X射线衍射分析精选课件.ppt

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1、关于X射线衍射分析第一页，本课件共有69页例已知：已知：NaCl 晶晶体体主主晶晶面面间间距距为为2.8210-10 m对对某某单单色色X射线的布喇格第一级强反射的掠射角为射线的布喇格第一级强反射的掠射角为 15求求:入射入射X射线波长第二级强反射的掠射角射线波长第二级强反射的掠射角第二页，本课件共有69页解法 提要sin2dk(),.21k,根据布喇格公式2dsin1k1,1152 2.8210-10 15sin1.4610-10(m)2sin2d2k,22()arcsin22darcsin0.517731.18 第三页，本课件共有69页粉末照相法粉末照相法粉末衍射仪法粉末衍射仪法X射线衍射

2、方法射线衍射方法衍射方法实验条件劳厄法变不变连续X射线照射固定的单晶体转动晶体法不变变化单色X射线照射转动的单晶体粉晶照相法不变变化单色X射线照射粉晶或多晶试样粉晶衍射仪法不变变化单色X射线照射多晶体或转动的多晶体单晶体衍射方法单晶体衍射方法多晶体衍射方法多晶体衍射方法照相法照相法 四圆衍射仪法四圆衍射仪法劳厄法劳厄法转晶法转晶法魏森堡法魏森堡法第四页，本课件共有69页劳厄法和转晶法劳厄法和转晶法劳厄法劳厄法是用连续是用连续X射线谱作为入射光源，射线谱作为入射光源，单晶体固定不动，入射面与各衍射面的夹单晶体固定不动，入射面与各衍射面的夹角也固定不动，靠衍射面选择不同波长的角也固定不动，靠衍射面

3、选择不同波长的X射线来满足布拉格方程。产生的衍射线射线来满足布拉格方程。产生的衍射线表示了各衍射面的方位，故此法能反映晶表示了各衍射面的方位，故此法能反映晶体的取向和对称性。体的取向和对称性。转晶法转晶法是用单色是用单色X射线作为入射光源，射线作为入射光源，单晶体绕一晶轴（通常垂直于入射方单晶体绕一晶轴（通常垂直于入射方向）旋转，靠连续改变各衍射面与入向）旋转，靠连续改变各衍射面与入射线的夹角来满足布拉格方程。利用射线的夹角来满足布拉格方程。利用此法可作单晶的结构分析和物相分析。此法可作单晶的结构分析和物相分析。第五页，本课件共有69页粉晶法粉晶法辐射源辐射源:单色（特征）单色（特征）X射线；

4、射线；试试样样：多多为为很很细细（0.1-10m)的的粉粉末末多多晶晶体体，根根据据需需要要也也可可以采用多晶体的块、片、丝等作试样。以采用多晶体的块、片、丝等作试样。种种类类：粉粉晶晶照照相相法法衍衍射射花花样样用用照照相相底底片片来来记记录录，应应用用较较少少 粉粉晶晶衍衍射射仪仪法法衍衍射射花花样样用用辐辐射射探探测测器器接接收收后后，再再经测量电路系统放大处理并记录和显示，应用十分普遍经测量电路系统放大处理并记录和显示，应用十分普遍第六页，本课件共有69页样品样品2 可调节可调节底片底片 X 射线射线单色单色x-rayx-ray照射多晶体或粉末试样的方法。照射多晶体或粉末试样的方法。衍

5、衍射射花花样样采采用用照照相相底底片片记记录录，称称粉粉末末照照相相法法（粉粉末法、粉晶法）末法、粉晶法）。粉晶照相法：粉晶照相法：第七页，本课件共有69页粉晶法衍射原理粉晶法衍射原理一一束束波波长长的的平平行行x-ray照照射射到到晶晶面面间间距距为为d的的一一组组晶晶面面上，当入射角上，当入射角满足布拉格方程时，即可发生满足布拉格方程时，即可发生衍射衍射。单晶体在衍射方向上可得到一个个分立的单晶体在衍射方向上可得到一个个分立的衍射点衍射点。多晶体的衍射花样是所有单晶颗粒多晶体的衍射花样是所有单晶颗粒衍射的总和衍射的总和。一个一个“衍射锥衍射锥”代表晶体中代表晶体中一组特定的晶面一组特定的晶

