物相分析学习.pptx





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1、1 X X射射线线物物相相分分析析方方法法材料或物质的组成包括两部分:材料或物质的组成包括两部分:一一是材料的组成元素及其含量;是材料的组成元素及其含量;二是二是这些元素的存在状态,即是什么物这些元素的存在状态,即是什么物相。相。材料由哪些元素组成的分析工作可材料由哪些元素组成的分析工作可以通过化学分析、光谱分析、以通过化学分析、光谱分析、X X射射线荧光分析等方法来实现,这些工线荧光分析等方法来实现,这些工作称之作称之成份分析成份分析。材料由哪些物相构成可以通过材料由哪些物相构成可以通过X X射射线衍射分析加以确定,这些工作称线衍射分析加以确定,这些工作称之之物相分析或结构分析物相分析或结构
2、分析。第1页/共62页2 X X射射线线物物相相分分析析方方法法材料的成份和组织结构是决定其性材料的成份和组织结构是决定其性能的基本因素能的基本因素;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;而而X X射线衍射分析可得出材料中物射线衍射分析可得出材料中物相的结构。相的结构。因此,三种方法不可互相取代。因此,三种方法不可互相取代。第2页/共62页3X射线物相分析例如例如:钢铁材料(钢铁材料(Fe-CFe-C合金),成份分析可以知合金),成份分析可以知道其中道其中C%C%的含量、合金元素的含量、杂质元素含的含量、合金元素的含量、杂质
3、元素含量等等。但这些元素的存在状态可以不同,如碳量等等。但这些元素的存在状态可以不同,如碳以石墨的形式存在形成灰口铸铁,若以元素形式以石墨的形式存在形成灰口铸铁,若以元素形式存在于固溶体或化合物中则形成铁素体或渗碳体。存在于固溶体或化合物中则形成铁素体或渗碳体。究竟究竟Fe-CFe-C合金中存在哪些物相则需要物相分析来合金中存在哪些物相则需要物相分析来确定。用确定。用X X射线衍射分析可以帮助我们确定这些射线衍射分析可以帮助我们确定这些物相;物相;X射线物相分析给出的结果,不是试样的化学成分,而是由各种元素组成的具有固定结构的物相。第3页/共62页4X射线衍射分析的特点 能鉴定物相而不是元素
4、如碳钢的主要成分是铁、碳,但X射线衍射并不指出铁、碳的含量为多少,而是指出在各种不同处理条件下该材料由哪些相组成,是铁素体、奥氏体还是碳化物,并指出各相的含量。能区分同素异构体。如具有不同结构的Al2O3有20多种,用其它方法很难区分开。试样用量少。可以不破坏样品(无损检测)。第4页/共62页5X射线物相分析分为:物相定性分析物相定量分析 第5页/共62页6定定性性相相分分析析1.1.基本原理基本原理2.PDF2.PDF卡片卡片3.3.索引索引4.4.分析方法分析方法5.5.计算机自动检索计算机自动检索第6页/共62页7 基基本本原原理理X X射线物相分析是以晶体结构为基础,射线物相分析是以晶
5、体结构为基础,通过比较晶体的衍射花样来进行分析。通过比较晶体的衍射花样来进行分析。对于晶体物质中来说,各种物对于晶体物质中来说,各种物相相都有都有自己特定的结构参数(点阵类型、晶自己特定的结构参数(点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子或分子的数目、胞大小、晶胞中原子或分子的数目、位置等),结构参数不同则位置等),结构参数不同则X X射线衍射射线衍射花样也就各不相同,所以通过比较花样也就各不相同,所以通过比较X X射射线衍射花样可区分出不同的物相。线衍射花样可区分出不同的物相。当多种物相同时衍射时,其衍射花样当多种物相同时衍射时,其衍射花样也是各种物相自身衍射花样的机械叠也是各种物相自身衍射花样的机械
