無機(jī)非金屬材料測(cè)試方法課件

3．

X射線譜有哪兩種類型？其含義是什么？

答：兩種類型：連續(xù)X射線譜和特征X射線譜X射線譜：

指X射線管中發(fā)出的一部分包含各種波長(zhǎng)的光的光譜。從管中釋放的電子與陽(yáng)極碰撞的時(shí)間和條件各不相同，絕大多數(shù)電子要經(jīng)歷多次碰撞，產(chǎn)生能量各不相同的輻射，因此出現(xiàn)連續(xù)X射線譜特征X射線譜：也稱標(biāo)識(shí)X射線譜，它是由若干特定波長(zhǎng)而強(qiáng)度很大的譜線構(gòu)成的，這種譜線只有當(dāng)管電壓超過一定數(shù)值Vk(激發(fā)電壓)時(shí)才能產(chǎn)生，而這種譜線的波長(zhǎng)與X射線管的管電壓、管電流等工作條件無關(guān)，只取決于陽(yáng)極材料，不同元屬制成的陽(yáng)極將發(fā)出不同波長(zhǎng)的譜線，并稱為特征X射線譜

4．何謂Kα射線？何謂Kβ射線？這兩種射線中哪種射線強(qiáng)度大？哪種射線波長(zhǎng)短？X射線衍射用的是哪種射線？為什么Kα射線中包含Kα1和Kα2？

答：Kα是L殼層中的電子跳入K層空位時(shí)發(fā)出的X射線，Kβ射線是M殼層中的電子跳入K層空位時(shí)發(fā)出的X射線，Kα比Kβ強(qiáng)度大，因?yàn)長(zhǎng)層電子跳入K層空位的幾率比M層電子跳入K層空位的幾率大。Kβ波長(zhǎng)短，X射線衍射用的是Kα射線，Kα射線是由Kα1和Kα2組成，它們分別是電子從L3和L2子能級(jí)跳入K層空位時(shí)產(chǎn)生的。5．晶體對(duì)X射線的散射有哪兩類？X射線衍射用的是哪一類？什么方向是晶體對(duì)X射線的衍射方向？

答：晶體對(duì)X射線的散射有相干散射和不相干散射。X射線衍射用的是相干散射。晶體對(duì)X射線的衍射方向是兩種相干波的光程差是波長(zhǎng)整數(shù)倍的方向。

7.X射線衍射束的相對(duì)積分強(qiáng)度與什么因素有關(guān)？

答：由于X射線衍射線束的相對(duì)積分強(qiáng)度為I相對(duì)=F2Pφ（θ）e-2MA(θ),由式知相對(duì)積分強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)因子F，重復(fù)因子P，角因子φ（θ），溫度因子e-2M，，及吸收因子A(θ)有關(guān)。8.帶心點(diǎn)陣X射線衍射系統(tǒng)消光規(guī)律？

答：體心點(diǎn)陣：當(dāng)h+k+l=2n+1時(shí)，產(chǎn)生消光底心點(diǎn)陣：當(dāng)h+k=2n+1時(shí)，產(chǎn)生消光面心點(diǎn)陣：當(dāng)h、k、l奇偶混雜時(shí)，產(chǎn)生消光11.粉晶X射線衍射卡片（JCPDS或PDF卡片）檢索手冊(cè)的基本類型有哪幾種？每種手冊(cè)的編排特點(diǎn)是什么?

答：類型編排特點(diǎn)字母索引按物質(zhì)英文名稱的字母順序哈那瓦爾特索引8條強(qiáng)線d值按相對(duì)強(qiáng)度遞減順序排列芬克索引8條強(qiáng)線以d值遞減順序排列

15．電子束與物質(zhì)相互作用可以獲得哪些信息？

答：可以獲得以下七種信息：（1）透射電子（2）二次電子（3）背散射電子（4）特征X射線（5）陰極熒光（6）俄歇電子（7）吸收電子17.透射電子顯微鏡的電子顯微圖像包括哪幾種類型？產(chǎn)生機(jī)制是什么？

答：透射電子顯微鏡的電子顯微圖像包括振幅襯度和相位襯度。（1）相位襯度：透射束與散射束相互干涉引起的。（2）振幅襯度：a、質(zhì)厚襯度，非晶試樣中各部分厚度和密度差別導(dǎo)致對(duì)入射電子的散射程度不同引起的：b、衍射襯度，晶體薄膜內(nèi)各部分滿足衍射條件的程度不同而引起的。19．散射襯度與什么因素有關(guān)？這種圖像主要用來觀察什么？