6、面。第八页，本课件共有69页入射入射X射线射线样品样品VIVIIIIII2 12 2r实实验验中中晶晶体体均均匀匀旋旋转转，促促使使更更多多的的晶晶面面有有机机会会处处于于上上述述位位置置。由于由于 相同，结果形成相同，结果形成“空间圆锥体空间圆锥体”。圆锥体顶角为圆锥体顶角为4 4，母线为衍射线方向。，母线为衍射线方向。其它晶面产生衍射，形成各自的衍射锥，只是锥角不同。其它晶面产生衍射，形成各自的衍射锥，只是锥角不同。圆锥的数目等于满足布拉格方程的晶面数。圆锥的数目等于满足布拉格方程的晶面数。底底片片垂垂直直于于x-rayx-ray方方向向安安装装时时，衍衍射射线线在在底底片片上上构构成成许

7、许多多同同心圆（衍射圆环）。心圆（衍射圆环）。第九页，本课件共有69页用长条形底片卷成圆环状，衍射圆锥与底片相交构用长条形底片卷成圆环状，衍射圆锥与底片相交构成一系列对称弧线，每对弧线间的距离相当于对应成一系列对称弧线，每对弧线间的距离相当于对应的圆锥顶角的圆锥顶角44对应的弧长。对应的弧长。第十页，本课件共有69页衍射照片及衍射图衍射照片及衍射图第十一页，本课件共有69页按按多多晶晶衍衍射射原原理理，用用衍衍射射光光子子探探测测器器和和测测角角仪仪来来纪纪录录衍衍射射线线位位置置及及强强度度，I曲曲线线记记录录衍衍射射花花样样，进进行行晶晶体体衍衍射射实实验验的的设设备备称称为为x-ray衍

8、射仪衍射仪。优点优点：自动化程度高，检测快速，工作效率高。自动化程度高，检测快速，工作效率高。灵敏度高，衍射线可以聚焦，衍射强度高。灵敏度高，衍射线可以聚焦，衍射强度高。精度高，分辨率好。精度高，分辨率好。数据处理方便。数据处理方便。X X射线衍射方法射线衍射方法衍射仪法衍射仪法第十二页，本课件共有69页布鲁克公司生产的布鲁克公司生产的D8X射线衍射仪射线衍射仪 控制及数据收集计算机控制及数据收集计算机第十三页，本课件共有69页基本原理基本原理每每一一种种晶晶体体物物质质都都有有各各自自的的晶晶体体结结构构，当当x射射线线穿穿过过晶晶体体时时，每每一一种种晶晶体体物物质质都都有有自自己独特的己

9、独特的衍射花纹衍射花纹。衍衍射射花花纹纹的的特特征征可可以以用用各各个个衍衍射射面面族族的的面面间间距距d（与与晶晶胞胞的的形形状状和和大大小小有有关关）和和衍衍射射线线的的相相对对强强度度I/I0（与与粒粒子子的的种种类类及及其其在晶胞中的位置有关）来表示。在晶胞中的位置有关）来表示。d和和I/I0是是晶晶体体结结构构的的必必然然反反映映，可可根根据据它它们来鉴别结晶物质的物相。们来鉴别结晶物质的物相。第十四页，本课件共有69页目前常用的目前常用的X射线衍射仪射线衍射仪的工作原理示意图的工作原理示意图 波长为 的X射线从T处以 角入射至试样S处，如果试样中某一原子面如果试样中某一原子面正好满

10、足布拉格方程，正好满足布拉格方程，便会在便会在C处得到加强的处得到加强的衍射束衍射束 测试时衍射仪可以连续地改变试测试时衍射仪可以连续地改变试样与入射样与入射X射线的相对角度射线的相对角度，使得更多的原子面有机会满足使得更多的原子面有机会满足布拉格方程所限定的条件而得布拉格方程所限定的条件而得到衍射峰到衍射峰 第十五页，本课件共有69页X射线衍射仪的构造射线衍射仪的构造主要包括四个部分：主要包括四个部分：1.X射射线线发发生生系系统统，用用来来产生稳定的产生稳定的X射线光源射线光源2.测测角角仪仪，用用来来测测量量衍衍射射花样三要素花样三要素3.探探测测与与记记录录系系统统，用用来来接收记录衍

