第六章 X射線衍射方法.ppt

1、第六章 X射線衍射方法,德拜法（德拜-謝樂法） 照相法 聚焦法 多晶體衍射方法 針孔法 衍射儀法 勞埃（Laue）法 單晶體衍射方法 周轉(zhuǎn)晶體法 四圓衍射儀,第一節(jié) 多晶體衍射方法,一、（粉末）照相法 （粉末）照相法以光源（X射線管）發(fā)出的單色光（特征X射線，一般為K射線）照射（粉末）多晶體（圓柱形）樣品，用底片記錄產(chǎn)生的衍射線。 用其軸線與樣品軸線重合的圓柱形底片記錄者稱為德拜（Debye）法； 用平板底片記錄者稱為針孔法。 較早的X射線衍射分析多采用照相法，而德拜法是常用的照相法，一般稱照相法即指德拜法，德拜法照相裝置稱德拜相機(jī),德拜相機(jī)構(gòu)造示意圖,德拜法的衍射花樣,樣品制備,粉末樣品制備

2、一般經(jīng)過粉碎（韌性材料用挫刀挫）、研磨、過篩（250-325目）等過程，最后粘接為細(xì)圓柱狀（直徑0.20.8mm左右），長度約為1015mm。 經(jīng)研磨后的韌性材料粉末應(yīng)在真空或保護(hù)氣氛下退火，以清除加工應(yīng)力。,底片的安裝,德拜相機(jī)底片安裝方法 （a）正裝法 （b）反裝法 （c）偏裝法,衍射花樣的測量和計(jì)算,主要是通過測量底片上衍射線條的相對位置計(jì)算角（并確定各衍射線條的相對強(qiáng)度）。（HKL）衍射弧對與其角的關(guān)系如下圖所示。 衍射弧對與角的關(guān)系,對于前反射區(qū)（290）衍射弧對，有 2LR4 式中：R相機(jī)半徑； 2L衍射弧對間距。 為弧度,若用角度表示 對于背反射區(qū)（290），有2LR4（為弧度）

3、。 若用角度表示，則有 式中，90。 當(dāng)相機(jī)直徑2R57.3mm時，由上述二式有 應(yīng)用上述各式計(jì)算時，值受相機(jī)半徑誤差和底片收縮誤差等的影響。,衍射花樣指數(shù)標(biāo)定,衍射花樣指數(shù)標(biāo)定，即確定衍射花樣中各線條(弧對)相應(yīng)晶面(即產(chǎn)生該衍射線條的晶面)的干涉指數(shù)，并以之標(biāo)識衍射線條，又稱衍射花樣指數(shù)化。,立方晶系衍射花樣指數(shù)標(biāo)定,由立方系晶面間距公式 與布拉格方程，可得 m衍射晶面干涉指數(shù)平方和，即 對于同一底片同一(物)相各衍射線條的sin2(從小到大的)順序比(因2/4a2為常數(shù))等于各線條相應(yīng)晶面干涉指數(shù)平方和(m)的順序比，即,立方系不同結(jié)構(gòu)類型晶體因系統(tǒng)消光規(guī)律不同，其產(chǎn)生衍射各晶面的m順序

4、比也各不相同。 立方晶系衍射晶面及其干涉指數(shù)平方和(m),二、 衍射儀法,X射線(多晶體)衍射儀是以特征X射線照射多晶體樣品，并以輻射探測器記錄衍射信息的衍射實(shí)驗(yàn)裝置。 由X射線發(fā)生器、X射線測角儀、輻射探測器和輻射探測電路4個基本部分組成，現(xiàn)代X射線衍射儀還包括控制操作和運(yùn)行軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 X射線衍射儀成像原理(厄瓦爾德圖解)與照相法相同，但記錄方式及相應(yīng)獲得的衍射花樣強(qiáng)度(I)對位置(2)的分布(I2曲線)不同。 衍射儀采用的具有一定發(fā)散度的入射線，也因“同一圓周上的同弧圓周角相等”而聚焦，與聚焦(照相)法不同的是，其聚焦圓半徑隨2變化而變化。,X射線測角儀,測角儀是X射線衍射儀的核心