答：散射襯度也稱為質(zhì)厚襯度，它是指穿過樣品且散射角度小的那些電子即彈性散射所形成的襯度，散射襯度與樣品的密度、原子序數(shù)、厚度等因素有關(guān)，這種圖像主要用來觀察非晶試樣和復(fù)形膜樣品所成圖像。

21．衍襯象的襯度是怎么產(chǎn)生的？利用這種圖像可觀察干什么？

答：衍射襯度是由晶體薄膜內(nèi)各部分滿足衍射條件的程度不同而形成的襯度。根據(jù)衍射襯度原理形成的電子圖像稱為衍射襯度像，利用這種圖像可觀察晶體缺陷，如位錯(cuò)、層錯(cuò)等。

22.何謂明場(chǎng)象？何謂暗場(chǎng)象？

答：用物鏡光欄擋去衍射束，讓透射束成像，有衍射的為暗象，無衍射的為明象，這樣形成的為明場(chǎng)象；暗場(chǎng)像指用物鏡光欄擋去透射束及其余衍射束，讓一束強(qiáng)衍射束成像，則無衍射的為暗像，有衍射的為明像。

24．何謂二次電子？掃描電鏡中二次電子像的襯度與什么因素有關(guān)？為什么？最適宜觀察什么？

答：二次電子是指在入射電子作用下被轟擊出來并離開樣品表面的原子的核外電子，二次電子的襯度與兩個(gè)因素有關(guān)：（1）入射電子的能量，入射電子能量在2-3KW時(shí)，二次電子發(fā)射系數(shù)達(dá)到最大，襯度明顯（2）入射電子束在試樣表面的傾斜角度，因?yàn)棣模é龋?δ0/cosθ,δ0為θ=0o時(shí)的二次電子系數(shù)，當(dāng)傾斜角度增加時(shí)，二次電子發(fā)射系數(shù)增大，襯度也明顯，二次電子像也最適宜觀察試樣的表面形貌。

26．掃描電鏡中二次電子像為什么比背散射電子像的分辨率更高？

答：（1）二次電子來自試樣表面很淺的深度，信息束斑小，分辯率高，背散射電子是來自試樣表面較深的范圍，信息束斑大，分辨率小。（2）二次電子像無影像，背散射電子像是有影像的，因此，二次電子像分辨率高。

27．電子探針X射線顯微分析有哪兩大類？具體的分析方法有哪些？

答：可分為波譜分析和能譜分析兩大類具體的分析方法有定點(diǎn)定性分析，定點(diǎn)定量分析，線掃描分析和面掃描分析。32.差熱分析（DTA）的定義是什么？這種分析技術(shù)有何用？

答：差熱分析（DTA）是指在程序控制溫度下,測(cè)量物質(zhì)和參比物的溫度差與溫度關(guān)系的一種方法,差熱分析方法能較精確的測(cè)定和記錄一些物質(zhì)在加熱過程中發(fā)生的失水、分解、相變、氧化還原、升華、熔融、晶格破壞和重建，以及物質(zhì)間的相互作用等一系列的物理化學(xué)現(xiàn)象，并借以判斷物質(zhì)的組成和反應(yīng)機(jī)理。鑒定物質(zhì)的依據(jù)是：峰位置所對(duì)應(yīng)的溫度尤其是外延起始溫度是鑒別物質(zhì)及其變化的定性依據(jù)，峰面積是反映熱效應(yīng)總熱量，是定量計(jì)算熱效應(yīng)的依據(jù)，峰的形狀則可求得熱效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)；試樣在升溫或降溫過程中的物理化學(xué)變化是試樣本身的熱特性，相對(duì)應(yīng)差熱曲線也具有其本身特性，借此可以判定物質(zhì)的組成及反應(yīng)機(jī)理。優(yōu)先考慮的是峰位置及峰面積，根據(jù)峰位置定性鑒別物質(zhì)，測(cè)出反應(yīng)峰的面積可求出ΔH，從而確定反應(yīng)物質(zhì)的名稱及含量36.差示掃描量熱分析（DSC）的定義是什么？與DTA有何異同？

