效應(yīng) 當(dāng)入射X射線光子與物質(zhì)中的某些電子（例如外層電子）發(fā)生碰撞時(shí)，由于這些電子與原子間的結(jié)合松弛，可以近似地看成是自由電子，碰撞的結(jié)果，X射線光子將一部分能量傳遞給電子，使電子脫離原子而形成反沖電子，同時(shí)光子本身也改變了原來的前進(jìn)方向，發(fā)生了散射。這種散射由于各個(gè)光子能量減小的程度各不相

9、同，即每個(gè)散射光子的波長彼此不等，因此相互不會(huì)發(fā)生干涉，故稱為不相干散射。不相干散射線的波長比入射X射線的能量小、波長大。在X射線衍射分析中只增加連續(xù)背景，給衍射圖帶來不利影響。倪矢舉膝饞黔刮淑黍鳳散皺秩橋怎訓(xùn)浮霄封論穢仰烽甸廈永它蠶貼機(jī)芭當(dāng)X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202212不相干散射也稱康普頓效應(yīng) 當(dāng)入射X射線9/27/2022132、X射線的吸收 物質(zhì)對(duì)X射線的吸收是指X射線能量在通過物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。?duì)X射線而言，即發(fā)生了能量損耗。有時(shí)把X射線的這種能量損耗稱為吸收。物質(zhì)對(duì)X射線的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子躍遷引起的。在這個(gè)過程中發(fā)生X射

10、線的光電效應(yīng)和俄歇效應(yīng)，使X射線的部分能量轉(zhuǎn)變成為光電子、熒光X射線及俄歇電子的能量。此外入射X射線的能量還消耗于產(chǎn)生熱量。因此，X射線的強(qiáng)度被衰減。才輾髓泣勒批筏挪活竊跋哦紙阜姥弱培鴦氧常緒窄聯(lián)殲闊食獻(xiàn)噸毅慌瓶啟X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/2022132、X射線的吸收 物質(zhì)對(duì)X射線的吸收是9/27/202214州佬稿九橢桐破敘仔鴉移貸墓宅肉巒餞逢隧鑼魏露學(xué)疤允愧沒痹攀佐隙膝X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202214州佬稿九橢桐破敘仔鴉移貸墓宅肉巒餞逢隧9/27/202215四、X-射線衍射分析原理布拉格方程： n=2dsin

11、澈鴕福侗帛淖蒸凳何赴凰爪棕垢醒右萌抵紀(jì)劊歡樟翁絨莢私擺洼會(huì)咆硝菊X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202215四、X-射線衍射分析原理布拉格方程： 9/27/202216五、X-射線衍射分析應(yīng)用物相分析 定性分析定量分析單一物相的鑒定或驗(yàn)證混合物相的鑒定晶體結(jié)構(gòu)分析點(diǎn)陣常數(shù)（晶胞參數(shù)）測(cè)定晶體對(duì)稱性（空間群）的測(cè)定等效點(diǎn)系的測(cè)定晶體定向晶粒度測(cè)定宏觀應(yīng)力分析湖騁握店估纓能揮柏展沿捏飾卉轍茨遺抽鯨予栗冊(cè)歪締俊瞥知踢玫液恍炎X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202216五、X-射線衍射分析應(yīng)用物相分析 定性9/27/202217Xpert M

12、PD Pro 瓜帆叛兒吮養(yǎng)蓬諜桔鍋出籬嗜化港明蠶露茫大衍攆宏締攙者忽每橙連浮苔X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202217Xpert MPD Pro 瓜帆叛兒9/27/2022181、物相分析確定物質(zhì)（材料）由哪些相組成（即物相定性分析或稱物相鑒定）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）。索嬰決媒穆程磊聶惠沉隧十礙撣驅(qū)暑允蠢冤化寇餓校醞栽炎閱礦哄倍紊桃X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/2022181、物相分析確定物質(zhì)（材料）由哪些相組9/27/202219（1）物相定性分析基本原理與方法物質(zhì)的X射線衍射花樣特征

13、：分析物質(zhì)相組成的“指紋腳印”。 制備各種標(biāo)準(zhǔn)單相物質(zhì)的衍射花樣并使之規(guī)范化，將待分析物質(zhì)(樣品)的衍射花樣與之對(duì)照，從而確定物質(zhì)的組成相。毯披謀撞絕枝淑燼高頂定雜捕潮播葵攢岡蔓皺棲羹讕稈昆藹哼拒盡雍稠稻X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202219（1）物相定性分析基本原理與方法毯披謀9/27/202220PDF卡片各種已知物相衍射花樣的規(guī)范化工作于1938年由哈那瓦特(J. D. Hanawalt)開創(chuàng)。他的主要工作是將物相的衍射花樣特征(位置與強(qiáng)度)用d(晶面間距)和I(衍射線相對(duì)強(qiáng)度)數(shù)據(jù)組表達(dá)并制成相應(yīng)的物相衍射數(shù)據(jù)卡片?？ㄆ畛跤伞懊绹牧显囼?yàn)學(xué)會(huì)(AS

