粉末多晶X射線衍射儀

1、1/ 78Ultima 粉末多晶X射線衍射儀D/teX Ultra 一維高速探測(cè)器PILATUS二維高速探測(cè)器特點(diǎn)及應(yīng)用2008.Sep. 16th. (Thu.)X射線分析儀器專(zhuān)業(yè)廠家 1923年 理學(xué)電機(jī)制作所 1951年 理學(xué)電機(jī)株式會(huì)社 1961年 理學(xué)電機(jī)工業(yè)株式會(huì)社 1986年 株式會(huì)社理學(xué) 1992年 理學(xué)X射線研究所 理學(xué)是最早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的熒光、衍射技術(shù)的X射線分析儀器專(zhuān)業(yè)廠家，在大學(xué)、科研、工礦企業(yè)近兩千家用戶(hù)。2/ 78X射線衍射的原理Bragg的衍射條件 2d sin = nqq晶格面間距離 d波長(zhǎng) l3/ 784/ 78SampleDSSSRSDetector經(jīng)典的衍

2、射幾何光學(xué)（線光源）DSMirrorSamplePSADetector XG 聚焦光路 vs. 平行光路XG粉末多晶的X射線衍射峰位置 晶面間距d 定性分析 點(diǎn)陣參數(shù) d的變化 殘留應(yīng)力 固溶體的分析半寬值 結(jié)晶性 晶粒大小 晶?；兘嵌龋?）強(qiáng)度衍射峰的有無(wú) 結(jié)晶態(tài)非晶態(tài)的判定樣品方向與強(qiáng)度変化（取向） 集合組織 纖維組織 極圖 非晶態(tài)積分強(qiáng)度結(jié)晶態(tài)的積分強(qiáng)度 定量分析結(jié)晶度計(jì)算5/ 78從X射線衍射、散射可以得到下列信息6/ 78物相定性分析到結(jié)構(gòu)解析角度強(qiáng)度ICDD與數(shù)據(jù)庫(kù)比較檢索與衍射圖譜一致的物質(zhì)峰顯示角度精密測(cè)量晶胞參數(shù)強(qiáng)度精密測(cè)量結(jié)構(gòu)含量峰型精密測(cè)量晶粒尺寸與晶格畸變Rietve

3、ld解析通過(guò)X射線衍射譜圖點(diǎn)陣參數(shù)，結(jié)構(gòu)含量，原子位置的精密化7/ 78物相鑒定晶胞參數(shù)的精密計(jì)算結(jié)晶度、晶粒大小（晶粒尺寸）與晶格畸變Rietvild結(jié)構(gòu)分析、定量分析取向度（點(diǎn)焦斑）長(zhǎng)周期（小角散射）粒徑分布（1100納米之間） （小角散射）不同溫度和環(huán)境條件下，物相變化XRD能開(kāi)展的工作8/ 78納米材料粉末藥品薄膜9/ 78多晶粉末衍射儀的六大功能物相的定性及定量分析（包括溫度相變研究）薄膜分析小角散射分析（粒徑，長(zhǎng)周期等）微區(qū)分析宏觀殘余應(yīng)力分析織構(gòu)及ODF分析 衍射技術(shù)發(fā)展在于上述功能的快速轉(zhuǎn)換，方便的操作。11/ 78Ultima的歷史2X光管Theta-theta 測(cè)角儀Ult

4、ima+R=185mmUltima IIIR=285mmUltima IIR=285mm1992200220032003與傳統(tǒng)衍射儀的比較12/ 78Ultima IV的位置功能R=185(Fixed slit)R=185mm (variable slit)R=285mm (variable slit)Ultima IVMiniFlex 與傳統(tǒng)衍射儀的比較擴(kuò)展性13/ 78應(yīng)用與光路聚焦光路帶X射線多層膜鏡的小角散射光路系統(tǒng)Ge 雙反射單色器In-Situ原位帶X射線多層膜鏡的平行光路系統(tǒng)微區(qū)光路CBO w/o module exchangesCBO + 自動(dòng)調(diào)整納米材料粉末粉末 / 塊狀A(yù)B

5、C薄膜與傳統(tǒng)衍射儀的比較14/ 78Ultima IV 同時(shí)適合于研究和質(zhì)量控制同時(shí)適合衍射專(zhuān)家/操作員/學(xué)生等快速方便更換光路系統(tǒng)Ultima IV 擴(kuò)展了X射線研究領(lǐng)域15/ 78Ultima IV的組合系統(tǒng)CBO系統(tǒng)In-plane面內(nèi)X射線衍射物相分析原位分析小角散射微區(qū)衍射取向測(cè)定薄膜特性測(cè)量與傳統(tǒng)衍射儀的比較16/ 78儀器外形 mmHeightWidthDepthw/o in-planeSample heightUltima IV163011008141050Ultima III1920130010501350高度人性設(shè)計(jì) !與傳統(tǒng)衍射儀的比較17/ 78測(cè)角儀和光路與傳統(tǒng)衍射儀

