第四章X射線衍射實(shí)驗(yàn)方法

1、v 德拜法（德拜德拜法（德拜-謝樂(lè)法）謝樂(lè)法）v 照相法照相法 聚焦法聚焦法v多晶體衍射方法多晶體衍射方法 針孔法針孔法 v 衍射儀法衍射儀法 v 勞埃（勞埃（Laue）法）法v單晶體衍射方法單晶體衍射方法 周轉(zhuǎn)晶體法周轉(zhuǎn)晶體法 v 四圓衍射儀四圓衍射儀(近年來(lái)在綜合衍射儀法與周轉(zhuǎn)晶近年來(lái)在綜合衍射儀法與周轉(zhuǎn)晶體法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的單晶體衍射方法體法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的單晶體衍射方法, 已成為單晶體結(jié)構(gòu)分析最有效已成為單晶體結(jié)構(gòu)分析最有效的方法。的方法。 ) 第四章第四章 X射線衍射實(shí)驗(yàn)方法射線衍射實(shí)驗(yàn)方法4.1 多晶體衍射方法多晶體衍射方法一、（粉末）照相法（粉末）照相法（粉末）照相法以光源（粉末

2、）照相法以光源（X射線管）發(fā)出的射線管）發(fā)出的單色光單色光（特征（特征X射線，一般為射線，一般為K 射線）照射（粉末）多晶射線）照射（粉末）多晶體（體（圓柱形）樣品圓柱形）樣品，用，用底片記錄底片記錄產(chǎn)生的衍射線。產(chǎn)生的衍射線。因其軸線與樣品軸線重合的圓柱形底片記錄者稱為因其軸線與樣品軸線重合的圓柱形底片記錄者稱為德拜（德拜（Debye）法）法；底片、試樣、底片、試樣、X射線源均位于圓周上，稱為射線源均位于圓周上，稱為聚焦法聚焦法用平板底片記錄者稱為用平板底片記錄者稱為針孔法針孔法。較早的較早的X射線衍射分析多采用照相法，而德拜法是射線衍射分析多采用照相法，而德拜法是常用的照相法，一般稱照相法

3、即指德拜法，德拜法常用的照相法，一般稱照相法即指德拜法，德拜法照相裝置稱照相裝置稱德拜相機(jī)德拜相機(jī) Debye照相法德德拜拜法法的的衍衍射射花花樣樣德拜法的試樣制備德拜法的試樣制備v首先，試樣必須具有代表性；其次試樣粉末尺寸大首先，試樣必須具有代表性；其次試樣粉末尺寸大小要適中，第三是試樣粉末不能存在應(yīng)力小要適中，第三是試樣粉末不能存在應(yīng)力 v脆性材料可以用碾壓或用研缽研磨的方法獲??；對(duì)脆性材料可以用碾壓或用研缽研磨的方法獲??；對(duì)于塑性材料（如金屬、合金等）可以用銼刀銼出碎于塑性材料（如金屬、合金等）可以用銼刀銼出碎屑粉末屑粉末 v德拜法中的試樣尺寸為德拜法中的試樣尺寸為0.4-0.80.4-

4、0.85-10mm5-10mm的圓柱樣的圓柱樣品。制備方法有：（品。制備方法有：（1 1）用細(xì)玻璃絲涂上膠水后，捻）用細(xì)玻璃絲涂上膠水后，捻動(dòng)玻璃絲粘結(jié)粉末。（動(dòng)玻璃絲粘結(jié)粉末。（2 2）采用石英毛細(xì)管、玻璃毛）采用石英毛細(xì)管、玻璃毛細(xì)管來(lái)制備試樣。將粉末填入石英毛細(xì)管或玻璃毛細(xì)管來(lái)制備試樣。將粉末填入石英毛細(xì)管或玻璃毛細(xì)管中即制成試樣。（細(xì)管中即制成試樣。（3 3）用膠水將粉末調(diào)成糊狀注）用膠水將粉末調(diào)成糊狀注入毛細(xì)管中，從一端擠出入毛細(xì)管中，從一端擠出2-3mm2-3mm長(zhǎng)作為試樣。長(zhǎng)作為試樣。底片的安裝底片的安裝 德拜相機(jī)底片安裝方法德拜相機(jī)底片安裝方法（a）正裝法）正裝法 （b）反裝法

5、）反裝法 （c）偏裝法）偏裝法 衍射花樣照片的測(cè)量與計(jì)算衍射花樣照片的測(cè)量與計(jì)算 v衍射線條幾何位置測(cè)量可以在專用的底片測(cè)量尺上進(jìn)行，衍射線條幾何位置測(cè)量可以在專用的底片測(cè)量尺上進(jìn)行，用帶游標(biāo)的量片尺可以測(cè)得線對(duì)之間的距離用帶游標(biāo)的量片尺可以測(cè)得線對(duì)之間的距離2L2L，且精度可，且精度可達(dá)達(dá)0.02-0.1mm0.02-0.1mm。用比長(zhǎng)儀測(cè)量，精度可以更高。用比長(zhǎng)儀測(cè)量，精度可以更高。 v當(dāng)采用當(dāng)采用114.6114.6的德拜相機(jī)時(shí)，測(cè)量的衍射線弧對(duì)間距（的德拜相機(jī)時(shí)，測(cè)量的衍射線弧對(duì)間距（2L2L）每毫米對(duì)應(yīng)的每毫米對(duì)應(yīng)的22角為角為1 1；v若采用若采用57.357.3的德拜相機(jī)時(shí)，測(cè)量

6、的衍射線弧對(duì)間距（的德拜相機(jī)時(shí)，測(cè)量的衍射線弧對(duì)間距（2L2L）每毫米對(duì)應(yīng)的每毫米對(duì)應(yīng)的22角為角為2 2。v實(shí)際上由于底片伸縮、試樣偏心、相機(jī)尺寸不準(zhǔn)等因素的實(shí)際上由于底片伸縮、試樣偏心、相機(jī)尺寸不準(zhǔn)等因素的影響，真實(shí)相機(jī)尺寸應(yīng)該加以修正。影響，真實(shí)相機(jī)尺寸應(yīng)該加以修正。 v德拜相衍射線弧對(duì)的強(qiáng)度通常是相對(duì)強(qiáng)度，當(dāng)要求精度不德拜相衍射線弧對(duì)的強(qiáng)度通常是相對(duì)強(qiáng)度，當(dāng)要求精度不高時(shí)，這個(gè)相對(duì)強(qiáng)度常常是估計(jì)值，按很強(qiáng)（高時(shí)，這個(gè)相對(duì)強(qiáng)度常常是估計(jì)值，按很強(qiáng)（VSVS）、強(qiáng)）、強(qiáng)（S S）、中（）、中（M M）、弱（）、弱（W W）和很弱（）和很弱（VWVW）分成）分成5 5個(gè)級(jí)別。精個(gè)級(jí)別。精度要