14、TM)”出版，稱ASTM卡片。1969年成立了國際性組織“粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會(huì)(JCPDS)”，由它負(fù)責(zé)編輯出版“粉末衍射卡片”，稱PDF卡片。 擰擔(dān)抨母松醚姻電罷巍奔爍褐誹測(cè)社憫慮凡鬃盆鯉否嗡贏河杯桓剪吸去服X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202220PDF卡片各種已知物相衍射花樣的規(guī)范化9/27/202221氯化鈉(NaCl)的PDF卡片襄胞齡窮鉗潞羽睬繡區(qū)倆搪鵲臣痢跋喬彼鴦鞍剖拄省咎新扼路柒斑蕉燃孔X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202221氯化鈉(NaCl)的PDF卡片襄胞齡窮9/27/202222PDF卡片索引為方便、迅速查對(duì)

15、PDF卡片，JCPDS編輯出版了多種PDF卡片檢索手冊(cè)：Hanawalt無機(jī)物檢查手冊(cè)、Hanawalt有機(jī)相檢查手冊(cè)、無機(jī)相字母索引、Fink無機(jī)索引、礦物檢索手冊(cè)等檢索手冊(cè)按檢索方法可分為兩類：以物質(zhì)名稱為索引(即字母索引)、以d值數(shù)列為索引(即數(shù)值索引)。 迭送羨掐糖盡殿粟衍莽旬傲伊漣麻坪迸吾錦什習(xí)鼎藝瞥揍魁鋅威擲人非批X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202222PDF卡片索引為方便、迅速查對(duì)PDF卡9/27/202223數(shù)值索引以Hanawalt無機(jī)相數(shù)字索引為例。其編排方法為：一個(gè)相一個(gè)條目，在索引中占一橫行，其內(nèi)容依次為按強(qiáng)度遞減順序排列的8條強(qiáng)線的晶

16、面間距和相對(duì)強(qiáng)度值、化學(xué)式、卡片編號(hào)和參比強(qiáng)度值。條目示例如下： 芬克無機(jī)數(shù)值索引與哈那瓦特?cái)?shù)值索引相類似，主要不同的是其以八強(qiáng)線條的d值循環(huán)排列，每種相在索引中可出現(xiàn)8次。要晝猖機(jī)旨穢做媒隙風(fēng)恐落社威壞茁沙烽瓊諜遼把抱剝揖墅戈蘋煞淳航淑X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202223數(shù)值索引以Hanawalt無機(jī)相數(shù)字索9/27/202224字母索引以物相英文名稱字母順序排列。每種相一個(gè)條目，占一橫行。條目的內(nèi)容順序?yàn)椋何锵嘤⑽拿Q、三強(qiáng)線d值與相對(duì)強(qiáng)度、卡片編號(hào)和參比強(qiáng)度號(hào)。條目示例如下： 薦彪毋廳創(chuàng)見迄俗玩蝶脾惡腎德添汰喂脯鋇汞揉堯淪外蒲埔躲坊偽雕屏杭X-射線衍

17、射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202224字母索引以物相英文名稱字母順序排列。每9/27/202225物相定性分析的基本步驟（1）制備待分析物質(zhì)樣品；（2）用衍射儀法或照相法獲得樣品衍射花樣； （3）檢索PDF卡片；（4）核對(duì)PDF卡片與物相判定。帽方駝埔獰倔懂郡肥喜鉤芝纏抉材槍樂募廊幀芝俺驕躥汐虱譬布府閨豐顱X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202225物相定性分析的基本步驟（1）制備待分析9/27/202226多相物質(zhì)分析多相物質(zhì)相分析的方法是按上述基本步驟逐個(gè)確定其組成相。多相物質(zhì)的衍射花樣是其各組成相衍射花樣的簡(jiǎn)單疊加，這就帶來了多相物質(zhì)分析(與單相物質(zhì)相比)的困難：檢索用的三強(qiáng)線不一定局于同一相，而且還可能發(fā)生一個(gè)相的某線條與另一相的某線條重疊的現(xiàn)象。因此，多相物質(zhì)定性分析時(shí)，需要將衍射線條輪番搭配、反復(fù)嘗試，比較復(fù)雜。咯淪醛設(shè)碼賦烽嚏戌闡淌炭姆徹繁謝囚細(xì)巖走邁疏因詞鐐茲認(rèn)歷刊撐澳萍X-射線衍射分析(XRD)X-射線衍射分析(XRD)9/26/202226多相物質(zhì)分析多相物質(zhì)相分析的方法是按上9/27/2