11、射花样接收记录衍射花样4.控控制制系系统统用用来来控控制制仪仪器器运转、收集和打印结果运转、收集和打印结果第十六页，本课件共有69页1 1、对对光光源源的的要要求求：简简单单地地说说，对对光光源源的的基基本本要要求求是是 稳定，强度大，光谱纯洁。稳定，强度大，光谱纯洁。测量衍射花样是测量衍射花样是“非非同时测量的同时测量的”，为了，为了使测量的各衍射线可使测量的各衍射线可以相互比较，要求在以相互比较，要求在进行测量期间光源和进行测量期间光源和各部件性能是稳定的。各部件性能是稳定的。提高光源强度可提高光源强度可以提高检测灵敏以提高检测灵敏度、衍射强度测度、衍射强度测量的精确度和实量的精确度和实现

12、快速测量。现快速测量。对衍射分析很重对衍射分析很重要，光谱不纯，要，光谱不纯，轻则增加背底，轻则增加背底，重则增添伪衍射重则增添伪衍射峰，从而增加分峰，从而增加分析困难。析困难。衍射分析中需要单色辐射以提高衍射花样的质量。通常采用衍射分析中需要单色辐射以提高衍射花样的质量。通常采用过滤片法、弯曲晶体单色器、脉冲高度分析器过滤片法、弯曲晶体单色器、脉冲高度分析器等方法，过滤等方法，过滤K 射线，射线，降低连续谱线强度。降低连续谱线强度。2、光源单色化的方法、光源单色化的方法X射线光源射线光源第十七页，本课件共有69页测角仪测角仪 测测角角仪仪圆圆中中心心是是样样品品台台H。样样品品台台可可以以绕

13、绕中中心心O轴轴转转动动。平平板板状状粉粉末末多多晶晶样样品品安安放放在在样样品品台台H上上，并并保保证证试试样样表表面面与与O轴轴线线严格重合。严格重合。测测角角仪仪圆圆周周上上安安装装有有X射射线线辐辐射射探探测测器器D，探探测测器器亦亦可可以以绕绕O轴线转动。轴线转动。工工作作时时，探探测测器器与与试试样样同同时时转转动动，但但转转动动的的角角速速度度为为2：1的的比比例例关关系。系。测测角角仪仪是是衍衍射射仪仪的的关关键键部部件件，它它的的调调整整与与使使用用正正确确与与否否，将直接影响到探测到的衍射花样的质量。将直接影响到探测到的衍射花样的质量。第十八页，本课件共有69页探探测测与与

14、记记录录系系统统：X X射射线线衍衍射射仪仪是是用用探探测测器器、定定标标器器、计计数数率率仪仪及及其其相相应应的的电电子子线线路路作作为为探探测测与与记记录录系系统统来代替照相底片记录试样的衍射花样的。来代替照相底片记录试样的衍射花样的。控控制制系系统统：是是利利用用电电子子计计算算机机控控制制X X射射线线衍衍射射仪仪测测量量、记录、数据处理和打印结果的装置。记录、数据处理和打印结果的装置。第十九页，本课件共有69页实验与测量方法实验与测量方法1 1、样品的制备方法、样品的制备方法 （1 1）、粉末要细；）、粉末要细；（2 2）、要有代表）、要有代表;（3 3）、特殊样品的制备）、特殊样品

15、的制备2 2、仪器实验工作参数的选择、仪器实验工作参数的选择一些实验工作参数的选择对衍射图的影响是互相矛盾、一些实验工作参数的选择对衍射图的影响是互相矛盾、互相制约的互相制约的第二十页，本课件共有69页扫描方式扫描方式连续扫描连续扫描试试样样和和探探测测器器以以1：2的的角角速速度度做做匀匀速速圆圆周周运运动动，转转动动过过程程中中探探测测器器同同时时记记录录各各镜镜面面衍衍射射信信号号。具具有有一一定的分辨率、灵敏度和精确度。定的分辨率、灵敏度和精确度。步进扫描步进扫描不连续的，每转动一定角度即停止。不连续的，每转动一定角度即停止。峰位正确，分辨率好。峰位正确，分辨率好。第二十一页，本课件共

16、有69页强度强度111200220311222400331420422511,333440531600,44220 30 40 50 60 70 80 90 100 1102 NaClNaCl的粉末衍射图的粉末衍射图衍射花样衍射花样3 3个基本要素：个基本要素：衍射线的峰位；衍射线的峰位；线形；线形；强度强度纵坐标的单位：纵坐标的单位：每秒脉冲数，每秒脉冲数，CPSCPS衍射线强度测定衍射线强度测定 （i i）峰高强度：衍射线的峰高对应的强度。）峰高强度：衍射线的峰高对应的强度。（ii ii）积分强度：曲线以下背底以上区域面积。）积分强度：曲线以下背底以上区域面积。第二十二页，本课件共有69页