5、部分 。 X射線測角儀結(jié)構(gòu)示意圖 C-計(jì)數(shù)管 D-樣品 E-支架 F-接收(狹縫)光欄 G-大轉(zhuǎn)盤(測角儀圓) H-樣品臺 M-入射光欄 O-測角儀中心 S-管靶焦斑,輻射探測器,作用是接收樣品衍射線(光子)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡?瞬時脈沖)信號。 正比計(jì)數(shù)器 蓋革計(jì)數(shù)器 閃爍計(jì)數(shù)器 閃爍計(jì)數(shù)器與正比計(jì)數(shù)器是目前使用最為普遍的計(jì)數(shù)器。 要求定量關(guān)系較為準(zhǔn)確的情況下習(xí)慣使用正比計(jì)數(shù)器，蓋革計(jì)數(shù)器的使用已逐漸減少。 除此以外，還有鋰漂移硅計(jì)數(shù)器、位能正比計(jì)數(shù)器等。,輻射測量電路,輻射測量電路是保證輻射探測器能有最佳狀態(tài)的輸出電(脈沖)信號，作者能夠直觀讀取或記錄數(shù)值的電子學(xué)電路 。,計(jì)數(shù)測量方法與測量參數(shù)選

6、擇,多晶體衍射儀計(jì)數(shù)測量方法分為連續(xù)掃描和步進(jìn)(階梯)掃描兩種。 連續(xù)掃描法：將計(jì)數(shù)器與計(jì)數(shù)率儀相連接，在選定的2角范圍內(nèi)。計(jì)數(shù)器以一定的掃描速度與樣品(臺)聯(lián)動掃描測量各衍射角相應(yīng)的衍射強(qiáng)度，結(jié)果獲得I2曲線。 連續(xù)掃描方式掃描速度快、工作效率高，一般用于對樣品的全掃描測量(如物相定性分析時)。 步進(jìn)掃描法：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2角位置，按設(shè)定時間定時計(jì)數(shù)(或定數(shù)計(jì)時)獲得平均計(jì)數(shù)速率(即為該2處衍射強(qiáng)度)；然后將計(jì)數(shù)器以一定的步進(jìn)寬度(角度間隔)和步進(jìn)時間(行進(jìn)一個步進(jìn)寬度所用時間)轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一個角度間隔重復(fù)一次上述測量，結(jié)果獲得兩兩相隔一個步長的各2角對應(yīng)的衍射

7、強(qiáng)度。 步進(jìn)掃描測量精度高并受步進(jìn)寬度與步進(jìn)時間的影響，適于做各種定量分析工作。 測量參數(shù)包括狹縫光欄寬度、掃描速度、時間常數(shù)等。,第二節(jié) 單晶體衍射方法,單晶體X射線衍射分析的基本方法為勞埃（Laue）法與周轉(zhuǎn)晶體法。 勞埃法以光源發(fā)出的復(fù)合光即連續(xù)X射線照射置于樣品臺上不動的單晶體樣品，用平板底片記錄產(chǎn)生的衍射線，底片置于樣品前方者稱為透射勞埃法，底片處于光源與樣品之間者稱為背射勞埃法。 勞埃法照相裝置稱勞埃相機(jī)。 周轉(zhuǎn)晶體法以光源發(fā)出的單色光照射轉(zhuǎn)動的單晶體樣品，用以樣品轉(zhuǎn)動軸為軸線的圓柱形底片記錄產(chǎn)生的衍射線。 周轉(zhuǎn)晶體法應(yīng)用較少可用于對稱性較低的晶體（如正交、單斜等晶系晶體）結(jié)構(gòu)分析。 四圓衍射儀是近年來在綜合衍射儀法與周轉(zhuǎn)晶體法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的單晶體衍