6、的比較面內(nèi)單元附件閃爍計(jì)數(shù)器交叉光束系統(tǒng)入射狹縫接收光路18/ 78Ultima IV的特點(diǎn)1.CBO (Cross Beam Optics)交叉光束系統(tǒng)Selectable focusing & parallel beam optics可選擇的聚焦和平行光路系統(tǒng)2.Automatic alignment自動(dòng)調(diào)整Automatic alignment of entire system全系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整3.Ease-of-use人性設(shè)計(jì)Easy reconfiguration of attachments and optics附件及光路組合簡(jiǎn)單方便19/ 78CBO交叉光束系統(tǒng) 理學(xué)專(zhuān)利技術(shù)聚焦光路

7、、平行光路同時(shí)安裝，調(diào)整，可選.X-ray 光源聚焦光路選用狹縫多層膜鏡樣品聚焦光路系統(tǒng)樣品平行光路系統(tǒng)平行光路選用狹縫Ultima IV的特點(diǎn) 1. CBO20/ 78通過(guò)CBO可得到的光路聚焦光路平行光路高分辨光路小角散射點(diǎn)光源：微區(qū)光路、纖維附件Ultima IV的特點(diǎn) 1. CBO21/ 78自動(dòng)調(diào)整預(yù)校準(zhǔn)Ultima IV的特點(diǎn) 2. 自動(dòng)調(diào)整自動(dòng)調(diào)整wM0理想角度Ge(220)Ge(220)wM0IntensityIntensity22/ 78自動(dòng)調(diào)整光管上下軸入射光束方向軸多層膜鏡軸發(fā)散狹縫上下軸樣品上下軸2q零點(diǎn)位置探測(cè)器設(shè)定Ultima IV的特點(diǎn) 2. 自動(dòng)調(diào)整23/ 78

8、輕松變換儀器組成Ultima IV的特點(diǎn) 3. 使用方便2q2qIntensity2qIntensitySin2y2qIntensityIn-situ測(cè)量殘余應(yīng)力測(cè)量定性分析小角測(cè)量1日24/ 78聚焦光路系統(tǒng) (R = 185 mm)光路例1應(yīng)用定性分析晶粒尺寸結(jié)晶度 高速測(cè)量 25/ 78MgO : 36%定性定量分析BBZnO, MgO, Al2O3 混合樣品ZnO : 20%Al2O3 : 44%MgO : 36%2q (deg.)光路例126/ 78高速測(cè)量Fe3O4, Fe2O3 混合樣品BB+D/teX Ultra 3.5min / 掃描高速探測(cè)器（D/teX Ultra）光路例

9、127/ 78聚焦光路 /平行光路系統(tǒng) (R = 285 mm)光路例 2增加的應(yīng)用物相分析(粗糙表面)織構(gòu)殘余應(yīng)力納米孔徑/顆粒尺寸In-situ 衍射微區(qū)物相分析擇優(yōu)取向測(cè)定28/ 78取向樣品測(cè)量經(jīng)過(guò)壓制松散樣品（003）（006）（009）PBMicaMica光路例229/ 78納米顆粒尺寸分析PB+SAXSTHF中的Au納米粒子 4.3nm1.9nmNANO-SolverTEM 照片光路例230/ 78用于薄膜測(cè)量的平行光路系統(tǒng)(R = 285 mm)光路例3增加的應(yīng)用膜厚，密度，粗糙度薄膜物相分析31/ 78反射率測(cè)量反射x射線反射率衰減- 表面粗糙度 s振幅衰減- 界面粗糙度 s

10、振動(dòng)周期 Dq- 厚度 t振動(dòng)的振幅- 密度差異臨界角 qc- 密度 r密度界面粗糙度厚度1厚度2入射x射線表面粗糙度光路例332/ 78simulationexperiment1.E-081.E-071.E-061.E-051.E-041.E-031.E-021.E-011.E+0002468102q / degIntensity / a.u.10010-110-210-310-410-510-610-7反射率測(cè)量PBGaAs ( 50 nm ) / InGaAs ( 50 nm ) / GaAs substratesimulationexperimentGaAs substrateInGa