17、峰位确定1、峰顶法、峰顶法 2、切线法、切线法3、半高宽中点法、半高宽中点法 4、7/8高度法高度法 5、中点连线法、中点连线法 第二十三页，本课件共有69页物质结构状态与散射物质结构状态与散射(衍射衍射)谱线谱线 自然界中物质常见的结构状态包括：自然界中物质常见的结构状态包括：原子完全无序原子完全无序(稀薄气体稀薄气体)原子近程有序但远程无序原子近程有序但远程无序(非晶非晶)原子近程有序和远程有序原子近程有序和远程有序(晶体晶体)第二十四页，本课件共有69页 原原子子完完全全无无序序情情况况，例例如如稀稀薄薄气气体体。在在进进行行X射射线线分分析析时时，只只能能得得到到一一条条近近乎乎水水平

18、平的的散散射射背背底底谱线。谱线。I2第二十五页，本课件共有69页 原原子子近近程程有有序序但但远远程程无无序序情情况况，例例如如非非晶晶体体材材料料。由由于于近近程程原原子子的的有有序序排排列列，在在配配位位原原子子密密度度较高原子间距对应的较高原子间距对应的 2 附近产生非晶散射峰。附近产生非晶散射峰。I2第二十六页，本课件共有69页I2 非非晶晶体体材材料料的的近近程程原原子子有有序序度度越越高高，则则配配位位原原子子密密度度较较高高原原子子间间距距对对应应的的非非晶晶散散射射峰峰越越强强，且散射峰越窄。且散射峰越窄。第二十七页，本课件共有69页 理理想想晶晶体体的的衍衍射射谱谱线线，是

19、是布布拉拉格格方方向向对对应应的的 2 处产生没有宽度的衍射线条。处产生没有宽度的衍射线条。前提是不存在消光现象。前提是不存在消光现象。I2第二十八页，本课件共有69页X射线对物质的衍射谱射线对物质的衍射谱第二十九页，本课件共有69页 实实际际晶晶体体中中由由于于存存在在晶晶体体缺缺陷陷等等破破坏坏晶晶体体完完整整性性的的因因素素，导导致致衍衍射射谱谱线线的的峰峰值值强强度度降降低，峰形变宽。低，峰形变宽。I2I2第三十页，本课件共有69页 物质微区不均匀性，例如存在纳米级别的异类物质微区不均匀性，例如存在纳米级别的异类颗粒或孔隙，则会在颗粒或孔隙，则会在 25o 范围内出现相应的漫范围内出现

20、相应的漫散射谱线即小角散射现象。散射谱线即小角散射现象。I2第三十一页，本课件共有69页第三十二页，本课件共有69页物相分析方法（物相分析方法（X X射线衍射分析）射线衍射分析）物相分析物相分析-测定元素（当样品为纯物质时）测定元素（当样品为纯物质时）-测定物相（当样品为化合物或固溶体时）测定物相（当样品为化合物或固溶体时）材料的成份材料的成份和和组织结构组织结构是决定其性能的基本因素。是决定其性能的基本因素。化学分析能给出材料的成份，化学分析能给出材料的成份，金相分析能揭示材料的显微形貌，金相分析能揭示材料的显微形貌，X X射射线线衍衍射射分分析析可可得得出出材材料料中中物物相相的的结结构构

21、及及元元素素的的存存在状态。在状态。三种方法不可互相取代。三种方法不可互相取代。物相分析包括物相分析包括定性分析定性分析和和定量分析定量分析两部分。两部分。成分分析：成分分析：C元素元素 物相分析：物相分析：石墨、金刚石、石墨、金刚石、C60第三十三页，本课件共有69页定性分析定性分析目的目的：判定物：判定物质质中的物相中的物相组组成。成。原原理理：任任何何结结晶晶物物质质都都有有其其特特定定的的化化学学组组成成和和结结构构参参数数（包包括括点点阵阵类类型型、晶晶胞胞大大小小、晶晶胞胞中中质质点点的的数数目目及及坐坐标标等等）。当当X 射射线线通通过过晶晶体体时时产产生生特特定定的的衍衍射射图

