2023年RD實(shí)驗(yàn)報(bào)告范文

X射線衍射分析實(shí)驗(yàn)-.【實(shí)驗(yàn)題目】X射線衍

射物相定性分析二

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?guī)定】學(xué)習(xí)了解x射線衍射儀的結(jié)構(gòu)和工作原理;掌握X

射線衍射物相定性分析的方法和環(huán)節(jié);給定實(shí)驗(yàn)樣品，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，做出對(duì)的

分析鑒定結(jié)果。三.【實(shí)驗(yàn)原理】根據(jù)晶體對(duì)x射線的衍射特性-衍射

線的位置、強(qiáng)度及數(shù)量來(lái)鑒定結(jié)晶物質(zhì)之物相的方法，就是x射線物相分析

法。每一種結(jié)晶物質(zhì)都有各自獨(dú)特的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。沒有任何兩種

物質(zhì)，它們的晶胞大小、質(zhì)點(diǎn)種類及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。

因此，當(dāng)X射線被晶體衍射時(shí)，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射把戲，

它們的特性可以用各個(gè)衍射晶面間距d和衍射線的相對(duì)強(qiáng)度I/II來(lái)表征。

其中晶面間距d與晶胞的形狀和大小有關(guān)，相對(duì)強(qiáng)度則與質(zhì)點(diǎn)的種類及其在

晶胞中的位置有關(guān)。所以任何一種結(jié)晶物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)d和I/II是其晶體

結(jié)構(gòu)的必然反映，因而可以根據(jù)它們來(lái)鑒別結(jié)晶物質(zhì)的物相。四.【實(shí)驗(yàn)

儀器】本實(shí)驗(yàn)使用的儀器是D8-AdvanceX射線衍射儀（德國(guó)布魯克制

造）。X射線衍射儀重要由X射線發(fā)生器（X射線管）、測(cè)角儀、X射線探測(cè)

器、計(jì)算機(jī)控制解決系統(tǒng)等組成。衍射儀的結(jié)構(gòu)如圖所示。

X射線管X射線管重要分密閉式和可拆卸式兩種。廣泛使用的是密閉式，由

陰極燈絲、陽(yáng)極、聚焦罩等組成，功率大部分在1~2千瓦。可拆卸式X

射線管又稱旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶，其功率比密閉式大許多倍,一般為12~60千瓦。常

用的X射線靶材有W、Ag、Mo、Ni、Co、Fe、Cr、Cu等。X射線管線焦

點(diǎn)為1xio平方毫米，取出角為3~6度。選擇陽(yáng)極靶的基本規(guī)定:盡也許

避免靶材產(chǎn)生的特性X射線激發(fā)樣品的熒光輻射，以減少衍射把戲的背底，

使圖樣清楚。1.測(cè)角儀測(cè)角儀是粉末X射

線衍射儀的核心部件，重要由索拉光闌、發(fā)散狹縫、接受狹縫、防散射狹

縫、樣品座及閃爍探測(cè)器等組成。（1）衍射儀一般運(yùn)用線焦點(diǎn)作為X射線

源S。假如采用焦斑尺寸為1x10平方毫米的常規(guī)X射線管，出射角6。時(shí)，實(shí)

際有效焦寬為01毫米，成為0.1x10平方毫米的線狀X射線源。（2）從S發(fā)

射的X射線，其水平方向的發(fā)散角被第一個(gè)狹縫限制之后，照射試樣。這個(gè)

狹縫稱為發(fā)散狹縫（DS）,生產(chǎn)廠供應(yīng)1/6。、1/2。、1。、2。、4。的發(fā)散狹縫和測(cè)

