XRD物相分析.ppt
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1、2 每一种结晶物质各自都有自己独特的化学每一种结晶物质各自都有自己独特的化学组成和晶体结构,没有任何两种结晶物质它组成和晶体结构,没有任何两种结晶物质它们的晶胞大小、质点的种类和质点在晶胞中们的晶胞大小、质点的种类和质点在晶胞中的排列方式是完全一致的。因此,当的排列方式是完全一致的。因此,当X射线射线通过晶体时,每一种结晶物质都有自己独特通过晶体时,每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样,它们的特征可以用各个衍射面的衍射花样,它们的特征可以用各个衍射面网的面间距网的面间距d和衍射线的相对强度和衍射线的相对强度I相相来表征。来表征。其中其中d值与晶胞的大小和形状有关,相对强值与晶胞的大小和形状有关
2、,相对强度则与质点的种类和其在晶胞中的位置有关。度则与质点的种类和其在晶胞中的位置有关。所以可根据它们来鉴别物相。物相分析包括所以可根据它们来鉴别物相。物相分析包括物相定性和物相定量分析两部分内容。物相定性和物相定量分析两部分内容。衍射强度衍射强度I相相原子种类,原子位置原子种类,原子位置面间距面间距d晶胞形状,尺寸晶胞形状,尺寸3粉末衍射卡也简称粉末衍射卡也简称JCPDS国际粉未衍国际粉未衍射标准联合会射标准联合会(the Joint committee on Powder Diffraction Standards)卡,该联合卡,该联合会每年出版一组有机物质和一组无机物质的会每年出版一组有
3、机物质和一组无机物质的粉未射卡片,第张卡片上记录了一种物质的粉未射卡片,第张卡片上记录了一种物质的衍射数据和结晶学据。到衍射数据和结晶学据。到2003年初,已出版年初,已出版了了65 组,包括有机和无机物质。现在已可组,包括有机和无机物质。现在已可以通过光盘进行检索。以通过光盘进行检索。4结构分析工作者需要一个粉末衍射图数据库,并已结构分析工作者需要一个粉末衍射图数据库,并已建立了衍射数据国际中心(建立了衍射数据国际中心(International Center for Diffraction Data,ICDD),),每年出版一期粉末衍每年出版一期粉末衍射卡片集(射卡片集(PDF)。)。IC
4、DD 是由一些国际科学组织是由一些国际科学组织资助的非盈利性组织,在历史上,这个组织是通过资助的非盈利性组织,在历史上,这个组织是通过与美国国家标准局(现在叫与美国国家标准局(现在叫N.I.S.T.)和一些其他实和一些其他实验室联合主办测定粉末衍射图的。不过,在粉末衍验室联合主办测定粉末衍射图的。不过,在粉末衍射卡片集上发表的大多数衍射图是从文献论文中得射卡片集上发表的大多数衍射图是从文献论文中得到的。论文中的衍射图由编辑人员评估,挑选后以到的。论文中的衍射图由编辑人员评估,挑选后以书的形式出版,或编成计算机格式(例如,书的形式出版,或编成计算机格式(例如,CD-ROM)出版。每年大约有出版。
5、每年大约有2000 个新的衍射图分组个新的衍射图分组发表在数据库中。发表在数据库中。561 物相定性分析物相定性分析 利用利用X射线进行物相定性分析射线进行物相定性分析的一般步骤为的一般步骤为: 用某一种实验方法获得待测用某一种实验方法获得待测试样的衍射花样;试样的衍射花样; 计算并列出衍射花样中各衍计算并列出衍射花样中各衍射线的射线的d值和相应的相对强度值和相应的相对强度I值;值; 参考对比已知的资料鉴定出参考对比已知的资料鉴定出试样的物相试样的物相。61JCPDS卡片卡片 粉末衍射卡片集索引:粉末衍射卡片集索引: 字顺索引字顺索引即为名称索引,是按物质的英文名称或矿物学即为名称索引,是按物
6、质的英文名称或矿物学名称的字母顺序排列的,每种物质的名称后面列出其化学分子式,名称的字母顺序排列的,每种物质的名称后面列出其化学分子式,三根最强的三根最强的d值和相对强度数据,以及该物质对应的值和相对强度数据,以及该物质对应的JCPDS卡片的卡片的顺序号。顺序号。 数字索引(哈那瓦特索引)数字索引(哈那瓦特索引)它是鉴定未知相它是鉴定未知相时主要使用的索引,它按衍射花样的三条最强线时主要使用的索引,它按衍射花样的三条最强线d值排列,值排列,1972年年以后出版的书还列出了外五条较强的线,即为八强线排列,每种物以后出版的书还列出了外五条较强的线,即为八强线排列,每种物质的三强线或八强线在索引中重