22、图形形，对对应应一一系系列列特特定定的的面面间间距距d 和和相相对对强度强度I/I1 值。值。第三十四页，本课件共有69页衍射衍射线线的位置取决于晶胞形状、大小，也取决于各的位置取决于晶胞形状、大小，也取决于各晶面晶面间间距距d；衍射衍射线线的相的相对对强强度度I i/I0则则取决于晶胞内原子的种取决于晶胞内原子的种类类、数目及排列方式；数目及排列方式；所以，任何一种结晶物质的衍射数据所以，任何一种结晶物质的衍射数据d 和和Ii/I0 是其晶体是其晶体结构的必然反映。结构的必然反映。不同物相混在一起时，它们各自的衍射数据将同时出不同物相混在一起时，它们各自的衍射数据将同时出现，互不干扰地叠加在

23、一起现，互不干扰地叠加在一起。因因此，可根据各自的衍射数据来鉴定各种不同的物相。此，可根据各自的衍射数据来鉴定各种不同的物相。这有如用不同的指纹来区分不同的人。这有如用不同的指纹来区分不同的人。第三十五页，本课件共有69页第三十六页，本课件共有69页X射射线线衍射物相分析的基本思想衍射物相分析的基本思想：（1）对对于一束波于一束波长长确定的确定的单单色色X射射线线，同一物相，同一物相产产生确定的衍射生确定的衍射花花样样。（2）晶晶态态试试样样的的衍衍射射花花样样在在谱谱图图上上表表现现为为一一系系列列衍衍射射峰峰，各各峰峰的的峰峰位位2i（衍衍射射角角）和和相相对对强强度度Ii/I0是是确确定

24、定的的。由由2dsin=可可求求出出产产生生各各衍衍射射峰峰的的晶晶面面族族所所具具有有的的面面间间距距di。这这样样，一一系系列衍射峰的列衍射峰的diIi/I0，便象，便象“指指纹纹”一一样样成成为识别为识别物相的物相的标记标记。（3）混合物相的）混合物相的谱图谱图是各是各组组分相分分相分别产别产生衍射或散射的生衍射或散射的简简单单叠加。叠加。根据上述思想，参照已知物相根据上述思想，参照已知物相标标准，由衍射准，由衍射图图即可即可识别样识别样品品中的物相。中的物相。第三十七页，本课件共有69页 物相定性分析物相定性分析过过程程：1.实验实验 用用粉末衍射粉末衍射仪仪法法获获取被取被测试样测试

25、样物相的衍射物相的衍射图谱图谱。2.将将实验实验得到得到样样品的衍射品的衍射图图与已知物相在相同与已知物相在相同实验实验条件下的衍射条件下的衍射图图直接比直接比较较，根据峰位、相，根据峰位、相对对强强度、度、样样品品结结构已知信息等判构已知信息等判别别待定物待定物相。相。3.通通过对过对所所获获衍射衍射图谱图谱的分析和的分析和计计算，算，获获得各衍射峰的得各衍射峰的2i，各，各衍射峰衍射峰对应对应的面的面间间距距di及各峰相及各峰相对对强强度度Ii/I0。在。在这这几个数据中，几个数据中，要求要求对对2i和和di值进值进行高精度的行高精度的测测量量计计算，而算，而Ii/I0相相对对精度要求不精

26、度要求不高。目前，一般的衍射高。目前，一般的衍射仪仪均由均由计计算机直接算机直接给给出所出所测测物相衍射物相衍射线线条条的的di值值。第三十八页，本课件共有69页4.由由di，然后，然后结结合合Ii/I0，及，及试样结试样结构已知信息等，在构已知信息等，在汇编标汇编标准中用准中用diIi/I0，使用，使用检检索手册，根据需要使用字母索手册，根据需要使用字母检检索、索、Hanawalt检检索或索或Fink检检索手册，索手册，查寻查寻物相物相PDF卡片号卡片号对对照照检检索，定性索，定性识别识别物相。物相。5.若是多物相分析，若是多物相分析，则则在（在（3）步完成后，）步完成后，对对剩余的衍剩余的

27、衍射射线线重新根据相重新根据相对对强强度排序，重复（度排序，重复（3）步）步骤骤，直至全，直至全部衍射部衍射线线能基本得到解能基本得到解释释。第三十九页，本课件共有69页1938年左右，哈那瓦特（年左右，哈那瓦特（Hanawalt)等就开始收集等就开始收集和摄取各种已知衍射花样，将其衍射数据进行科学和摄取各种已知衍射花样，将其衍射数据进行科学的整理和分类。的整理和分类。1942年，美国材料试验协会（年，美国材料试验协会（ASTM）整理出整理出版了卡片版了卡片1300张，称之为张，称之为ASTM卡片。卡片。1969年起，由美国材料试验协会和英国、法国、加年起，由美国材料试验协会和英国、法国、加拿