11、As 50nmGaAs 50nmsimulationexperimentsimulationexperimentGaAs substrateInGaAs 49.8nmGaAs 48.2nmOxidized GaAs 1.8nmOxidized GaAs 3.3nm光路例333/ 78薄膜的定性分析PB光觸媒（TiO2）200nm / 玻璃基底- : Anatase- : 2q scan- : q / 2q scan02000400060008000100001020304050602q / degIntensity / CPS q/2q scan 2q scan光路例334/ 78薄膜測(cè)量光路

12、系統(tǒng)(R = 285 mm)增加的應(yīng)用取向附生膜的表征超薄膜的表征面內(nèi)掃描光路例335/ 78測(cè)量方式的區(qū)別Out-of-plane 掃描(q/2q scan)薄膜測(cè)量(2q scan)In-plane 測(cè)量(2qc/f scan)平行于樣品表面垂直于樣品表面傾斜于樣品表面(changing during a scan)光路例336/ 78In-plane 三維結(jié)構(gòu)分析PB/out并五苯薄膜 ( 50 nm ) / Si 基底PB/in Out-of-plane c axisa axisb axis(001)(002)(003)(004)(110)(200)(210)(020)(120)(31

13、0)(320)(410)光路例337/ 78新型（點(diǎn)光源）微區(qū)測(cè)量光路系統(tǒng)單元光束尺寸： 0.3 mm f與CBO微區(qū)光路系統(tǒng)（MA)比較、CBO- 提高了40 50 倍的強(qiáng)度X射線源選擇狹縫多層膜鏡MA(MicroArea)點(diǎn)光源變換單元CBO - f光路例4:新型點(diǎn)光源(微區(qū))測(cè)量光路系統(tǒng)單元 (CBO-f)38/ 78新型微區(qū)測(cè)量光路系統(tǒng)單元 (CBO-f)的特長(zhǎng)設(shè)置在入射端可以得到很細(xì)的高亮度光源不用拆下CBO單元X射線焦點(diǎn)（線光源點(diǎn)光源）不用切換使用自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，使得光束位置調(diào)整變得非常簡(jiǎn)單新型微區(qū)(點(diǎn)光源)測(cè)量光路系統(tǒng)單元 (CBO-f)39/ 54以前的微區(qū)光路測(cè)量結(jié)果CBO-f

14、的測(cè)量結(jié)果00-015-0776 Mullite Al6Si2deg.)706080強(qiáng)度(cps)150100502.01.00.50.4mm1.5 與以前的光路相比、可以在非常短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行微區(qū)樣品測(cè)量CBO-f 的應(yīng)用新型微區(qū)測(cè)量光路系統(tǒng)單元 (CBO-f)39/ 7840/ 78黒色部分白色部分D/teX Ultra蛇紋石石棉CBO - f CBO-f和D/teX Ultra組合進(jìn)行微區(qū)測(cè)量新型微區(qū)測(cè)量光路系統(tǒng)單元 (CBO-f)41/ 78藥片上的原藥成分分布 螺絲上的鐵銹 工藝品上的顏料細(xì)小的樣品電子零件微區(qū)測(cè)量的應(yīng)用實(shí)例新型微區(qū)測(cè)量光路系統(tǒng)單元 (CBO-

15、f)42/ 78藥片中原藥成分及添加劑的分布CBO-f + 微區(qū)樣品臺(tái) + D/teX Ultra乳糖二水化合物 (添加劑 )茶鹼測(cè)量點(diǎn)1的譜圖曲線5000100001500020000250005101520253035Intensity (counts)2(deg.)測(cè)量點(diǎn)2的譜圖曲線0500010000150002000025000乳糖二水化合物 (添加劑 )茶鹼藥片放在樣品臺(tái)上直接用透過(guò)法測(cè)量新型微區(qū)測(cè)量光路系統(tǒng)單元 (CBO-f)43/ 78乳糖二水化合物茶鹼無(wú)水化合物06 mm306 mm3Integrated intensity (counts)藥片中原藥成分和添加劑的成分分布