7、复三次或八次,即每一强线都作为质的三强线或八强线在索引中重复三次或八次,即每一强线都作为第一根线排列一次。第一根线排列一次。 芬克索引芬克索引它是主要为强度失真和具有择优取向它是主要为强度失真和具有择优取向的衍射花样设计的,它也是按八强线排列。的衍射花样设计的,它也是按八强线排列。 常见物相检索常见物相检索 7 JCPDS 粉末粉末X 射线衍射数据汇编(射线衍射数据汇编(PDF)是一种索引类工具书。索引分为按字母顺序是一种索引类工具书。索引分为按字母顺序索引和索引和d 值索引两大类。值索引两大类。 字母顺序索引是按化合物英文名称第一个字母顺序索引是按化合物英文名称第一个字母的顺序排列的。字母索
8、引有无机物名称字母的顺序排列的。字母索引有无机物名称索引、有机物名称索引、矿物名称索引等。索引、有机物名称索引、矿物名称索引等。 d值索引是按各物质粉末衍射线值索引是按各物质粉末衍射线d值大小排值大小排列的。首先是以第一条衍射线列的。首先是以第一条衍射线d值大小分组,值大小分组,例如,以例如,以10.00 以上为一组,以以上为一组,以8.00-9.99 为一为一组等。同一组中再按第二个组等。同一组中再按第二个d值大小次序排列值大小次序排列。每条索引都列出了按大小次序排列的。每条索引都列出了按大小次序排列的8 8个个d d值(相应与粉末衍射图中值(相应与粉末衍射图中8 8条最强的衍射线)条最强的
9、衍射线)8JCPDS卡片的形式卡片的形式9请同学们看书请同学们看书P5910JCPDS 卡片可以提供比索引上列出的更多的物质粉末衍卡片可以提供比索引上列出的更多的物质粉末衍射方面的信息。卡片左上方的数字是卡片的分类序号,射方面的信息。卡片左上方的数字是卡片的分类序号,即组号和卡片号,与即组号和卡片号,与PDF 索引中的分类号一致。大部分索引中的分类号一致。大部分卡片右上角有一个表示数据品质的符号:五角星表示卡片右上角有一个表示数据品质的符号:五角星表示卡片数据高度可靠,如有字母卡片数据高度可靠,如有字母i,则表示已指标化及估计则表示已指标化及估计强度,如有字母强度,如有字母O,则表示该套数据可
10、靠性较差,字母则表示该套数据可靠性较差,字母C,则表示表中衍射数据来自单晶则表示表中衍射数据来自单晶X 射线结构分析计算。空射线结构分析计算。空白表示品位未确定。此外,卡片中除了列出试样的化学白表示品位未确定。此外,卡片中除了列出试样的化学式和名称、衍射条件(如靶材、式和名称、衍射条件(如靶材、X 射线波长、滤光器)、射线波长、滤光器)、结晶学数据、光学及其他物理性质数据等,最重要的是结晶学数据、光学及其他物理性质数据等,最重要的是每张卡片都给出了衍射指数、每张卡片都给出了衍射指数、d值及相应的衍射强度。其值及相应的衍射强度。其中最强的衍射线的强度为中最强的衍射线的强度为100,其他衍射线以此
11、为标准换,其他衍射线以此为标准换算出相应的强度算出相应的强度。11 在氯化钠在氯化钠ICDD衍射数据卡(衍射数据卡(5组第组第628号卡片)号卡片)上出现的是:上出现的是:(1)组号和卡片号;)组号和卡片号;(2 )三个最强的衍射线;)三个最强的衍射线;(3 )具有最低衍射角的衍射线位置和强度;)具有最低衍射角的衍射线位置和强度;(4 )化学式和物质名称;)化学式和物质名称;(5 )所用衍射方法及相关资料;)所用衍射方法及相关资料;(6 )晶体学数据;)晶体学数据;(7 )光学及其他数据;)光学及其他数据;(8 )与样品有关的资料;)与样品有关的资料;(9)衍射数据。衍射强度表示为)衍射数据。