7、求較高時(shí)，則可以用黑度儀測(cè)量出每條衍射線弧對(duì)的度要求較高時(shí)，則可以用黑度儀測(cè)量出每條衍射線弧對(duì)的黑度值，再求出其相對(duì)強(qiáng)度。精度要求更高時(shí)，強(qiáng)度的測(cè)黑度值，再求出其相對(duì)強(qiáng)度。精度要求更高時(shí)，強(qiáng)度的測(cè)量需要依靠量需要依靠X X射線衍射儀射線衍射儀來(lái)完成。來(lái)完成。 衍射花樣的測(cè)量和計(jì)算 v主要是通過(guò)測(cè)量底片上衍射線條的相對(duì)位置計(jì)算主要是通過(guò)測(cè)量底片上衍射線條的相對(duì)位置計(jì)算 角（并角（并確定各衍射線條的相對(duì)強(qiáng)度）。（確定各衍射線條的相對(duì)強(qiáng)度）。（HKL）衍射弧對(duì)與其）衍射弧對(duì)與其 角的關(guān)系如下圖所示。角的關(guān)系如下圖所示。 衍射弧對(duì)與衍射弧對(duì)與 角的關(guān)系角的關(guān)系 對(duì)于對(duì)于前反射區(qū)前反射區(qū)（2 90 ），

8、有），有2L R4 （ 為弧度）。為弧度）。若若 用角度表示，則有用角度表示，則有 式中，式中， 90 。 當(dāng)相機(jī)直徑當(dāng)相機(jī)直徑2R57.3mm時(shí)，由上述二式有時(shí)，由上述二式有 應(yīng)用上述各式計(jì)算應(yīng)用上述各式計(jì)算 時(shí)，時(shí)， 值受相機(jī)半徑誤差和底片收縮值受相機(jī)半徑誤差和底片收縮誤差等的影響誤差等的影響。 RLRL43 .572236042RL43 .572 衍射花樣標(biāo)定衍射花樣標(biāo)定v完成上述測(cè)量后，我們可以獲得衍射花樣中每條線完成上述測(cè)量后，我們可以獲得衍射花樣中每條線所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的22角，根據(jù)布拉格方程可以求出產(chǎn)生衍角，根據(jù)布拉格方程可以求出產(chǎn)生衍射的晶面面間距射的晶面面間距d d。v如果樣品

9、晶體結(jié)構(gòu)是已知的，則可以立即標(biāo)定每個(gè)如果樣品晶體結(jié)構(gòu)是已知的，則可以立即標(biāo)定每個(gè)線對(duì)的晶面指數(shù)；線對(duì)的晶面指數(shù)；v如果晶體結(jié)構(gòu)是未知的，則需要參考試樣的化學(xué)成如果晶體結(jié)構(gòu)是未知的，則需要參考試樣的化學(xué)成分、加工工藝過(guò)程等進(jìn)行嘗試標(biāo)定。分、加工工藝過(guò)程等進(jìn)行嘗試標(biāo)定。v在七大晶系中，立方晶體的衍射花樣指標(biāo)化相對(duì)簡(jiǎn)在七大晶系中，立方晶體的衍射花樣指標(biāo)化相對(duì)簡(jiǎn)單，其它晶系指標(biāo)化都較復(fù)雜。本節(jié)僅介紹立方晶單，其它晶系指標(biāo)化都較復(fù)雜。本節(jié)僅介紹立方晶系指標(biāo)化的方法系指標(biāo)化的方法 。衍射花樣標(biāo)定衍射花樣標(biāo)定2222222222222224(4sin2aSinLKHLKHaSinLKHaddHKL）對(duì)于立方

10、晶系，假設(shè)對(duì)于立方晶系，假設(shè)晶格常數(shù)晶格常數(shù)a未知，可通未知，可通過(guò)過(guò) 的比值順序和衍射線的比值順序和衍射線的相對(duì)強(qiáng)度（多重因的相對(duì)強(qiáng)度（多重因子）兩個(gè)方面之來(lái)定。子）兩個(gè)方面之來(lái)定。2Sin相機(jī)的分辨本領(lǐng) 照相機(jī)的照相機(jī)的分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)可以可以用衍射花樣中兩條相鄰用衍射花樣中兩條相鄰線條的分離程度來(lái)定量線條的分離程度來(lái)定量表征：它表示晶面間距表征：它表示晶面間距變化時(shí)引起衍射線條位變化時(shí)引起衍射線條位置相對(duì)改變的靈敏程度。置相對(duì)改變的靈敏程度。假如，面間距假如，面間距d發(fā)生微小發(fā)生微小改變值改變值d，而在衍射花，而在衍射花樣中引起線條位置的相樣中引起線條位置的相對(duì)變化為對(duì)變化為L(zhǎng)，則相機(jī)的

11、，則相機(jī)的分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)可以表示為可以表示為tan2RddL 從上式可以看出，相機(jī)的分辨本領(lǐng)與以下幾個(gè)因素有關(guān)從上式可以看出，相機(jī)的分辨本領(lǐng)與以下幾個(gè)因素有關(guān) 1)相機(jī)半徑相機(jī)半徑R越大，分辨本領(lǐng)越高。這是利用大直徑機(jī)相的越大，分辨本領(lǐng)越高。這是利用大直徑機(jī)相的主要優(yōu)點(diǎn)。但是機(jī)相直徑的增大，會(huì)延長(zhǎng)曝光時(shí)間，并增主要優(yōu)點(diǎn)。但是機(jī)相直徑的增大，會(huì)延長(zhǎng)曝光時(shí)間，并增加由空氣散射而引起的衍射背影。加由空氣散射而引起的衍射背影。 2)角越大，分辨本領(lǐng)越高。所以衍射花樣中高角度線條角越大，分辨本領(lǐng)越高。所以衍射花樣中高角度線條的的K1和和K2雙線可明顯的分開(kāi)。雙線可明顯的分開(kāi)。 3)x射線的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，分

12、辨本領(lǐng)越高。所以為了提高相機(jī)的射線的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，分辨本領(lǐng)越高。所以為了提高相機(jī)的分辨本領(lǐng)，在條件允許的情況下。應(yīng)盡量采用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的分辨本領(lǐng)，在條件允許的情況下。應(yīng)盡量采用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的x射線源。射線源。 4)面間距越大，分辨本領(lǐng)越低。因此，在分析大晶胞的試面間距越大，分辨本領(lǐng)越低。因此，在分析大晶胞的試樣時(shí)，應(yīng)盡可能選用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的樣時(shí)，應(yīng)盡可能選用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的x射線源，以便抵償由于晶射線源，以便抵償由于晶胞過(guò)大對(duì)分辨本領(lǐng)的不良影響。胞過(guò)大對(duì)分辨本領(lǐng)的不良影響。222)(42sin1sin2ndnRR4.2 X射線衍射儀射線衍射儀 照相法是較原始的方法，可以記錄晶體衍射的全部信息，照相法是較原始的方法，

13、可以記錄晶體衍射的全部信息，設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，在試樣只有設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，在試樣只有1mg左右時(shí)也可以分析；但左右時(shí)也可以分析；但是，攝照時(shí)間長(zhǎng)，需要是，攝照時(shí)間長(zhǎng)，需要10-20h，且衍射線強(qiáng)度靠照片的黑度來(lái)，且衍射線強(qiáng)度靠照片的黑度來(lái)估計(jì)，準(zhǔn)確度不高。估計(jì)，準(zhǔn)確度不高。 衍射儀試樣需達(dá)衍射儀試樣需達(dá)0.5g左右，優(yōu)點(diǎn)多：速度快，強(qiáng)度記錄較左右，優(yōu)點(diǎn)多：速度快，強(qiáng)度記錄較精確，信息量大，分析簡(jiǎn)便，試樣制備簡(jiǎn)單。精確，信息量大，分析簡(jiǎn)便，試樣制備簡(jiǎn)單。vX射線衍射儀是廣泛使用的射線衍射儀是廣泛使用的X射線衍射裝置。射線衍射裝置。1913年布拉格父子設(shè)計(jì)的年布拉格父子設(shè)計(jì)的X射線衍射裝置是衍