28、大等国家的有关单位共同组成了名为拿大等国家的有关单位共同组成了名为“粉末衍射粉末衍射标准联合委员会标准联合委员会”（JCPDS）国际机构，专门负责国际机构，专门负责收集、校订各种物质的衍射数据，将它们进行统一收集、校订各种物质的衍射数据，将它们进行统一的分类和编号，编制成卡片出版，这种卡片组被命的分类和编号，编制成卡片出版，这种卡片组被命名为粉末衍射卡组（名为粉末衍射卡组（Powder Diffraction File,PDF）。）。第四十页，本课件共有69页标标准准卡卡是是取取每每种种物物相相的的八八条条最最强强线线的的d值值和和相相对对强强度度来来表表示示，其其中中头头三三条条线线必必须须

29、是是290的最强线。的最强线。JCPDS卡片应用步骤：卡片应用步骤：选三条最强的衍射线，再任选其中一条衍射线选三条最强的衍射线，再任选其中一条衍射线d。在索引卡上的该在索引卡上的该d值范围内查，（如值范围内查，（如d=2.12A,须在须在2.102.14范围内查），再根据第二根较强线的范围内查），再根据第二根较强线的d值，在索引中找；再看第三条线。对比时还要注值，在索引中找；再看第三条线。对比时还要注意三根线的相对强度是否大致符合。意三根线的相对强度是否大致符合。第四十一页，本课件共有69页(1)1a,1b,1c三三数数据据为为三三条条最最强强衍衍射射线线对对应应的的 面面 间间 距距,1d为

30、最大面间距；为最大面间距；(2)2a,2b,2c,2d为为上上述述各各衍衍射射线线的的相相对对强强度度，其其中中最最强强线线的的强强度度为为100；第四十二页，本课件共有69页(3)辐射光源辐射光源波长波长滤波片滤波片相机直径相机直径所所用用仪仪器器可可测测最大面间距最大面间距测测量量相相对对强强度度的方法的方法数据来源数据来源第四十三页，本课件共有69页(4)晶系晶系空间群空间群晶胞边长晶胞边长轴率轴率A=a0/b0 C=c0/b0轴角轴角单单位位晶晶胞胞内内“分子分子”数数数据来源数据来源第四十四页，本课件共有69页(5)(5)光学性质光学性质折射率折射率光学正负性光学正负性光轴角光轴角密

31、度密度熔点熔点颜色颜色数据来源数据来源第四十五页，本课件共有69页(6)(6)样品来源、样品来源、制备方法、升制备方法、升华温度、分解华温度、分解温度等温度等第四十六页，本课件共有69页(7)物相名称物相名称(8)物物 相相 的的 化化学学式式与与数数据据可可靠性靠性可靠性高可靠性高-良好良好-i一般一般-空白空白较差较差-O计算得到计算得到-C第四十七页，本课件共有69页各个字母所代表的点阵类型是：各个字母所代表的点阵类型是：C简单立方；简单立方；B体心立方；体心立方；F面心立方；面心立方；T简单四方简单四方;U体心四方；体心四方；R简单菱形；简单菱形；H简单六方；简单六方；O简单斜方；简单

32、斜方；P体心斜方；体心斜方；Q底心斜方；底心斜方；S面心斜方；面心斜方；M简单单斜；简单单斜；N底心单斜；底心单斜；Z简单三斜。简单三斜。第四十八页，本课件共有69页(9)(9)全部衍射全部衍射数据数据第四十九页，本课件共有69页物相分析步骤物相分析步骤1、确定、确定d值和强度值和强度I/I0值（估计）值（估计）2、查索引、查索引3、得到编号、得到编号4、查卡片、查卡片5、确定物质或物相、确定物质或物相第五十页，本课件共有69页第五十一页，本课件共有69页ZrO2粉末的粉末的X射线衍射谱以及标定射线衍射谱以及标定第五十二页，本课件共有69页SiO2晶体和SiO2玻璃的 X 射线衍射谱图 在在某