12、衍射强度表示为I1的百分数,的百分数,I1是衍是衍射图上最强衍射线的强度。射图上最强衍射线的强度。122定性相鉴定定性相鉴定 单相试样的定性分析单相试样的定性分析 多相试样的定性分析多相试样的定性分析133定性物相鉴定过程中应注意的问题定性物相鉴定过程中应注意的问题 d比比I相对重要相对重要 低角度线比高角度线重要低角度线比高角度线重要 强线比弱线重要强线比弱线重要 要重视特征线要重视特征线 做定性分析中,了解试样来源、化学做定性分析中,了解试样来源、化学成分、物理性质成分、物理性质 不要过于迷信卡片上的数据,特别是不要过于迷信卡片上的数据,特别是早年的资料早年的资料 ,注意资料的可靠性。,注
13、意资料的可靠性。继继续续14 d比比I相对重要相对重要从衍射图谱中得到的一系列面间距与强度从衍射图谱中得到的一系列面间距与强度均可能有误差,而且影响线条强度的因素较位均可能有误差,而且影响线条强度的因素较位置的因素复杂得多。当测试所用辐射与卡片不置的因素复杂得多。当测试所用辐射与卡片不同时,其相对强度的差别更为明显。所以在定同时,其相对强度的差别更为明显。所以在定性分析时,强度往往是较次要的指标,应更重性分析时,强度往往是较次要的指标,应更重视面间距数据的吻合。在晶胞参数的精确测定视面间距数据的吻合。在晶胞参数的精确测定一节将会对提高衍射角测定精度的问题进行讨一节将会对提高衍射角测定精度的问题
14、进行讨论。对于一般物相分析问题,并不要求面间距论。对于一般物相分析问题,并不要求面间距的测量达到那样高的精确度。因此,将测量数的测量达到那样高的精确度。因此,将测量数据与卡片对照时,允许有一些偏差,但这偏差据与卡片对照时,允许有一些偏差,但这偏差应是有规律的,当被测相中含有固溶元素时,应是有规律的,当被测相中含有固溶元素时,则差别更为明显。则差别更为明显。返回返回15 低角度线比高角度线重要低角度线比高角度线重要这是因为不同晶体来说,低角度线的这是因为不同晶体来说,低角度线的d值相一致的机会很值相一致的机会很少(晶面间距大),但对于高角度线(晶面间距小的)不同晶少(晶面间距大),但对于高角度线
15、(晶面间距小的)不同晶体间相互近似的机会增多。体间相互近似的机会增多。返回返回16 要重视特征线要重视特征线衍射花样中强度较高且衍射花样中强度较高且d值较大的衍射线,它不受其它产值较大的衍射线,它不受其它产地和其它条件的影响,并且与其他化合物的衍射线不相干扰,地和其它条件的影响,并且与其他化合物的衍射线不相干扰,这些对鉴很有说服力。这些对鉴很有说服力。返回返回17 做定性分析中,了解试样来源、化学做定性分析中,了解试样来源、化学成分、物理性质成分、物理性质在多相混合物的衍射图谱中,属于不同相的某些衍射在多相混合物的衍射图谱中,属于不同相的某些衍射线条,可能因面间距相近而相互重叠,所以,衍射图谱
16、中线条,可能因面间距相近而相互重叠,所以,衍射图谱中的最强线实际上可能并非某一相的最强线,而是由两个或的最强线实际上可能并非某一相的最强线,而是由两个或两个以上物相的某些次强或三强线条叠加的结果。在这种两个以上物相的某些次强或三强线条叠加的结果。在这种情况下,若以该线条作为某相的最强线条,可能与该相粉情况下,若以该线条作为某相的最强线条,可能与该相粉末衍射标准图谱中的强度分布不符,或者说,找不到与此末衍射标准图谱中的强度分布不符,或者说,找不到与此强度分布对应的卡片。此时,必须仔细分析,重新假设和强度分布对应的卡片。此时,必须仔细分析,重新假设和检索。有些物质的晶体结构相同,点阵参数相近,其衍
17、射检索。有些物质的晶体结构相同,点阵参数相近,其衍射图谱在允许的误差范围内可能与几张卡片相近,这就需要图谱在允许的误差范围内可能与几张卡片相近,这就需要结合化学分析结果、试样来源、热处理条件,根据物质相结合化学分析结果、试样来源、热处理条件,根据物质相组成关系方面的知识,在满足结果的合理性和可能性的条组成关系方面的知识,在满足结果的合理性和可能性的条件下,得到可靠的结论。比较复杂的相分析工作,往往要件下,得到可靠的结论。比较复杂的相分析工作,往往要与其他方法(如化学分析、电子探针、能量色散谱与其他方法(如化学分析、电子探针、能量色散谱EDS)配合才能得出正确的结论。配合才能得出正确的结论。返回
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