14、射線衍射裝置是衍射儀的早期雛形，經(jīng)過(guò)了近百年的演變發(fā)展射儀的早期雛形，經(jīng)過(guò)了近百年的演變發(fā)展,X射線衍射儀的主要組成部分射線衍射儀的主要組成部分:v1.X射線發(fā)生器；射線發(fā)生器； v2.衍射測(cè)角儀衍射測(cè)角儀；v3.輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器；v4.測(cè)量電路；測(cè)量電路；v5.控制操作和運(yùn)行軟件的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？刂撇僮骱瓦\(yùn)行軟件的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。X射線衍射儀構(gòu)成示意圖 高分辨衍射儀高分辨衍射儀（D8-Discovre型，型，Bruker公司公司1999年產(chǎn)品）年產(chǎn)品）X X射線衍射儀射線衍射儀測(cè)角儀簡(jiǎn)介測(cè)角儀簡(jiǎn)介 測(cè)角儀是測(cè)角儀是X射線的射線的核心組成部分，相當(dāng)核心組成部分，相當(dāng)于照相法中的相機(jī)于照相

15、法中的相機(jī)1.試樣臺(tái)試樣臺(tái) 試樣臺(tái)位于測(cè)角儀中試樣臺(tái)位于測(cè)角儀中心，試樣臺(tái)的中心軸與心，試樣臺(tái)的中心軸與測(cè)角儀的中心軸測(cè)角儀的中心軸(垂直圖垂直圖面面)重合。重合。 試樣臺(tái)既可以繞測(cè)角試樣臺(tái)既可以繞測(cè)角儀中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又可以儀中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又可以繞自身中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。繞自身中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 2. X射線源射線源 X射線源是由射線源是由X射射線管的靶線管的靶T上的線狀上的線狀焦點(diǎn)焦點(diǎn)S發(fā)出的，發(fā)出的，S垂直垂直于紙面，位于以于紙面，位于以O(shè)為為中心的圓周上，與中心的圓周上，與O軸平行。軸平行。 測(cè)角儀要求與測(cè)角儀要求與射線管的線焦斑聯(lián)接射線管的線焦斑聯(lián)接使用，線焦斑的長(zhǎng)邊使用，線焦斑的長(zhǎng)邊與測(cè)角儀中心軸平行

16、。與測(cè)角儀中心軸平行。3. 光路布置光路布置 發(fā)散的發(fā)散的X射線由射線由S發(fā)出，投射到試樣上，衍射發(fā)出，投射到試樣上，衍射線中可以收斂的部分在光闌線中可以收斂的部分在光闌F處形成焦點(diǎn)，然后處形成焦點(diǎn)，然后進(jìn)入計(jì)數(shù)管進(jìn)入計(jì)數(shù)管G。A,B是為獲得平行的入射線和衍是為獲得平行的入射線和衍射線而特制的狹縫。射線而特制的狹縫。 4. 測(cè)角儀臺(tái)面測(cè)角儀臺(tái)面 狹縫狹縫B,光闌光闌F和和計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)管G固定于測(cè)固定于測(cè)角儀臺(tái)面上，臺(tái)面角儀臺(tái)面上，臺(tái)面可以繞可以繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，角位置可以從刻度角位置可以從刻度盤(pán)盤(pán)K上讀取。上讀取。5. 測(cè)量動(dòng)作測(cè)量動(dòng)作 樣品臺(tái)和測(cè)角樣品臺(tái)和測(cè)角儀臺(tái)可以分別繞儀臺(tái)可以分別繞O軸

17、轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以機(jī)械連動(dòng)，機(jī)械連動(dòng)械連動(dòng)，機(jī)械連動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足時(shí)應(yīng)滿足-2連動(dòng)連動(dòng)關(guān)系，以保證關(guān)系，以保證X射射線在板狀試樣表面線在板狀試樣表面的入射角等于反射的入射角等于反射角。角。測(cè)角儀的衍射幾何衍射幾何的關(guān)鍵問(wèn)題：衍射幾何的關(guān)鍵問(wèn)題：1 1）滿足滿足BraggBragg方程反射條件；方程反射條件；2 2）滿足衍射線的聚焦條件：滿足衍射線的聚焦條件： 為達(dá)到聚焦的目的，使為達(dá)到聚焦的目的，使X X射線的焦點(diǎn)射線的焦點(diǎn) S S，樣品表面，樣品表面O O，計(jì)，計(jì)數(shù)器接收光闌數(shù)器接收光闌F F位于聚焦圓上。位于聚焦圓上。 光源固定，與試樣間的距離不變，計(jì)數(shù)管和接收光闌在光源固定，與試樣間

18、的距離不變，計(jì)數(shù)管和接收光闌在測(cè)角儀圓上移動(dòng)，聚焦圓半徑變化。測(cè)角儀圓上移動(dòng)，聚焦圓半徑變化。 聚焦圓半徑聚焦圓半徑r r，測(cè)角儀圓半徑，測(cè)角儀圓半徑R R的關(guān)系：的關(guān)系：r=R/2sinr=R/2sin 為了保證聚焦，試樣表面曲率與聚焦圓應(yīng)當(dāng)相同。但聚為了保證聚焦，試樣表面曲率與聚焦圓應(yīng)當(dāng)相同。但聚焦圓半徑變化，如何解決？平板試樣，始終與聚焦圓相切，焦圓半徑變化，如何解決？平板試樣，始終與聚焦圓相切，即聚熊圓的圓心永遠(yuǎn)位于試樣表面的法線上。為了做到達(dá)即聚熊圓的圓心永遠(yuǎn)位于試樣表面的法線上。為了做到達(dá)一點(diǎn)，還必須讓試樣表面與計(jì)數(shù)器保持一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一點(diǎn)，還必須讓試樣表面與計(jì)數(shù)器保持一定的對(duì)應(yīng)

19、關(guān)系，即當(dāng)計(jì)數(shù)器處于即當(dāng)計(jì)數(shù)器處于2角的位置時(shí)，試樣表面與入射線的掠射角的位置時(shí)，試樣表面與入射線的掠射角應(yīng)為角應(yīng)為。為了能隨時(shí)保持這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，衍射儀應(yīng)使試。為了能隨時(shí)保持這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，衍射儀應(yīng)使試樣與計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度保持樣與計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度保持1：2的速度比，這便是的速度比，這便是 -2連動(dòng)的主要原因之一。連動(dòng)的主要原因之一。 輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器 v作用作用是接收樣品衍射線是接收樣品衍射線(光子光子)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡?瞬時(shí)瞬時(shí)脈沖脈沖)信號(hào)。信號(hào)。v正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器v蓋革計(jì)數(shù)器蓋革計(jì)數(shù)器 v閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器v閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器與與正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器是目前使用最為普