角儀調(diào)整用0.05毫米寬的狹縫。（3）從試樣上衍射的X射線束，在F處聚

焦，放在這個(gè)位置的第二個(gè)狹縫，稱為接受狹縫（RS）.生產(chǎn)廠供應(yīng)0.15毫

米、0.3毫米、0.6毫米寬的接受狹縫。（4）第三個(gè)狹縫是防止空氣散射

等非試樣散射X射線進(jìn)入計(jì)數(shù)管，稱為防散射狹縫（SS）。SS和DS配對(duì)，生

產(chǎn)廠供應(yīng)與發(fā)散狹縫的發(fā)射角相同的防散射狹縫。（5）S1、S2稱為索拉狹

縫，是由一組等間距互相平行的薄金屬片組成，它限制入射X射線和衍射線

的垂直方向發(fā)散。索拉狹縫裝在叫做索拉狹縫盒的框架里。這個(gè)框架兼作其

他狹縫插座用，即插入DS,RS和SS.3.X射線探測(cè)記錄裝置衍射儀中常

用的探測(cè)器是閃爍計(jì)數(shù)器（SC）,它是運(yùn)用X射線能在某些固體物質(zhì)（磷光體）

中產(chǎn)生的波長(zhǎng)在可

見光范圍內(nèi)的熒光，這種熒光再轉(zhuǎn)換為可以測(cè)量的電流。由于輸出的電流和

計(jì)數(shù)器吸取的X光子能量成正比，因此可以用來(lái)測(cè)量衍射線的強(qiáng)度。閃爍計(jì)

數(shù)管的發(fā)光體一般是用微量銘活化的碘化鈉（Nai）單晶體。這種晶體經(jīng)X射

線激發(fā)后發(fā)出藍(lán)紫色的光。將這種薄弱的光用光電倍增管來(lái)放大，發(fā)光體的

藍(lán)紫色光激發(fā)光電倍增管的光電面（光陰極）而發(fā)出光電子（一次電子），光電

倍增管電極由10個(gè)左右的聯(lián)極構(gòu)成，由于一次電子在聯(lián)極表面上激發(fā)二次

電子，經(jīng)聯(lián)極放大后電子數(shù)目按幾何級(jí)數(shù)劇增（約106倍），最后輸出幾個(gè)毫

伏的脈沖。4.計(jì)算機(jī)控制、解決裝置D8-Advance衍射儀重要操作都由計(jì)

算機(jī)控制自動(dòng)完畢，掃描操作完畢后，衍射原始數(shù)據(jù)自動(dòng)存入計(jì)算機(jī)硬盤中

供數(shù)據(jù)分析解決。數(shù)據(jù)分析解決涉及平滑點(diǎn)的選擇、背底扣除、自動(dòng)尋峰、

d值計(jì)算，衍射峰強(qiáng)度計(jì)算等。五.【實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇】1.陽(yáng)極靶的選

擇：選擇陽(yáng)極靶的基本規(guī)定:盡也許避免靶材產(chǎn)生的特性X射線激發(fā)樣品的

熒光輻射，以減少衍射把戲的背底，使圖樣清楚。必須根據(jù)試樣

所含元素的種類來(lái)選擇最適宜的特性X射線波長(zhǎng)（靶）。當(dāng)X射線的波長(zhǎng)稍短

于試樣成分元素的吸取限時(shí)，試樣強(qiáng)烈地吸取X射線,并激發(fā)產(chǎn)生成分元素

的熒光X射線，背底增高。其結(jié)果是峰背比（信噪比）P/B低（P為峰強(qiáng)度,B為

背底強(qiáng)度），衍射圖譜難以分清。X射線衍射所能測(cè)定的d值范圍，取決于

所使用的特性X射線的波長(zhǎng)。X射線衍射所需測(cè)定的d值范圍大都在Inm

至0.1nm之間。為了使這一范圍內(nèi)的衍射峰易于分離而被檢測(cè)，需要選擇

合適波長(zhǎng)的特性X射線。一般測(cè)試使用銅靶，但因X射線的波長(zhǎng)與試樣的吸

取有關(guān)，可根據(jù)試樣物質(zhì)的種類分別選用Co、Fe,或Cr靶。此外還可選

用鋁靶，這是由于鋁靶的特性X射線波長(zhǎng)較短，穿透能力強(qiáng)，假如希望在低角處

得到高指數(shù)晶面衍射峰，或?yàn)榱藴p少吸取的影響等，均可選用鋁靶。

2.管電壓和管電流的選擇工作電壓設(shè)定為3~5倍的靶材臨界激發(fā)電

壓。選擇管電流時(shí)功率不能超過(guò)X射線管額定功率，較低的管電流可以延長(zhǎng)