答：差示掃描量熱分析是把試樣和參比物的溫度差保持為零時(shí)，所需要的能量對(duì)溫度或時(shí)間關(guān)系的一種技術(shù)。DSC與DTA相似，所不同的是試樣和參比物的容器下設(shè)置了一組補(bǔ)償加熱絲，試樣的熱量變化由輸入電功率來補(bǔ)償，在DSC中由于與參比物無溫差，無熱傳遞，因此，DSC損失低，可定量分析。DSC與DTA相比，兩者的共同點(diǎn)為：兩者都是通過加熱過程所產(chǎn)生的熱效應(yīng)來分析試樣的物理化學(xué)變化，曲線形貌和分析方法類似，不同點(diǎn)為：1）DTA測(cè)的是溫度差，DSC測(cè)量的是能量差（功率差或熱流差）2）DTA測(cè)量的溫度比DSC更高，DSC測(cè)量的精度比DTA更高。

37.DTA與TG在綜合熱分析曲線DTA-TG上有怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系？

答：熱重分析適用于加熱或冷卻過程中有質(zhì)量變化的一切物質(zhì)，配合差熱分析法，能對(duì)這些物資進(jìn)行精確的鑒定，一般情況下，TG曲線上曲線急劇下降的曲線段對(duì)應(yīng)的是DTA曲線上向下的峰，但DTA曲線上的峰不一定都對(duì)應(yīng)著TG曲線上急劇下降的曲線段，因?yàn)橐部赡苁菬崃堪l(fā)生變化而質(zhì)量不變的過程。39.振動(dòng)光譜有哪兩種類型？?jī)r(jià)鍵或基團(tuán)的振動(dòng)有哪些類型？哪種振動(dòng)的頻率較高？哪種振動(dòng)的頻率較低？

答：振動(dòng)光譜有紅外吸收光譜和激光拉曼光譜兩種類型。價(jià)鍵或基團(tuán)的振動(dòng)有伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。其中伸縮振動(dòng)分為對(duì)稱伸縮振動(dòng)和非對(duì)稱伸縮振動(dòng)；彎曲振動(dòng)則分為面內(nèi)彎曲（剪式彎曲振動(dòng)、面內(nèi)搖擺振動(dòng)）和面外彎曲（扭曲振動(dòng)、面外搖擺振動(dòng)）。伸縮振動(dòng)頻率較高，彎曲振動(dòng)頻率較低。

41.說明紅外光譜產(chǎn)生的機(jī)理與條件？

產(chǎn)生機(jī)理：當(dāng)用紅外光波長(zhǎng)范圍的光源照射物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)因受光的作用，引起分子或原子基團(tuán)的振動(dòng)從而產(chǎn)生對(duì)光的吸收。使光的透射強(qiáng)度減弱，用光波波長(zhǎng)（或波數(shù)）對(duì)光的透過率作圖，便可得到紅外光譜產(chǎn)生條件：1）輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量，即振動(dòng)的頻率與紅外光譜譜段的某頻率相等。

2）振動(dòng)中有偶極矩變化

中紅外吸收光譜的區(qū)域如何劃分？答：中紅外光譜區(qū)分成:基團(tuán)頻率區(qū)和指紋區(qū)基團(tuán)頻率區(qū)（官能團(tuán)區(qū)）:4000cm-1-1400cm-1由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認(rèn)，常用于鑒定官能團(tuán)。其中：（1）4000-2500cm-1X-H伸縮振動(dòng)區(qū)，X可以是O、N、C或S等原子。（2）2500-1900為叁鍵和累積雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)。（3）1900-1200cm-1為雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)無機(jī)物中；除水、OH-外，CO2、CO32-、N-H等少數(shù)鍵有振動(dòng)吸收.指紋區(qū):單鍵的伸縮振動(dòng)和變形振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶，與整個(gè)分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。吸收帶數(shù)量密集而復(fù)雜（1）1400cm-1-900cm-1區(qū)域

C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等單鍵的伸縮振動(dòng)

C=S、S=O、P=O等雙鍵的伸縮振動(dòng)吸收。其中1375cm-1的譜帶為甲基的C-H對(duì)稱彎曲振動(dòng)，對(duì)識(shí)別甲基十分有用，C-O的伸縮振動(dòng)在1300~1000cm-1