33、某些些角角度度上上，晶晶体体的的衍衍射射谱谱图图出出现现了了锐锐利利的的衍衍射射峰峰。这这是是晶晶体体衍衍射射的的基基本本特特征征，根根据据这这些些锐锐利利的的衍衍射射峰峰可可以以分分析析晶晶体体内内部部原原子子排排列列的的情情况。况。非非晶晶态态材材料料的的衍衍射射谱谱图图与与晶晶态态材材料料有有所所不不同同，SiO2玻玻璃璃的的衍衍射射谱谱图图上上就就不不存存在在有有类类似似的的衍衍射射峰峰，表表明明原原子子排列没有长程有序的特征。排列没有长程有序的特征。第五十三页，本课件共有69页TiO2/PVP纳米纤维在分别于不同温度焙烧纳米纤维在分别于不同温度焙烧(500、550、600和和700

34、C)得到的得到的XRD图谱图谱TiO2纳米纤维的纳米纤维的XRD分析分析例第五十四页，本课件共有69页定性相分析的注意事项：定性相分析的注意事项：(1)d值的数据比相对强度的数据重要；值的数据比相对强度的数据重要；(2)低角度区的衍射数据比高角度区域的数据重要；低角度区的衍射数据比高角度区域的数据重要；(3)了解试样的来源、化学成分和物理特性等对于作出正确的结了解试样的来源、化学成分和物理特性等对于作出正确的结论是十分有帮助的；论是十分有帮助的；(4)在进行多相混合试样的分析时，不能要求一次就将所有主要在进行多相混合试样的分析时，不能要求一次就将所有主要衍射线都能核对上，因为它们可能不是同一物

35、相产生的；衍射线都能核对上，因为它们可能不是同一物相产生的；(5)尽量将尽量将X射线物相分析法和其它相分析法结合起来；射线物相分析法和其它相分析法结合起来；(6)要确定试样中含量较少的相时，可用物理方法或化学方法富要确定试样中含量较少的相时，可用物理方法或化学方法富集浓缩。集浓缩。第五十五页，本课件共有69页定性分析中应注意的问题定性分析中应注意的问题a.强度异常强度异常原因：原因：原因：原因：（a）择优取向）择优取向（如：轧制造成的织构）；（如：轧制造成的织构）；(b)峰的重叠；峰的重叠；(c)来自表面氧化物、硫化物的影响来自表面氧化物、硫化物的影响.b.测量灵敏度测量灵敏度物相的百分含量物

36、相的百分含量.如：如：W：0.1%0.1%以上才有衍射强度；以上才有衍射强度；以上才有衍射强度；以上才有衍射强度；CuCu：1%以上有衍射强度；以上有衍射强度；当物相含量很小或该相各晶面反射能力很弱时，当物相含量很小或该相各晶面反射能力很弱时，可能难于显示该相的衍射线条，因而不能断言可能难于显示该相的衍射线条，因而不能断言某相绝对不存在某相绝对不存在.第五十六页，本课件共有69页定量分析定量分析任任务务：根根据据混混合合相相试试样样中中各各相相物物质质的的衍衍射射线线的的强强度度来来确定各相物质的相对含量。确定各相物质的相对含量。直接对比法直接对比法 外标法外标法 内标法内标法 K值法值法第五

37、十七页，本课件共有69页X射线物相分析特点及适用范围1特点特点 鉴定可靠，因鉴定可靠，因d值精确、稳定；值精确、稳定；直接鉴定出物相，并确定物相的化合形式；直接鉴定出物相，并确定物相的化合形式；需要样品少，不受晶粒大小的限制；需要样品少，不受晶粒大小的限制；对晶体结构相同、晶胞参数相近的物相，有相似的对晶体结构相同、晶胞参数相近的物相，有相似的衍射花样；衍射花样；不能直接测出化学成分、元素含量；不能直接测出化学成分、元素含量；对对混混合合物物相相中中含含量量较较少少的的相相，有有一一定定的的检检测测误误差。差。2适用范围适用范围 衍射分析仅限于结晶物质。衍射分析仅限于结晶物质。第五十八页，本课

38、件共有69页一、一、利用布拉格衍射峰位及强度利用布拉格衍射峰位及强度：结构分析结构分析：晶体结构测定、物相定性和定量分析、相变研究、：晶体结构测定、物相定性和定量分析、相变研究、薄膜结构分析等。薄膜结构分析等。取向分析取向分析：晶体取向测定、解理面及惯析面测定、晶体形：晶体取向测定、解理面及惯析面测定、晶体形变研究、晶体生长研究、多晶材料织构测定和分析等。变研究、晶体生长研究、多晶材料织构测定和分析等。点阵参数测定点阵参数测定：固溶体组分测定、固溶体类型测定、固溶：固溶体组分测定、固溶体类型测定、固溶度测定、相图中边界测定、宏观弹性应力及弹性系数测定、度测定、相图中边界测定、宏观弹性应力及弹性

