X射線衍射分析期末總結(jié)

大三--材料科學(xué)--材料X射線衍射與電子顯微學(xué)第一部分X射線衍射分析X射線物理學(xué)基礎(chǔ)X射線得本質(zhì)X射線本質(zhì):電磁輻射X射線性質(zhì):波長較短;具有波粒二象性;穿透力極強;對生物細胞有很強得破壞作用。X射線得產(chǎn)生產(chǎn)生原理:高速運動得電子與物體碰撞時,發(fā)生能量轉(zhuǎn)換,電子得運動受阻失去動能,其中一小部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線,而絕大部分能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。產(chǎn)生條件:產(chǎn)生自由電子;使電子作定向得高速運動;在其運動得路徑上設(shè)置一個障礙物使電子突然減速或停止。X射線管:陰極(發(fā)射電子),陽極(靶),窗口與焦點。X射線譜連續(xù)X射線特點:由一系列波長不同得X射線組成得;它有一個最短波長λ0;在大于最短波長得某一范圍內(nèi),其波長就是連續(xù)變化得。成因:高速運動得電子撞到陽極時突然減速,動能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽茚尫懦鰜?。連續(xù)X射線得最短波長λ0(短波限)只與管電壓有關(guān),與管電流與陽極材料無關(guān)。連續(xù)X射線得強度與管電壓、管電流與陽極材料有關(guān)。特征X射線譜成因:原子得內(nèi)層電子被激發(fā)造成電子躍遷。特點:由若干條特定波長得X射線構(gòu)成,波長不連續(xù)。特征X射線得頻率與波長就是恒定不變得。種類:K系特征X射線;L系特征X射線;M系特征X射線等波長只與陽極材料得原子種類有關(guān),與外界條件無關(guān)特征X射線得相對強度決定于電子在各能級間得躍遷幾率(Kα＞Kβ;Kα1＞Kα2)。特征X射線得絕對強度隨X射線管得電流與電壓得增加而增大。用途:X射線衍射分析得主要光源;元素成分分析。X射線與物質(zhì)得相互作用X射線與物質(zhì)相互作用時,可發(fā)生散射、透射、吸收以及光電效應(yīng)等現(xiàn)象。散射相干散射:當(dāng)X光子與原子內(nèi)得緊束縛電子碰撞時,X光子僅改變運動方向,能量沒有損失。散射線得波長與入射線得波長相同,并具有一定得相位關(guān)系,可以互相干涉,形成衍射圖樣。用于X射線衍射分析。非相干散射:當(dāng)X光子與自由電子或束縛很弱得電子碰撞時,運動方向與能量發(fā)生變化。不相干散射線由于波長各不相同,因此不會互相干涉形成衍射線。光電效應(yīng)熒光X射線:光電吸收后,原子處于激發(fā)態(tài),內(nèi)層出現(xiàn)空位。這時,外層電子就要往內(nèi)層得空位躍遷,多余得能量會以特征X射線得形式釋放出來,這種特征X射線稱為熒光X射線。俄歇電子:當(dāng)外層電子往內(nèi)層空位躍遷時,其多余得能量不就是以X射線得形式釋放出來,而就是傳給原子得外層電子使之脫離原子,變成自由電子。這個過程稱為俄歇作用。由俄歇作用產(chǎn)生得自由電子稱為俄歇電子。吸收:線吸收系數(shù)μl,質(zhì)量吸收系數(shù)μm(與X射線得波長以及吸收物質(zhì)得原子序數(shù)有關(guān),可以反映不同元素吸收X射線得能力)。吸收限:對于一定得元素而言,隨著入射X射線波長縮短,質(zhì)量吸收系數(shù)減小,到達某一波長值,μm突然增加,然后又逐漸減小,質(zhì)量吸收系數(shù)突變點得波長值稱為該元素得吸收限。應(yīng)用:X射線濾波片得濾波原理。X射線衍射得幾何原理晶體幾何學(xué)簡介晶面與晶向指數(shù)布喇菲點陣結(jié)點坐標(biāo):簡單點陣:000;底心點陣:000,1/21/20;體心點陣:000,1/21/21/2;面心點陣:000,1/21/20,1/201/2,01/21/2。晶面間距:立方晶系倒易點陣倒易點陣得定義設(shè)a、b、c代表正點陣S得基矢量,a*、b*、c*代表相應(yīng)得倒易點陣S*得基矢量a*a=1,a*b=0,a*c=0b*a=0,b*b=1,b*c=0c*a=0,c*b=0,c*c=1a*倒易點陣得性質(zhì)在倒易點陣S*中,由原點指向倒易點陣點hkl得向量為Hhkl,H=ha*+kb*+lc*,Hhkl必與點陣S中得平面點陣(hkl)相垂直。向量Hhkl得長度Hhkl與點陣S中得dhkl成反比,即Hhkl=1/dhkl晶帶:在晶體結(jié)構(gòu)或空間點陣中,與某一取向平行得所有晶面均屬于同一個晶帶。晶帶軸:同一晶帶中所有晶面得交線互相平行,通過坐標(biāo)原點得那條直線稱為晶帶軸。晶帶定律:Hu+Kv+Lw=0晶帶定律得應(yīng)用:u=k1l2-k2l1,v=l1h2-l2h1,w=h1k2-k1h2布拉格定律布拉格定律2dsinθ=nλ,n反應(yīng)級數(shù),2θ衍射角反映出晶體結(jié)構(gòu)中晶胞大小及形狀得變化衍射矢量方程與厄爾瓦德圖解衍射矢量|S-S0|=2sinθ=λ/dhkl,S入射線單位矢量,S0衍射線單位矢量厄爾瓦德圖解以λ-1為半徑畫一圓,O點為倒易點陣原點,BP與晶體點陣S中得一族平面(hkl)平行,取OP得長度為1/dhkl,這時向量OP即為倒易點陣S*中得向量H。