X射線管的壽命。

X射線管經(jīng)常使用的負(fù)荷(管壓和管流的乘積)選為最大允許負(fù)荷的80%左

右。但是，當(dāng)管壓超過(guò)激發(fā)電壓5倍以上時(shí)，強(qiáng)度的增長(zhǎng)率將下降。所以，

在相同負(fù)荷下產(chǎn)生X射線時(shí)，在管壓約為激發(fā)電壓5倍以內(nèi)時(shí)要優(yōu)先考慮管

壓,在更高的管壓下其負(fù)荷可用管流來(lái)調(diào)節(jié)。靶元素的原子序數(shù)越大，激發(fā)

電壓就越高。由于連續(xù)X射線的強(qiáng)度與管壓的平方呈正比，特性X射線與

連續(xù)X射線的強(qiáng)度之比，隨著管壓的增長(zhǎng)接近一個(gè)常數(shù)，當(dāng)管壓超過(guò)激發(fā)電

壓的4~5倍時(shí)反而變小，所以，管壓過(guò)高，信噪比P/B將減少，這是不可

取得的。3.發(fā)散狹縫的選擇(DS)：發(fā)散狹縫(DS)決定了X射線水

平方向的發(fā)散角，限制試樣被X射線照射的面積。假如使用較寬的發(fā)射狹

縫，X射線強(qiáng)度增長(zhǎng)，但在低角處入射X射線超過(guò)試樣范圍，照射到邊上的

試樣架，出現(xiàn)試樣架物質(zhì)的衍射峰或漫散峰，對(duì)定量相分析帶來(lái)不利的影

響。因此有必要按測(cè)定目的選擇合適的發(fā)散狹縫寬度。生產(chǎn)廠家提

供1/6。、1/2。、1。、2。、4。的發(fā)散狹縫，通常定性物相分析選用1。發(fā)散狹

縫，當(dāng)?shù)徒嵌妊苌涮貏e重要時(shí)，可以選用1/2。域1/6。)發(fā)散狹縫。4.防

散射狹縫的選擇(SS):防散射狹縫用來(lái)防止空氣等物資引起的散射X射線

進(jìn)入探測(cè)器，選用SS與DS角度相同。5.接受狹縫的選擇(RS)：

生產(chǎn)廠家提供0.15mm、0.3mm、0.6mm的接受狹縫，接受狹縫的大小影

響衍射線的分辨率。接受狹縫越小，分辨率越高彳行射強(qiáng)度越低。通常物相定

性分析時(shí)使用0.3mm的接受狹縫，精確測(cè)定可使用0.15mm的接受狹

縫。

6.掃描范圍的擬定不同的測(cè)定目的，其掃描范圍也不同。

當(dāng)選用Cu靶進(jìn)行無(wú)機(jī)化合物的相分析時(shí)，掃描范圍一般為90。~2。（2。）;對(duì)于

高分子，有機(jī)化合物的相分析，其掃描范圍一般為60~2。；在定量分析、點(diǎn)陣

參數(shù)測(cè)定期，一般只對(duì)欲測(cè)衍射峰掃描幾度。7.掃描速度的擬定常規(guī)

物相定性分析常采用每分鐘2。或4。的掃描速度，在進(jìn)行點(diǎn)陣參數(shù)測(cè)定,微量分

析或物相定量分析時(shí)，常采用每分鐘1/2?；?/4。的掃描速度。六.【樣

品制備和測(cè)試】X射線衍射分析的樣品重要有粉末樣品、塊狀樣品、薄膜樣

品、纖維樣品等。樣品不同，分析目的不同（定性分析或定量分析），則樣品

制備方法也不同。1.粉末樣品：X射線衍射分析的粉末試樣必需滿足這樣兩

個(gè)條件:晶粒要細(xì)小，試樣無(wú)擇優(yōu)取向（取向排列混亂）。所以，通常將試樣研細(xì)

后使用，可用瑪瑙研缽研細(xì)。定性分析時(shí)粒度應(yīng)小于44微米（350目），定

量分析時(shí)應(yīng)將試樣研細(xì)至10微米左右。較方便地?cái)M定10微米粒度的方法是,

用拇指和中指捏住少量粉末，并碾動(dòng)，兩手指間沒有顆粒感覺的粒度大體為

10微米。常用的粉末樣品架為玻璃試樣架，在玻璃板上蝕刻出試樣填充區(qū)為

20x18平方毫米。玻璃樣品架重要用于粉末試樣較少時(shí)（約少于500立方毫

米）使用。充填時(shí)，將試樣粉末一點(diǎn)一點(diǎn)地放進(jìn)試樣填充區(qū)，反復(fù)這種操作，

使粉末試樣在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實(shí)，規(guī)定試樣面與玻璃表面