20、遍的是目前使用最為普遍的計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器。v要求要求定量定量關(guān)系較為準(zhǔn)確的情況下習(xí)慣使用關(guān)系較為準(zhǔn)確的情況下習(xí)慣使用正比計(jì)正比計(jì)數(shù)器數(shù)器，蓋革計(jì)數(shù)器的使用已逐漸減少。，蓋革計(jì)數(shù)器的使用已逐漸減少。v除此以外，還有鋰除此以外，還有鋰漂移硅計(jì)數(shù)器漂移硅計(jì)數(shù)器(原子固體探測(cè)器原子固體探測(cè)器)等。等。 正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器 正比計(jì)數(shù)器和蓋革計(jì)數(shù)器都是以正比計(jì)數(shù)器和蓋革計(jì)數(shù)器都是以氣體電離氣體電離為基礎(chǔ)的。正比計(jì)數(shù)器由一為基礎(chǔ)的。正比計(jì)數(shù)器由一個(gè)充氣的金屬筒和一根金屬絲構(gòu)成。圓筒窗口上蓋有一層對(duì)個(gè)充氣的金屬筒和一根金屬絲構(gòu)成。圓筒窗口上蓋有一層對(duì)x射線透明的射線透明的云母或鈹片。當(dāng)裝置電壓為云母或鈹片。當(dāng)

21、裝置電壓為600-900v時(shí)，射入的時(shí)，射入的x射線一部分能量通過(guò)，射線一部分能量通過(guò)，大部分能量被氣體吸收，使圓筒中的氣體產(chǎn)生電離。大部分能量被氣體吸收，使圓筒中的氣體產(chǎn)生電離。 在電場(chǎng)作用下，電子向陽(yáng)極絲運(yùn)動(dòng)，而帶正電的離子向陰極圓筒運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)作用下，電子向陽(yáng)極絲運(yùn)動(dòng)，而帶正電的離子向陰極圓筒運(yùn)動(dòng)，由于電場(chǎng)強(qiáng)度很高，原來(lái)電離時(shí)產(chǎn)生的電子在向陽(yáng)極絲運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中加速。由于電場(chǎng)強(qiáng)度很高，原來(lái)電離時(shí)產(chǎn)生的電子在向陽(yáng)極絲運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中加速。這些電子再與氣體碰撞時(shí)，將引起進(jìn)一步的電離，如此反復(fù)后，吸收一個(gè)這些電子再與氣體碰撞時(shí)，將引起進(jìn)一步的電離，如此反復(fù)后，吸收一個(gè)x射線光子所能電離的原子數(shù)要比電射

22、線光子所能電離的原子數(shù)要比電離室多離室多103-105倍。即產(chǎn)生了倍。即產(chǎn)生了“雪崩效應(yīng)雪崩效應(yīng)”的氣體放大作用。的氣體放大作用。 每個(gè)每個(gè)x射線光子進(jìn)入計(jì)數(shù)管射線光子進(jìn)入計(jì)數(shù)管產(chǎn)生一次電子雪崩，大量電子產(chǎn)生一次電子雪崩，大量電子涌到陽(yáng)極絲，從而在外電路中涌到陽(yáng)極絲，從而在外電路中產(chǎn)生一個(gè)易于探測(cè)的電流脈沖。產(chǎn)生一個(gè)易于探測(cè)的電流脈沖。這種脈沖的電荷瞬時(shí)地加到電這種脈沖的電荷瞬時(shí)地加到電容器上，經(jīng)過(guò)連接在電容器上容器上，經(jīng)過(guò)連接在電容器上的脈沖速率計(jì)等探測(cè)，再通過(guò)的脈沖速率計(jì)等探測(cè)，再通過(guò)一個(gè)大電阻一個(gè)大電阻R1漏掉。漏掉。當(dāng)電壓一定時(shí)，正比計(jì)數(shù)器所產(chǎn)當(dāng)電壓一定時(shí)，正比計(jì)數(shù)器所產(chǎn)生的生的脈沖大

23、小脈沖大小和它所吸收的和它所吸收的X射線射線光子能量光子能量成成正比正比。Cu K光子能量為光子能量為9000ev,電壓脈沖為電壓脈沖為1.0毫伏毫伏Mo K光子的能量為光子的能量為20000ev，電壓脈沖為電壓脈沖為2.2毫伏。毫伏。正由于這一點(diǎn)，用正比計(jì)數(shù)器測(cè)正由于這一點(diǎn)，用正比計(jì)數(shù)器測(cè)定衍射強(qiáng)度就比較可靠。計(jì)數(shù)非定衍射強(qiáng)度就比較可靠。計(jì)數(shù)非常迅速，它能分辨輸入速率高達(dá)常迅速，它能分辨輸入速率高達(dá)610/秒的分離脈沖。秒的分離脈沖。蓋革計(jì)數(shù)器蓋革計(jì)數(shù)器 當(dāng)正比計(jì)數(shù)器所示裝置的兩級(jí)間電壓提高到當(dāng)正比計(jì)數(shù)器所示裝置的兩級(jí)間電壓提高到900-1500V時(shí)，就變成了蓋革計(jì)數(shù)器。時(shí)，就變成了蓋革計(jì)數(shù)

24、器。 與正比計(jì)算器的主要差別在于：與正比計(jì)算器的主要差別在于： 1. 蓋革計(jì)數(shù)器的氣體放大倍數(shù)非常大，約蓋革計(jì)數(shù)器的氣體放大倍數(shù)非常大，約108-109數(shù)量級(jí)，產(chǎn)生的脈沖達(dá)數(shù)量級(jí)，產(chǎn)生的脈沖達(dá)1-10V； 2.蓋革計(jì)數(shù)器的輸出脈沖大約相同，與引起原始蓋革計(jì)數(shù)器的輸出脈沖大約相同，與引起原始電離的電離的x射線光子能量無(wú)關(guān)；射線光子能量無(wú)關(guān)； 3. 蓋革計(jì)數(shù)管內(nèi)的氣體選用，希望對(duì)入射光子蓋革計(jì)數(shù)管內(nèi)的氣體選用，希望對(duì)入射光子具有較高的吸收效率，以提高靈敏度。不同氣體對(duì)具有較高的吸收效率，以提高靈敏度。不同氣體對(duì)不同波長(zhǎng)的不同波長(zhǎng)的X射線的吸收不同。充氪氣的蓋革計(jì)數(shù)管射線的吸收不同。充氪氣的蓋革計(jì)數(shù)

25、管對(duì)各種波長(zhǎng)的吸收都很強(qiáng)，靈敏度高，充氬氣的僅對(duì)各種波長(zhǎng)的吸收都很強(qiáng)，靈敏度高，充氬氣的僅對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)（大于對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)（大于CuK）的輻射吸收較強(qiáng)。）的輻射吸收較強(qiáng)。 計(jì)數(shù)器在發(fā)出兩次脈沖之間計(jì)數(shù)器在發(fā)出兩次脈沖之間的時(shí)間為計(jì)數(shù)器不靈敏時(shí)間，稱的時(shí)間為計(jì)數(shù)器不靈敏時(shí)間，稱為為死時(shí)間死時(shí)間，約，約(1-3)10-4s。 如果如果X射線光子在兩次脈沖射線光子在兩次脈沖之間進(jìn)入計(jì)數(shù)器，則這個(gè)光子被之間進(jìn)入計(jì)數(shù)器，則這個(gè)光子被漏計(jì)了，稱漏計(jì)了，稱計(jì)數(shù)損失計(jì)數(shù)損失。普通蓋革計(jì)數(shù)器的死時(shí)間為普通蓋革計(jì)數(shù)器的死時(shí)間為10-4s，則當(dāng)，則當(dāng)x射線光子呈理想的射線光子呈理想的周期性進(jìn)入計(jì)數(shù)器中，脈沖速率應(yīng)達(dá)周期性進(jìn)入