衍射矢量方程rX射線衍射得強度電子與原子對衍射強度得影響電子對X射線散射后空間P點強度I(μ04π)2(原子對X射線散射后P點得強度I原子散射因數(shù)f原子散射因數(shù)決定于原子中電子分布密度以及散射波得波長與方向(sinθ/λ)。單胞對衍射強度得影響結(jié)構(gòu)振幅FFHKLFHKL結(jié)構(gòu)因素|FHKL||F消光規(guī)律布拉菲點陣出現(xiàn)得反射消失得反射簡單立方全部沒有體心立方H+K+L為偶數(shù)H+K+L為奇數(shù)面心立方H、K、L為全奇或全偶H、K、L奇偶混雜把由于FHKL=0而使衍射線消失得現(xiàn)象稱為系統(tǒng)消光結(jié)構(gòu)因素只與原子得種類及在單胞中得位置有關(guān),而不受單胞形狀與大小得影響。消光規(guī)律點陣消光:在復(fù)雜點陣中,由于面心、體心或底心上有附加陣點而引起得FHKL結(jié)構(gòu)消光:對于那些由兩類以上等同點構(gòu)成得復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu),除遵循它們所屬得布喇菲點陣消光外,還有附加得消光條件,稱為結(jié)構(gòu)消光。一個小晶體對X射線得散射晶粒得衍射強度I晶粒角因素衍射得積分強度近似地等于ImB,其中Im為頂峰強度,B為半高寬。衍射積分強度與1/sin2θ粉末多晶得反射幾率參與形成衍射環(huán)得晶面,在倒易球面上得投影構(gòu)成一具有一定寬度得環(huán)帶部分。參加衍射得晶粒分?jǐn)?shù)=2πr*單位長度衍射環(huán)得積分強度洛倫茲因數(shù)=1角因數(shù)=1+粉末多晶體得HKL面得衍射強度多重性因數(shù):將等同晶面?zhèn)€數(shù)對衍射強度得影響因子叫多重性因子(數(shù)),用P來表示。吸收因數(shù)A圓柱試樣得吸收:θ愈大,吸收愈小,Aθ值愈接近1;在同一θ值處,μlr平板狀試樣得吸收:A溫度因數(shù)eθ一定時,溫度T越高M越大,e-2M越小,衍射強度減小;T一定時,衍射角θ越大M越大,e-2M越小多晶體衍射得積分強度公式I=I相對積分強度IX射線衍射實驗方法勞厄法:用連續(xù)X射線照射固定得單晶,用垂直入射X射線得照相底片來紀(jì)錄衍射花樣。粉末照相法德拜照相法安裝方法a正裝法:底片中心就是安放承光管得位置,圓筒底片開口在光闌兩側(cè)。衍射角2θ從底片中心向兩側(cè)逐漸增加b反裝法:底片中心有一個孔,就是安放光闌得位置,圓筒底片開口在承光管兩側(cè)。衍射角2θ從底片中心向兩側(cè)逐漸減小。c不對稱裝法:底片上有兩個孔,分別為安放光闌與承光管得位置,圓筒底片開口在光闌與承光管之間。計算步驟對各弧對標(biāo)號測量有效周長C有效測量并計算弧對間距2L計算θ2L計算d2dsinθ=λ估計各線條得相對強度值I查卡片標(biāo)注晶面指數(shù),判別點陣類型與計算點陣參數(shù)(物質(zhì)屬立方晶系)計算sinθ2判別物質(zhì)得點陣類型簡單立方點陣面指數(shù)平方與之比就是1:2:3:4:5:6:8:9…體心立方點陣2:4:6:8:10:12:14:16:18…或者就是1:2:3:4:5:6:7:8:9…面心立方點陣應(yīng)為3:4:8:11:12:16:19:20…或者就是1:1、33:2、67:3、67:4:5、33:6、33:6、67…點陣參數(shù)計算:a=d粉末衍射儀法(分析方法見第五章)X射線衍射物相分析5、1物相定性分析物相分析步驟取得樣品得粉末衍射圖測定衍射線得相對強度與面網(wǎng)間距(II檢索PDF卡片對卡、確定物相注意問題d值比強度數(shù)據(jù)重要多相混合物得衍射花樣中得三根最強線可能不屬于同一物相低角度區(qū)得衍射數(shù)據(jù)比高角度區(qū)得數(shù)據(jù)重要了解試樣得來源,化學(xué)成分與物理特性有助于作出正確得結(jié)論。5、2物相定量分析外標(biāo)法:就是首先將所測物相得純物質(zhì)另外單獨標(biāo)定,然后與多相混合物中待測相得相應(yīng)衍射強度相比較而進行得。內(nèi)標(biāo)法:試樣中加入已知含量得標(biāo)準(zhǔn)物相S(內(nèi)標(biāo)物),由未知相A與已知相S得強度比IA/IK值法:K值法又稱基底沖洗法,就是在改進內(nèi)標(biāo)法得基礎(chǔ)上發(fā)展起來得直接比較法:直接對比法不需要向被測試樣中摻入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)而就是以兩相得強度比為基礎(chǔ)。X射線衍射分析應(yīng)用6、1點陣常數(shù)得精確測定1、點陣常數(shù)精確測定原理點陣常數(shù)測量得精確度6、2多晶體試樣晶體點陣類型確定1、簡單立方點陣多晶體試樣衍射線分布規(guī)