齊平。假如試樣的量少到不能充足填滿試樣填充區(qū)，可在玻璃試樣架凹槽里

先滴一薄層用醋酸戊酯稀釋的火棉膠溶液，然后將粉末試樣撒在上面，待干

燥后測(cè)試。2.塊狀樣品：先將塊狀樣品表面研磨拋光，大小不超過(guò)

20x18平方毫米，然后用橡皮泥將樣品粘在鋁樣品支架上，規(guī)定樣品表面與

鋁樣品支架表面平齊。3.微量樣品:取微量樣品放入瑪瑙研缽中將其研

細(xì)，然后將研細(xì)的樣品放在單晶硅樣品支架上（切割單晶硅樣品支架時(shí)使其

表面不滿足衍射條件），滴數(shù)滴無(wú)水乙醇使微量樣品在單晶硅片上分散均勻，

待乙醇完全揮發(fā)后即可測(cè)試。4.薄膜樣品制備：將薄膜樣品剪成合

適大小，用膠帶紙粘在玻璃樣品支架上即可。

樣品測(cè)試：（1）樣品制備將要測(cè)試的樣品用瑪瑙

碾缽磨成粉末，填充到試樣架中，并用玻璃板壓平實(shí)，使試樣面與玻璃表面齊

平；（2）開機(jī)操作啟動(dòng)循環(huán)水泵，打開電腦；待數(shù)分鐘后，啟動(dòng)xrd主機(jī),

打開X光管高壓電源。打開計(jì)算機(jī)X射線衍射儀應(yīng)用軟件XRDComman

der,設(shè)立合適的衍射條件及參數(shù)，開始樣品測(cè)試。（3）停機(jī)操作測(cè)

量完畢，緩慢減少管電流、管電壓至最小值，關(guān)閉X光管電源;取出試樣,?10

分鐘后關(guān)閉循環(huán)水泵，關(guān)閉水源。七.【數(shù)據(jù)解決】測(cè)試完畢后，可

將樣品測(cè)試數(shù)據(jù)存入磁盤供隨時(shí)調(diào)出解決。原始數(shù)據(jù)需通過(guò)曲線平滑，Ka2

扣除，譜峰尋找等數(shù)據(jù)解決環(huán)節(jié),最后打印出待分析試樣衍射曲線和d值、

20、強(qiáng)度、衍射峰寬等數(shù)據(jù)供分析鑒定。八.【物相定性分析方法】X射線

衍射物相定性分析方法有以下幾種：1.三強(qiáng)線法：（1）從前反射區(qū)（29<90

中選取強(qiáng)度最大的三根線，并使其d值按強(qiáng)度遞減的順序排列。（2）在數(shù)

字索引中找到相應(yīng)的dl（最強(qiáng)線的面間距）組。（3）按次強(qiáng)線的面間距（12

找到接近的幾列。（4）檢查這幾列數(shù)據(jù)中的第三個(gè)d值是否與待測(cè)樣的數(shù)據(jù)

相應(yīng),再查看第四至第八強(qiáng)線數(shù)據(jù)并進(jìn)行對(duì)照，最后從中找出最也許的物相

及其卡片號(hào)。（5）找出也許的標(biāo)準(zhǔn)卡片，將實(shí)驗(yàn)所得d及I/I1跟卡片上的數(shù)

據(jù)具體對(duì)照，假如完全符合,物相鑒定即告完畢。假如待測(cè)樣的數(shù)據(jù)

與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)不符，則須重新排列組合并反復(fù)（2）~（5）的檢索手續(xù)。如為多

相物質(zhì)，當(dāng)找出第一物相之后，可將其線條剔出,并將留下線條的強(qiáng)度重新歸

一化，再按過(guò)程（1）~（5）進(jìn)行檢索，直到得出對(duì)的答案。

3.特性峰法：對(duì)于經(jīng)常使用的樣品，其衍射譜圖應(yīng)當(dāng)充足了解掌

握，可根據(jù)其譜圖特性進(jìn)行初步判斷。例如在26.5度左右有一強(qiáng)峰，在68

度左右有五指峰出現(xiàn)，則可初步鑒定樣品含S1020