，是該區(qū)域最強(qiáng)的峰，也較易識(shí)別。（2）900-650cm-1

：確認(rèn)化合物的順反構(gòu)型（3）無機(jī)化合物的紅外吸收基頻基本上都處于1500cm-1以下。

43.利用紅外光譜分析鑒定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的依據(jù)是什么？?jī)?yōu)先考慮什么？

答：依據(jù)：（1）根據(jù)特征頻率判斷基團(tuán)是否存在，要同時(shí)涉及到峰的強(qiáng)度和峰的形狀，即考慮譜峰三要素。（2）同一基團(tuán)的幾種振動(dòng)吸收是同時(shí)存在的，只有當(dāng)基團(tuán)頻率和指紋頻率同時(shí)存在時(shí)，才能判斷基團(tuán)存在。（3）分析時(shí)先看高頻的基團(tuán)頻率，再看低頻區(qū)的指紋頻率。（4）若前面有，后面無，可考慮是否由于峰小出不來；若前面無，后面有，則一定不能判定該基團(tuán)存在。應(yīng)優(yōu)先考慮特征頻率44.何謂拉曼光譜？說明拉曼光譜產(chǎn)生的機(jī)理與條件？

答：拉曼光譜是用單色光束照射在樣品上，產(chǎn)生拉曼效應(yīng)（散射光中散射強(qiáng)度中約有1%的光頻率與入射光束的頻率不同。除在入射光頻率處有一強(qiáng)的瑞利散射線外，在它的較高和較低頻率處還有比它弱得多的譜線），觀察到弱的譜線。拉曼光譜產(chǎn)生條件：分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率與單色光頻率一致且同時(shí)分子的極化率改變。45.拉曼位移是什么？拉曼譜圖的表示法？

答：拉曼位移即為拉曼散射光與入射光頻率之差。它只與能級(jí)差有關(guān)，與入射光波長(zhǎng)無關(guān)。分子由態(tài)到激發(fā)態(tài)產(chǎn)生負(fù)拉曼位移，分子由激發(fā)態(tài)到基態(tài)產(chǎn)生正拉曼位移拉曼譜圖的橫坐標(biāo)為拉曼位移，縱坐標(biāo)為強(qiáng)度。

46.紅外與拉曼活性判斷規(guī)律？指出下列分子的振動(dòng)方式哪些具有紅外活性、哪些具有拉曼活性。為什么？

（1）O2H2

（2）H2O的對(duì)稱伸縮振動(dòng)、反對(duì)稱伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。

答：活性判斷規(guī)律：偶極矩變有紅外活性，反之沒有。極化率變有拉曼活性，反之沒有，有對(duì)稱中心的分子其分子振動(dòng)對(duì)紅外和拉曼之一有活性，則另一非話性，無對(duì)稱中心的分子其分子振動(dòng)對(duì)紅外和拉曼都是有活性的。（1）O2H2

分子的振動(dòng)具有拉曼活性，因?yàn)槠湔駝?dòng)中并沒有偶極矩的變化，有極化率的變化。

（2）H2O的對(duì)稱伸縮振動(dòng)、反對(duì)稱伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)對(duì)紅外和拉曼都具有活性，因?yàn)樗肿訛闊o對(duì)稱中心的分子，其振動(dòng)同時(shí)使偶極矩和極化率產(chǎn)生變化。47.紅外與拉曼光譜分析相比較，拉曼光譜在結(jié)構(gòu)分析中的特點(diǎn)是什么？

答：拉曼光譜是分子對(duì)激光的散射，強(qiáng)度由分子極化率決定，其適用于研究同原子的非極性鍵振動(dòng)，與紅外光譜分析相比，拉曼光譜的特點(diǎn)：1）光譜范圍較紅外光譜寬，為40-4000cm-1；2）水可以作溶劑；3）樣品可盛于玻璃瓶，毛細(xì)管等容器中直接測(cè)定；4）固體樣品可直接測(cè)定；5）激光方向性強(qiáng)，光束發(fā)散?。?-2μ）可測(cè)定一定深度的微區(qū)樣品；如測(cè)包裹體中的物質(zhì)；6)合頻、倍頻諧波少甚至無；圖譜簡(jiǎn)單。

48．什么叫光電效應(yīng)？

答：當(dāng)具有一定能量hν的入射光子與樣品中的原子相互作用時(shí)，單個(gè)光子把全部能量交換給原子某殼層上一個(gè)受束縛的電子，這個(gè)電子就獲得了這個(gè)