39、系数测定、热膨胀系数测定等。热膨胀系数测定等。衍射线形分析衍射线形分析：晶粒度和嵌镶块尺度测定、冷加工形变研究和微：晶粒度和嵌镶块尺度测定、冷加工形变研究和微观应力测定、层错测定、有序度测定、点缺陷统计分布及畸变场观应力测定、层错测定、有序度测定、点缺陷统计分布及畸变场测定等。测定等。应用概况应用概况第五十九页，本课件共有69页二、二、利用衍衬成象及利用衍衬成象及X射线干涉射线干涉 研究对象是近完整及完整晶体，研究内容包括：动力学研究对象是近完整及完整晶体，研究内容包括：动力学衍射理论研究、宏观晶体缺陷观察及分析、单个微观晶体缺衍射理论研究、宏观晶体缺陷观察及分析、单个微观晶体缺陷观察及分析、

40、柏氏矢量测定、晶体生长机理研究、晶片弯陷观察及分析、柏氏矢量测定、晶体生长机理研究、晶片弯曲度及弯曲方向测定、点阵参数高精度测定、折射率测定、曲度及弯曲方向测定、点阵参数高精度测定、折射率测定、晶体结构因数测定。晶体结构因数测定。三、三、利用大角度相干漫散射强度利用大角度相干漫散射强度 包括固溶体中原子类聚及短程序测定、时效过程预沉淀研究、包括固溶体中原子类聚及短程序测定、时效过程预沉淀研究、热漫散射研究、非晶态物质结构及结构弛豫测定、弹性系数及弹性热漫散射研究、非晶态物质结构及结构弛豫测定、弹性系数及弹性振动谱研究。振动谱研究。四、四、利用小角度散射强度利用小角度散射强度 包括回转半径测定、

41、大分子量测定、生物组织结构测定、固包括回转半径测定、大分子量测定、生物组织结构测定、固体内部及某些表面缺陷研究、纤维分析研究。体内部及某些表面缺陷研究、纤维分析研究。第六十页，本课件共有69页五、利用非相干散射强度五、利用非相干散射强度 研究原子中电子的动量分布、直接测定金属布研究原子中电子的动量分布、直接测定金属布里渊区中费米面形状、进行化学键研究。里渊区中费米面形状、进行化学键研究。六、利用吸收限精细结构六、利用吸收限精细结构 测定晶态及非晶态物质局域短程结构、测定测定晶态及非晶态物质局域短程结构、测定生物大分子中配位体距离、表面吸附分子状态研生物大分子中配位体距离、表面吸附分子状态研究、

42、催化剂原子价态及配位环境测定。究、催化剂原子价态及配位环境测定。第六十一页，本课件共有69页XRD识趣在1895年末，论文一种新的射线初步报告第六十二页，本课件共有69页中国第一台XRD衍射仪？中国使用XRD的第一人？XRD识趣第六十三页，本课件共有69页第六十四页，本课件共有69页1895年3月24日下午4时，中日第三次谈判结束后，73岁的李鸿章返回驿馆被枪击。“此血可以报国矣”。李鸿章的伤口在左眼下一寸的位置。所幸的是子弹虽然留在了体内，但并没有伤到眼睛。各国医生会诊之时，日本医生建议开刀，但德国和法国医生坚决反对。理由是既然这颗子弹对李鸿章眼睛的正常工作无害，不如暂时留在体内。如果贸然开

43、刀，将会危及性命。1895年4月17日，马关条约。第六十五页，本课件共有69页(1)衍射峰位与衍射强度衍射峰位与衍射强度A、衍射峰位、衍射峰位 衍衍射射峰峰位位角角 2是是反反映映衍衍射射方方向向的的问问题题，主主要要与与辐辐射射波波长长、晶晶胞胞类类型型、晶晶胞胞大大小小及及形形状状有有关关。遵循布拉格方程。遵循布拉格方程。第六十六页，本课件共有69页I2第六十七页，本课件共有69页B、衍射强度、衍射强度 衍射积分强度，归根结底是衍射积分强度，归根结底是X射线受晶体中众多射线受晶体中众多电子散射后的干涉与叠加结果。电子散射后的干涉与叠加结果。原子在晶胞中位置原子在晶胞中位置及及原子种类原子种类则决定了衍射强度。则决定了衍射强度。面积不变面积不变第六十八页，本课件共有69页感谢大家观看第六十九页，本课件共有69页