26、計(jì)數(shù)器中，脈沖速率應(yīng)達(dá)10000脈沖脈沖/秒。但是，秒。但是，由于由于x射線光子射入計(jì)數(shù)器的時(shí)間間隔時(shí)無(wú)規(guī)則的，即使光射線光子射入計(jì)數(shù)器的時(shí)間間隔時(shí)無(wú)規(guī)則的，即使光子達(dá)到的平均數(shù)低于計(jì)數(shù)器的脈沖速率，也有可能出現(xiàn)兩個(gè)子達(dá)到的平均數(shù)低于計(jì)數(shù)器的脈沖速率，也有可能出現(xiàn)兩個(gè)光子到達(dá)的時(shí)間間隔小于計(jì)數(shù)器的死時(shí)間，而發(fā)生漏計(jì)現(xiàn)象。光子到達(dá)的時(shí)間間隔小于計(jì)數(shù)器的死時(shí)間，而發(fā)生漏計(jì)現(xiàn)象。對(duì)脈沖速率的增加，漏計(jì)加大。因此，設(shè)計(jì)多室蓋革計(jì)數(shù)器，對(duì)脈沖速率的增加，漏計(jì)加大。因此，設(shè)計(jì)多室蓋革計(jì)數(shù)器，可提高無(wú)漏計(jì)的脈沖速率?？商岣邿o(wú)漏計(jì)的脈沖速率。閃爍探測(cè)器 閃爍計(jì)數(shù)器室利用閃爍計(jì)數(shù)器室利用X射線激發(fā)某種物質(zhì)會(huì)射線

27、激發(fā)某種物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生可見(jiàn)熒光，且熒光的多少與產(chǎn)生可見(jiàn)熒光，且熒光的多少與X射線強(qiáng)度成射線強(qiáng)度成正比的特性制造的。正比的特性制造的。 由于熒光量很小，必須利用光電倍增管才由于熒光量很小，必須利用光電倍增管才能獲得一個(gè)可測(cè)的輸出信號(hào)。能獲得一個(gè)可測(cè)的輸出信號(hào)。閃爍探測(cè)器構(gòu)造示意圖 分辨時(shí)間達(dá)分辨時(shí)間達(dá)108秒數(shù)量級(jí)。秒數(shù)量級(jí)。 用來(lái)探測(cè)用來(lái)探測(cè)X射線的物質(zhì)一般是用少量射線的物質(zhì)一般是用少量Tl(鉈鉈) 活化的活化的NaI 單晶體。單晶體。 當(dāng)晶體中吸收一個(gè)當(dāng)晶體中吸收一個(gè)X射線光子時(shí)便在晶體上產(chǎn)生一個(gè)閃光，射線光子時(shí)便在晶體上產(chǎn)生一個(gè)閃光，閃光射入光電倍增管的光敏陰極上激發(fā)出許多電子。光電倍增閃光射

28、入光電倍增管的光敏陰極上激發(fā)出許多電子。光電倍增管的特殊設(shè)計(jì)可以使一個(gè)電子倍增到管的特殊設(shè)計(jì)可以使一個(gè)電子倍增到106-107個(gè)電子，從而產(chǎn)生個(gè)電子，從而產(chǎn)生高達(dá)幾伏的脈沖。高達(dá)幾伏的脈沖。閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)測(cè)量電路計(jì)數(shù)測(cè)量電路 將探測(cè)器接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并進(jìn)行計(jì)量后輸出可讀取數(shù)據(jù)的電子電路部分。圖是電路結(jié)構(gòu)框圖。它的主要組成部分是脈沖高度分析器、定標(biāo)器和計(jì)數(shù)率器。脈沖高度分析器脈沖高度分析器 脈沖高度分析器是一種特殊的電子電路，脈沖高度分析器是一種特殊的電子電路，它與濾片配合使用可使它與濾片配合使用可使X射線的單色化得到改射線的單色化得到改善。善。 衍射強(qiáng)度的測(cè)量衍射強(qiáng)度的測(cè)量v從

29、計(jì)數(shù)管輸出的脈沖，可以用從計(jì)數(shù)管輸出的脈沖，可以用定標(biāo)器定標(biāo)器加以計(jì)加以計(jì)數(shù)，并通過(guò)譯碼電路用數(shù)碼顯示出來(lái)。數(shù)，并通過(guò)譯碼電路用數(shù)碼顯示出來(lái)。v也可以通過(guò)也可以通過(guò)計(jì)數(shù)率儀計(jì)數(shù)率儀，將平均脈沖轉(zhuǎn)化為直，將平均脈沖轉(zhuǎn)化為直流電壓，并在電子電位差計(jì)的記錄紙上記錄流電壓，并在電子電位差計(jì)的記錄紙上記錄下來(lái)。（與衍射強(qiáng)度成正比）下來(lái)。（與衍射強(qiáng)度成正比） v定標(biāo)器定標(biāo)器：是把從高度分析器或從計(jì)數(shù)器來(lái)的脈沖加：是把從高度分析器或從計(jì)數(shù)器來(lái)的脈沖加以計(jì)數(shù)的電子儀器。通常的以計(jì)數(shù)的電子儀器。通常的X射線衍射工作中衍射射線衍射工作中衍射強(qiáng)度均為強(qiáng)度均為103脈沖脈沖/秒左右。秒左右。v只用一般的機(jī)械計(jì)數(shù)器是無(wú)

30、法滿足要求的，必須在只用一般的機(jī)械計(jì)數(shù)器是無(wú)法滿足要求的，必須在機(jī)械計(jì)數(shù)之前用電子電路先將脈沖除以已知因素，機(jī)械計(jì)數(shù)之前用電子電路先將脈沖除以已知因素，一般是除以一般是除以2或或10，然后再用機(jī)械計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后再用機(jī)械計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，這是早期的定標(biāo)器采用的方法。這是早期的定標(biāo)器采用的方法。v它的主要缺點(diǎn)是響應(yīng)速度太慢，當(dāng)脈沖速率較高時(shí)，它的主要缺點(diǎn)是響應(yīng)速度太慢，當(dāng)脈沖速率較高時(shí)，產(chǎn)生嚴(yán)重的漏計(jì)損失。因此，近代產(chǎn)生嚴(yán)重的漏計(jì)損失。因此，近代X射線衍射儀中射線衍射儀中完全拋棄了機(jī)械計(jì)數(shù)器，而采用特殊的電子電路來(lái)完全拋棄了機(jī)械計(jì)數(shù)器，而采用特殊的電子電路來(lái)從事這項(xiàng)工作。從事這項(xiàng)工作。v用定標(biāo)