16、測(cè)量時(shí)間為每點(diǎn)僅30秒原藥成分中茶鹼無(wú)水化合物的粒徑較小添加劑成分中乳糖二水化合物的粒徑比較粗大新型點(diǎn)光源（微區(qū)）測(cè)量光路系統(tǒng)單元 (CBO-f)44/ 78點(diǎn)光源的應(yīng)用二：纖維樣品附件新型點(diǎn)光源測(cè)量光路系統(tǒng)單元 (CBO-f)45/ 78高速一維探測(cè)器 D/teX Ultra可以得到相當(dāng)于閃爍計(jì)數(shù)器100多倍的光強(qiáng)可以進(jìn)行高速測(cè)量和高敏感度測(cè)量！高速探測(cè)器 (D/teX Ultra)46/ 78高速1維探測(cè)器D/teX Ultra的特長(zhǎng)與傳統(tǒng)的探測(cè)器相比可以得到100多倍的光強(qiáng)由于有很高的能量分辨率，所以對(duì)各種樣品都可以得到低背景的數(shù)據(jù)在自動(dòng)調(diào)整設(shè)置中可以選取標(biāo)準(zhǔn)模式、減輕熒光背景模式與新型

17、微區(qū)（點(diǎn)光源）測(cè)量光路系統(tǒng)單元一起使用可對(duì)微區(qū)進(jìn)行快速測(cè)量高速探測(cè)器 (D/teX Ultra)47/ 78高速1維探測(cè)器的光路圖聚焦圓X射線源測(cè)角儀圓樣品1維探測(cè)器硅陣列探測(cè)器 (SSD) 2像素TDI模式(TDI :Time Delay Integration時(shí)間延時(shí)積分)高速探測(cè)器 (D/teX Ultra)48/ 78NIST 640c Si 粉末51054105110520406080100120Intensity (cps)2 (deg)與傳統(tǒng)儀器（閃爍計(jì)數(shù)器）的比較SC 4/ minD/teX Ultra 40/ min測(cè)量時(shí)間10分鐘，強(qiáng)度100多倍31052105高速探測(cè)器

18、(D/teX Ultra)49/ 78降低熒光背景模式41043104210420406080Intensity (cps)測(cè)量時(shí)間：約1分30秒標(biāo)準(zhǔn)模式降低熒光背景模式大大降低來(lái)自Fe的熒光背景1104Fe2O3高能量分辨率2 (deg)高速探測(cè)器 (D/teX Ultra)50/ 78降低熒光背景模式降低熒光背景模式下能量分辨范圍Cu K熒光X射線標(biāo)準(zhǔn)模式下能量分辨測(cè)量范圍(006)(202)3738394142434445460500100050010000Counts2(deg)(113)40(113)高速1維探測(cè)器(20/min)赤鐵礦(Fe2O3)微小峰的檢測(cè)閃爍計(jì)數(shù)器(2/min

19、)高速探測(cè)器 (D/teX Ultra)51/ 78刀鋒單元的效果1.510511055104520406080Intensity (cps)DS:1/4, SS: 8mm, RS:13mmScan speed : 40 / min測(cè)量時(shí)間：約2分鐘使用刀鋒單元后，低角度散射X射線可以被有效阻擋無(wú)刀鋒單元有刀鋒單元樣品:Zeolite A2 (deg)高速探測(cè)器 52/ 78溫度、環(huán)境附件及其刀鋒刀鋒直射線stoper各種樣品臺(tái)53/ 78各附件均有對(duì)應(yīng)的刀鋒單元旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)ASC-10位樣品臺(tái)各種樣品臺(tái) 54/ 7848樣品交換器 ASC-48更快捷，更方便的更換樣品一次可以安裝48個(gè)樣品（最

20、多可選裝120個(gè)樣品交換器）各種樣品臺(tái)55/ 78D/teX Ultra與單色器組合1.4104810320304050Intensity (cps)DS:1/4, SS: 8mm, RS:13mmScan speed : 40 / min11041.2104K濾波片單色器KK610341032103樣品:NIST 640c Si 粉末2 (deg)高速探測(cè)器 (D/teX Ultra)56/ 78和強(qiáng)力X射線衍射儀的比較0.1%以下的-SiO2的檢測(cè)24強(qiáng)度(a.u.)0.05%0.03%0.01%0%采樣間隔:0.01deg.測(cè)定速度：1deg./minTTRIII (Cu 15kW)測(cè)量

21、時(shí)間：4分鐘252627282(deg.)0.10%0.05%0.03%0.01%采樣間隔:0.01deg.測(cè)定速度：0.2deg./minUltima IV (Cu 2kW, R=185mm) 測(cè)量時(shí)間：20分鐘Al2O3SiO224252627282(deg.)Al2O3SiO2高速探測(cè)器 (D/teX Ultra)57/ 78石棉的測(cè)量0.5wt%0.3wt%0.1wt%1.0wt%0.3wt%0.1wt%1113912101112碳酸鈣粉末中貴橄欖石（左圖）和云母（右圖）的測(cè)量測(cè)量時(shí)間30分鐘0.1wt%都可以被檢測(cè)出2(deg)2(deg)高速探測(cè)器 (D/teX Ultra)58/