31、器測(cè)量平均脈沖速率有兩種方法：用定標(biāo)器測(cè)量平均脈沖速率有兩種方法：v定時(shí)計(jì)數(shù)法定時(shí)計(jì)數(shù)法：即把定時(shí)旋鈕至選定的時(shí)間位置，：即把定時(shí)旋鈕至選定的時(shí)間位置，打開(kāi)定標(biāo)器開(kāi)始計(jì)，經(jīng)選定時(shí)間之后定標(biāo)器自動(dòng)關(guān)打開(kāi)定標(biāo)器開(kāi)始計(jì)，經(jīng)選定時(shí)間之后定標(biāo)器自動(dòng)關(guān)閉。將顯數(shù)裝置指示的脈沖數(shù)目除以選定時(shí)間，即閉。將顯數(shù)裝置指示的脈沖數(shù)目除以選定時(shí)間，即得選定時(shí)間內(nèi)的平均脈沖速率。得選定時(shí)間內(nèi)的平均脈沖速率。v定數(shù)計(jì)時(shí)法定數(shù)計(jì)時(shí)法：即把定數(shù)旋鈕旋至選定位置，再啟：即把定數(shù)旋鈕旋至選定位置，再啟動(dòng)定標(biāo)器，當(dāng)輸入選定數(shù)目的脈沖之后，定標(biāo)器自動(dòng)定標(biāo)器，當(dāng)輸入選定數(shù)目的脈沖之后，定標(biāo)器自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)定標(biāo)器顯數(shù)裝置指示的數(shù)字是選定

32、數(shù)動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)定標(biāo)器顯數(shù)裝置指示的數(shù)字是選定數(shù)目的脈沖進(jìn)入定標(biāo)器所需要的時(shí)間。用選定的脈沖目的脈沖進(jìn)入定標(biāo)器所需要的時(shí)間。用選定的脈沖數(shù)目除以進(jìn)入定標(biāo)器所需的時(shí)間即得平均脈沖速率。數(shù)目除以進(jìn)入定標(biāo)器所需的時(shí)間即得平均脈沖速率。現(xiàn)代衍射儀是把電子時(shí)鐘裝置和定標(biāo)器合在一起，現(xiàn)代衍射儀是把電子時(shí)鐘裝置和定標(biāo)器合在一起，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，把二者數(shù)字在同一顯示裝置中顯示通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，把二者數(shù)字在同一顯示裝置中顯示出來(lái)，以簡(jiǎn)化設(shè)備。出來(lái)，以簡(jiǎn)化設(shè)備。 計(jì)數(shù)率儀計(jì)數(shù)率儀：這是一種能夠連續(xù)測(cè)量平均脈沖速率的：這是一種能夠連續(xù)測(cè)量平均脈沖速率的裝置。通常所說(shuō)的計(jì)數(shù)率的含義是指單位時(shí)間內(nèi)計(jì)裝置。通常所說(shuō)的計(jì)數(shù)率的含義

33、是指單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的平均脈沖數(shù)目，大量的數(shù)的平均脈沖數(shù)目，大量的X射線衍射工作是要求射線衍射工作是要求測(cè)量衍射線間的相對(duì)強(qiáng)度變化和衍射線強(qiáng)度隨衍射測(cè)量衍射線間的相對(duì)強(qiáng)度變化和衍射線強(qiáng)度隨衍射角的變化，計(jì)數(shù)率器正是為滿足這方面要求的測(cè)量角的變化，計(jì)數(shù)率器正是為滿足這方面要求的測(cè)量裝置。一個(gè)完整的計(jì)數(shù)器通常是由三部分組成：裝置。一個(gè)完整的計(jì)數(shù)器通常是由三部分組成：1）脈沖整形電路）脈沖整形電路 2）RC積分電路積分電路3）電壓測(cè)量電路）電壓測(cè)量電路4.3 衍射儀的測(cè)量方法與實(shí)驗(yàn)參數(shù)衍射儀的測(cè)量方法與實(shí)驗(yàn)參數(shù)一、計(jì)數(shù)測(cè)量方法一、計(jì)數(shù)測(cè)量方法 多晶體衍射儀計(jì)數(shù)測(cè)量方法分為多晶體衍射儀計(jì)數(shù)測(cè)量方法分為連

34、續(xù)掃描連續(xù)掃描和和步步進(jìn)進(jìn)(階梯階梯)掃描掃描兩種。兩種。 連續(xù)掃描法：這種測(cè)量方法是將計(jì)數(shù)器與計(jì)數(shù)率儀連續(xù)掃描法：這種測(cè)量方法是將計(jì)數(shù)器與計(jì)數(shù)率儀相連接，在選定的相連接，在選定的2 角范圍內(nèi)。計(jì)數(shù)器由角范圍內(nèi)。計(jì)數(shù)器由2 接近接近0度處開(kāi)始，向度處開(kāi)始，向2 角增大的方向，以一定的掃描速度角增大的方向，以一定的掃描速度與樣品與樣品(臺(tái)臺(tái))聯(lián)動(dòng)掃描測(cè)量各衍射角相應(yīng)的衍射強(qiáng)度，聯(lián)動(dòng)掃描測(cè)量各衍射角相應(yīng)的衍射強(qiáng)度，結(jié)果獲得結(jié)果獲得I2 曲線。曲線。 連續(xù)掃描方式掃描速度快、工作效率高，一般連續(xù)掃描方式掃描速度快、工作效率高，一般用于對(duì)樣品的全掃描測(cè)量用于對(duì)樣品的全掃描測(cè)量(如物相如物相定性分析定性

35、分析時(shí)時(shí))。連續(xù)掃描測(cè)量法連續(xù)掃描測(cè)量法步進(jìn)掃描法 這種測(cè)量方法是將計(jì)數(shù)器與定標(biāo)器相連接，計(jì)數(shù)這種測(cè)量方法是將計(jì)數(shù)器與定標(biāo)器相連接，計(jì)數(shù)器首先固定在起始器首先固定在起始2 角位置，按設(shè)定時(shí)間定時(shí)計(jì)數(shù)角位置，按設(shè)定時(shí)間定時(shí)計(jì)數(shù)(或或定數(shù)計(jì)時(shí)定數(shù)計(jì)時(shí))獲得平均計(jì)數(shù)速率獲得平均計(jì)數(shù)速率(即為該即為該2 處衍射強(qiáng)度處衍射強(qiáng)度)；脈沖數(shù)目可以從定標(biāo)器的數(shù)值顯示裝置上直接讀出。脈沖數(shù)目可以從定標(biāo)器的數(shù)值顯示裝置上直接讀出。也可以由電傳打字機(jī)在記錄紙上自動(dòng)打出也可以由電傳打字機(jī)在記錄紙上自動(dòng)打出 ；然后將計(jì)；然后將計(jì)數(shù)器以一定的步進(jìn)寬度數(shù)器以一定的步進(jìn)寬度(角度間隔角度間隔)和步進(jìn)時(shí)間和步進(jìn)時(shí)間(行進(jìn)一行進(jìn)

36、一個(gè)步進(jìn)寬度所用時(shí)間個(gè)步進(jìn)寬度所用時(shí)間)轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度間隔重復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度間隔重復(fù)一次上述測(cè)量，結(jié)果獲得兩兩相隔一個(gè)步長(zhǎng)的各一次上述測(cè)量，結(jié)果獲得兩兩相隔一個(gè)步長(zhǎng)的各2 角角對(duì)應(yīng)的衍射強(qiáng)度。對(duì)應(yīng)的衍射強(qiáng)度。 步進(jìn)掃描測(cè)量精度高并受步進(jìn)寬度與步進(jìn)時(shí)間的步進(jìn)掃描測(cè)量精度高并受步進(jìn)寬度與步進(jìn)時(shí)間的影響，適于做各種影響，適于做各種定量分析定量分析工作。工作。 步進(jìn)掃描測(cè)量法步進(jìn)掃描測(cè)量法 二、實(shí)驗(yàn)條件選擇二、實(shí)驗(yàn)條件選擇（一）試樣 衍射儀用試樣不同于德拜照相法的試樣。衍射儀的試衍射儀用試樣不同于德拜照相法的試樣。衍射儀的試樣是平板狀，具體外形見(jiàn)圖。樣是平板狀，具體外形見(jiàn)圖。v衍射儀試樣可