22、 78使用多層膜鏡進(jìn)行的透射測(cè)量10203040501020304050010000050000040000300002000010000300000200000(002)(107)23270 cps(002)(107)14300 cps強(qiáng)度比12 : 1強(qiáng)度比3 : 1樣品:NaAl11O17 + -Al2O3反射法透射法(0.5mm毛細(xì)管)2(deg)2(deg)樣品:NaAl11O17 + -Al2O3(cps)(cps)在定性分析和結(jié)構(gòu)精修定量等中有效抑制取向的產(chǎn)生接收狹縫貼近樣品放置可以防止SS散射線NaAl11O17的C軸很長(zhǎng)、所以用反射法測(cè)量時(shí)有取向產(chǎn)生高速探測(cè)器 (D/teX

23、Ultra)59/ 78二維高速探測(cè)器PILATUS沒(méi)有讀出噪音超高速度讀出（3ms）極高動(dòng)態(tài)范圍（2106cps/pixel）與生俱來(lái)的高感度、 高分辨率特長(zhǎng)可以 測(cè)量強(qiáng)度極低的稀 薄溶液樣品60/ 78Si的測(cè)量既可以進(jìn)行固定模式測(cè)量，也可以進(jìn)行2掃描測(cè)量0, 1維探測(cè)器61/ 78PILATUSDSC的測(cè)量范例n-C32H66曝光：5秒62/ 7863.170.571.2樣品量5.92升溫速度3/min的升溫相變、融解等的變化過(guò)程直鎖狀炭化水素n-C32H66在升降溫過(guò)程中相變、融解、結(jié)晶的變化過(guò)程転移融解相變前相變后融解新粉末X射線衍射圖譜分析軟件包 PDXLTM XRD的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，包

24、括QualitativeQuantitativeIndexingRietveld63/ 78定性分析功能強(qiáng)大，包括多種 search/match尋找匹配。 以峰為基礎(chǔ)定性分析 peak basic qualitative analysis， 以圖形為基礎(chǔ)定性分析 profile basic qualitative 。容易鑒別有取向的樣品及有結(jié)晶相轉(zhuǎn)移的樣品。 所有人可以使用Rietveld分析，方便進(jìn)行定量分析?？梢允钩鯇W(xué)者使用Rietveld分析，方便進(jìn)行定量分析，Rietveld是非常復(fù)雜，使用其它軟件，許多人感到無(wú)從下手。功能自動(dòng)話，操作時(shí)間大大縮短。對(duì)相同分析要求及分析條件的大量數(shù)據(jù)，

25、可以進(jìn)行全自動(dòng)分析?？梢宰詣?dòng)生成分析報(bào)告并自動(dòng)保存。 X射線衍射綜合分析軟件包 PDXL64/ 78Information areaIndication areaAnalysis areaFlow barX射線衍射綜合分析軟件包 PDXL65/ 78使用PDXL可方便進(jìn)行高級(jí)分析PDXL可以給出許多提示、建議、支持；可以給出分析所需要的各種信息、參數(shù)。 顯示分析流程圖使用PDXL，各種高級(jí)分析變得操作簡(jiǎn)單。需要結(jié)晶學(xué)知識(shí)的屏障晶體解構(gòu)分析的屏障使用PDXL，屏障不存在！More things分析變得例行公事，程序化所有人可以得到同樣的結(jié)果。66/ 78Structure of PDXLPDXL

26、 Basic基本処理読込作成保存PDXL Pro（Ver. 2計(jì)畫(huà)中）直接法直接空間法PDXL Basic基本処理読込作成保存PDXL SM 自動(dòng)検索RIR定量PDXL 定量外部標(biāo)準(zhǔn)法內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)法標(biāo)準(zhǔn)添加法結(jié)晶子格子歪格子定數(shù)精密化結(jié)晶化度PDXL Basic基本処理読込作成保存PDXL Application analysis (package)PDXL RietveldWPPFRietveldQuantitativeStructure Determination by powder diffractometryPDXL(basic package)Basic data processingD

27、ata and data base readingReport creatingproject save functionPDXL QalutativeAutomatically search match by data baseRIR quantitativePDXL QuantitativeExternal standard methodInternal standard methodStandard addition methodRadial stressCrystallinityLattice parameter refinementCrystallite size & lattice stress67/ 7868/ 78Fe系樣品的微量雜質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)可定性分析鋰離子2次電池材料的定性分析 Li3PO4 Fe Fe2