37、以是金屬、非金屬的衍射儀試樣可以是金屬、非金屬的塊狀塊狀、片狀或各種片狀或各種粉末粉末。對(duì)于塊狀、片狀試樣。對(duì)于塊狀、片狀試樣可以用粘接劑將其固定在試樣框架上，可以用粘接劑將其固定在試樣框架上，并保持一個(gè)平面與框架平面平行；粉末并保持一個(gè)平面與框架平面平行；粉末試樣用粘接劑調(diào)和后填入試樣架凹槽中，試樣用粘接劑調(diào)和后填入試樣架凹槽中，使粉末表面刮平與框架平面一致。試樣使粉末表面刮平與框架平面一致。試樣對(duì)晶粒大小、試樣厚度、擇優(yōu)取向、應(yīng)對(duì)晶粒大小、試樣厚度、擇優(yōu)取向、應(yīng)力狀態(tài)和試樣表面平整度等都有一定要力狀態(tài)和試樣表面平整度等都有一定要求。求。 v衍射儀用試樣晶粒大小要適宜，在衍射儀用試樣晶粒大小

38、要適宜，在1m-1m-5m5m左右最佳。粉末粒度也要在這個(gè)范左右最佳。粉末粒度也要在這個(gè)范圍內(nèi)，一般要求能通過(guò)圍內(nèi)，一般要求能通過(guò)325325目的篩子為合目的篩子為合適。適。（二）實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇 v實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇對(duì)于成功的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)是非常重要的。如果實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇不當(dāng)不僅不能獲得好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甚至可能將實(shí)驗(yàn)引入歧途。在衍射儀法中許多實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇與德拜法是一樣的，這里不再贅述。v與德拜法不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)是狹縫光闌、時(shí)間常數(shù)和掃描速度。 在衍射儀光路中，狹縫光闌包含有發(fā)散光闌，接收光闌和防寄生光闌。在X射線源與發(fā)散光闌間，在接受光闌和防寄生光闌間，還有兩個(gè)梭拉光闌。對(duì)每臺(tái)設(shè)備來(lái)說(shuō)，梭拉光闌固

39、定不變。要選擇的是三個(gè)狹縫光闌。 發(fā)散光闌是用來(lái)限制入射線在與測(cè)角儀平面平行方向上的發(fā)散角，它決定入射線在試樣上的照射面積和強(qiáng)度。在發(fā)散光闌尺寸不變時(shí)，2越小，入射線在試樣表面的照射面積越大，所以其寬度應(yīng)以測(cè)量范圍內(nèi)2最低的衍射線為依據(jù)來(lái)選擇。 接收光闌對(duì)衍射線峰高度、峰-背景比以及峰的積分寬度都有明顯影響。接收光闌加大，衍射線積分強(qiáng)度增加，但背底強(qiáng)度也增加，降低了峰-背景比，這對(duì)探測(cè)弱的衍射線不利。 1.狹縫光闌 防散射光闌對(duì)衍射線本身沒(méi)有影響，只影響峰-背景比，一般與接收光闌應(yīng)同步選擇。選擇寬的狹縫可以獲得高的X射線衍射強(qiáng)度，但分辨率要降低；若希望提高分辨率則應(yīng)選擇小的狹縫寬度。2.時(shí)間常

40、數(shù) 時(shí)間常數(shù)：表示對(duì)時(shí)間常數(shù)：表示對(duì)X射線衍射強(qiáng)度記錄時(shí)間間隔的長(zhǎng)短。射線衍射強(qiáng)度記錄時(shí)間間隔的長(zhǎng)短。當(dāng)采用計(jì)數(shù)率器連續(xù)掃描測(cè)量時(shí)，時(shí)間常數(shù)的選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響很大。 選擇時(shí)間常數(shù)RC值大，可以使衍射線的背底變得平滑，但將降低分辨率和強(qiáng)度，衍射峰也將向掃描方向偏移，造成衍射峰的不對(duì)稱寬化。因此，要提高測(cè)量精度應(yīng)該選擇小的時(shí)間常數(shù)RC值。 雖然小的時(shí)間常數(shù)會(huì)造成線形的鋸齒狀輪廓，但是選用得當(dāng)時(shí)，它更能準(zhǔn)確代表真實(shí)的計(jì)數(shù)。通常選擇時(shí)間常數(shù)RC值小于或等于接收狹縫的時(shí)間寬度的一半(時(shí)間寬度是指狹縫轉(zhuǎn)過(guò)自身寬度所需時(shí)間),這樣的選擇可以獲得高分辨率的衍射線峰形。1-4s3.掃描速度的選擇 掃描速度是指

41、探測(cè)器在測(cè)角儀圓周上均勻轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。掃描速度對(duì)衍射結(jié)果的影響與時(shí)間常數(shù)類似。掃描速度越快，衍射線強(qiáng)度下降，衍射峰向掃描方向偏移，分辨率下降，一些弱峰會(huì)被掩蓋而丟失。但過(guò)低的掃描速度也是不實(shí)際的。 掃描速度：掃描速度：1 /min 或或2 /min 綜合以上分析，可以得出：綜合以上分析，可以得出：1.為了提高分辨本領(lǐng)，必須選用低速掃描和較小的接為了提高分辨本領(lǐng)，必須選用低速掃描和較小的接受狹縫光闌；受狹縫光闌；2.要想強(qiáng)度測(cè)量精確度最大，應(yīng)選用低速掃描和中等要想強(qiáng)度測(cè)量精確度最大，應(yīng)選用低速掃描和中等接受狹縫光闌；接受狹縫光闌；3.對(duì)不同的掃描速度，要注意采用適當(dāng)?shù)挠涗浖垘н\(yùn)對(duì)不同的掃描速度，

42、要注意采用適當(dāng)?shù)挠涗浖垘н\(yùn)動(dòng)速度與之相配合。動(dòng)速度與之相配合。衍射儀法的衍射積分強(qiáng)度和相對(duì)強(qiáng)度衍射儀法的衍射積分強(qiáng)度和相對(duì)強(qiáng)度 v粉末多晶衍射儀法與德拜法兩者衍射強(qiáng)度的記粉末多晶衍射儀法與德拜法兩者衍射強(qiáng)度的記錄方法有差別，另外所用試樣也不相同。錄方法有差別，另外所用試樣也不相同。 v當(dāng)采用衍射儀法時(shí)，由于試樣是平板狀試樣，當(dāng)采用衍射儀法時(shí)，由于試樣是平板狀試樣，公式中除吸收因子外，其余各因數(shù)兩種方法完公式中除吸收因子外，其余各因數(shù)兩種方法完全相同。因此，求出衍射儀法的吸收因子后，全相同。因此，求出衍射儀法的吸收因子后，就能得到它的強(qiáng)度表達(dá)式。就能得到它的強(qiáng)度表達(dá)式。MeFPI222221co

43、ssin2cos1相對(duì)4.4 點(diǎn)陣常數(shù)的精確測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)的精確測(cè)定 v任何一種晶體材料的點(diǎn)陣常數(shù)都與它所處的狀態(tài)有關(guān)。v當(dāng)外界條件（如溫度、壓力）以及化學(xué)成分、內(nèi)應(yīng)力等發(fā)生變化，點(diǎn)陣常數(shù)都會(huì)隨之改變。v這種點(diǎn)陣常數(shù)變化是很小的，通常在10-5nm量級(jí)。v精確測(cè)定這些變化對(duì)研究材料的相變、固溶體含量及分解、晶體熱膨脹系數(shù)、內(nèi)應(yīng)力、晶體缺陷等諸多問(wèn)題非常有作用。所以精確測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)的工作有時(shí)是十分必要的。 （一）點(diǎn)陣常數(shù)的測(cè)定（一）點(diǎn)陣常數(shù)的測(cè)定vX X射線測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)是一種間接方法，它直接測(cè)量的是某一射線測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)是一種間接方法，它直接測(cè)量的是某一衍射線條對(duì)應(yīng)的衍射線條對(duì)應(yīng)的角，然后通過(guò)晶面間

44、距公式、布拉格公角，然后通過(guò)晶面間距公式、布拉格公式計(jì)算出點(diǎn)陣常數(shù)。以立方晶體為例，其晶面間距公式為：式計(jì)算出點(diǎn)陣常數(shù)。以立方晶體為例，其晶面間距公式為：v v根據(jù)布拉格方程根據(jù)布拉格方程2dsin=2dsin=，則有：，則有：v v在式中，在式中，是入射特征是入射特征X X射線的波長(zhǎng)，是經(jīng)過(guò)精確測(cè)定的，射線的波長(zhǎng)，是經(jīng)過(guò)精確測(cè)定的，有效數(shù)字可達(dá)有效數(shù)字可達(dá)7 7位數(shù)，對(duì)于一般分析測(cè)定工作精度已經(jīng)足夠位數(shù)，對(duì)于一般分析測(cè)定工作精度已經(jīng)足夠了。干涉指數(shù)是整數(shù)無(wú)所謂誤差。所以影響點(diǎn)陣常數(shù)精度了。干涉指數(shù)是整數(shù)無(wú)所謂誤差。所以影響點(diǎn)陣常數(shù)精度的關(guān)鍵因素是的關(guān)鍵因素是sinsin。222LKHdasi

45、n222LKHa影響點(diǎn)陣常數(shù)精度的關(guān)鍵因素是影響點(diǎn)陣常數(shù)精度的關(guān)鍵因素是sinsinv由圖可見(jiàn)，當(dāng)由圖可見(jiàn)，當(dāng)角位于低角角位于低角度時(shí)，若存在一度時(shí)，若存在一的測(cè)量的測(cè)量誤差，對(duì)應(yīng)的誤差，對(duì)應(yīng)的sinsin的誤差的誤差范圍很大；當(dāng)范圍很大；當(dāng)角位于高角角位于高角度時(shí)，若存在同樣度時(shí)，若存在同樣的測(cè)的測(cè)量誤差，對(duì)應(yīng)的量誤差，對(duì)應(yīng)的sinsin的誤的誤差范圍變小；當(dāng)差范圍變??；當(dāng)角趨近于角趨近于9090時(shí)，盡管存在同樣大小時(shí)，盡管存在同樣大小的的的測(cè)量誤差，對(duì)應(yīng)的的測(cè)量誤差，對(duì)應(yīng)的sinsin的誤差卻趨近于零的誤差卻趨近于零。v 從布拉格方程微分式可得出從布拉格方程微分式可得出相同結(jié)論：相同結(jié)論：

46、cotddaasin222LKHa（二）誤差來(lái)源與消除（二）誤差來(lái)源與消除v若要獲得精確的點(diǎn)陣常數(shù)，首先是獲得精確的X射線衍射線條的角。不同的衍射方法，角的誤差來(lái)源不同，消除誤差的方法也不同。v德拜照相法的系統(tǒng)誤差來(lái)源主要有：相機(jī)半徑誤差，底片伸縮誤差，試樣偏心誤差，試樣吸收誤差等。v解決上述問(wèn)題的方法常常采用精密實(shí)驗(yàn)來(lái)最大限度地消除誤差。為了消除試樣吸收的影響，粉末試樣的直徑做成0.2mm；為了消除試樣偏心的誤差，采用精密加工的相機(jī)，并在低倍顯微鏡下精確調(diào)整位置；為了使衍射線條更加峰銳，精確控制試樣粉末的粒度和處于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)；為了消除相機(jī)半徑不準(zhǔn)和底片伸縮，采用偏裝法安裝底片；為了消除溫度的

47、影響，將試樣溫度控制在0.1。v用衍射儀法精確測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)，衍射線的角系統(tǒng)誤差來(lái)源有：未能精確調(diào)整儀器；計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)動(dòng)與試樣轉(zhuǎn)動(dòng)比（2：1）驅(qū)動(dòng)失調(diào)；角0位置誤差；試樣放置誤差，試樣表面與衍射儀軸不重合；平板試樣誤差，因?yàn)槠矫娌荒芴娲劢箞A曲面；透射誤差；入射X射線軸向發(fā)散度誤差；儀器刻度誤差等。 v試樣制備中晶粒大小、應(yīng)力狀態(tài)、樣品厚度、表面形狀等必須滿足要求。v直線外推法，柯亨法等數(shù)據(jù)處理方法也用來(lái)消除上述二種方法的誤差。 直線外推法直線外推法v如果所測(cè)得的衍射線條如果所測(cè)得的衍射線條角趨近角趨近9090，那么誤差，那么誤差（a/aa/a）趨近于）趨近于0 0。v但是，要獲得但是，要獲得=90

48、=90的衍射線條是不可能的。于的衍射線條是不可能的。于是人們考慮采用是人們考慮采用“外推法外推法”來(lái)解決問(wèn)題。來(lái)解決問(wèn)題。v所謂所謂“外推法外推法”是以是以角為橫坐標(biāo)，以點(diǎn)陣常數(shù)角為橫坐標(biāo)，以點(diǎn)陣常數(shù)a a為縱坐標(biāo)；求出一系列衍射線條的為縱坐標(biāo)；求出一系列衍射線條的角及其所對(duì)應(yīng)角及其所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣常數(shù)的點(diǎn)陣常數(shù)a a；在所有點(diǎn)陣常數(shù)；在所有點(diǎn)陣常數(shù)a a坐標(biāo)點(diǎn)之間作一條坐標(biāo)點(diǎn)之間作一條直線交于直線交于=90=90處的縱坐標(biāo)軸上，從而獲得處的縱坐標(biāo)軸上，從而獲得=90=90時(shí)的點(diǎn)陣常數(shù)，這就是精確的點(diǎn)陣常數(shù)。時(shí)的點(diǎn)陣常數(shù)，這就是精確的點(diǎn)陣常數(shù)。直線外推法直線外推法v外推公式的建立（外推公式的建立（4.244.24）v（4.254.25） 200cosKaaaaadd)cossincos(2200Kaaaaadd柯亨法柯亨法v直線圖解外推法仍存在一些問(wèn)題。首先在各個(gè)直線圖解外推法仍存在一些問(wèn)題。首先在各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)之間劃一條最合理的直線同樣存在主觀坐標(biāo)點(diǎn)之間劃一條最合理的直線同樣存在主觀因素；其次坐標(biāo)紙的刻度不可能很精確。因素；