6、叠加。它们互不干扰,相互独立,逐一加。它们互不干扰,相互独立,逐一比较就可以在重叠的衍射花样中剥离比较就可以在重叠的衍射花样中剥离出各自的衍射花样,分析标定后即可出各自的衍射花样,分析标定后即可鉴别出各自物相。鉴别出各自物相。第7页/共62页8目前已知的晶体物质已有成千上万种。事先在一定的目前已知的晶体物质已有成千上万种。事先在一定的规范条件下对所有已知的晶体物质进行规范条件下对所有已知的晶体物质进行X X射线衍射,获射线衍射,获得一套所有晶体物质的标准得一套所有晶体物质的标准X X射线衍射花样图谱,建立射线衍射花样图谱,建立成数据库。成数据库。当对某种材料进行物相分析时,只要将实验结果与数当
7、对某种材料进行物相分析时,只要将实验结果与数据库中的标准衍射花样图谱进行比对,就可以确定材据库中的标准衍射花样图谱进行比对,就可以确定材料的物相。料的物相。X X射线衍射物相分析工作就变成了简单的射线衍射物相分析工作就变成了简单的图谱对照工作图谱对照工作。第8页/共62页9定性相分析的判据定性相分析的判据通常用d(晶面间距)和I(衍射线相对强度)的数据代表衍射花样。用d-I数据作为定性相分析的基本判据。第9页/共62页10定性相分析的方法 将由试样测得的d-I数据组与已知结构物质的标准d-I数据组(PDFPDF卡卡片片)进行对比,以鉴定出试样中存在的物相。参考样品的化学组成和来源为判别其可能出
8、现的物相提供线索,减少分析的盲目性。第10页/共62页11 PDFPDF卡片简介卡片样式第11页/共62页12PDF卡片的内容(1)1a、1b、1c,三个位置上的数据是衍射花样中前反射区(2 90)中三条最强衍射线对应的面间距,1d位置上的数据是最大面间距。(2)2a、2b、2c、2d,分别为上述各衍射线的相对强度,其中最强线的强度为100.1a、1b、1c2a、2b、2c1d2d第12页/共62页13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最大面间距大面间距测测量量相相对对强强度度的的方法方法数据来源数据来源第13页/共62页14 晶系晶系空间群空间群晶
9、胞边长晶胞边长轴率轴率A=aA=a0 0/b/b0 0 C=cC=c0 0/b/b0 0轴角轴角单单位位晶晶胞胞内内“分分子子”数数数据来源数据来源第14页/共62页15 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度密度熔点熔点颜色颜色数据来源数据来源第15页/共62页16 样品来源、制备方样品来源、制备方法、升华温度、分解法、升华温度、分解温度等温度等第16页/共62页17 物相名称物相名称 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-i一般一般-空白空白较差较差-O-O计算得到计算得到-C-C第17页/共62页18全部衍射数据第18页
10、/共62页19定性相分析程序(1)获得衍射花样:可以用德拜照相法、透射聚焦照相法或衍射仪法。(2)计算面间距d值和测定相对强度I/I1值(I1为最强线的强度)。(3)检索PDF卡片:人工检索或计算机检索。(4)最后判定:判定唯一准确的PDF卡片。第19页/共62页20定性分析方法如待分析试样为单相如待分析试样为单相,在物相未知的情况下可用在物相未知的情况下可用HanawaltHanawalt索引或索引或FinkFink索引进行分析。用数字索引进行物相索引进行分析。用数字索引进行物相鉴定步骤如下:鉴定步骤如下:1 1 根据待测相的衍射数据,得出三强线的晶面间距值根据待测相的衍射数据,得出三强线的
11、晶面间距值d d1 1、d d2 2和和d d3 3(并估计它们的误差)。(并估计它们的误差)。2 2 根据最强线的面间距根据最强线的面间距d d1 1,在数字索引中找到所属的组,再根据,在数字索引中找到所属的组,再根据d d2 2和和d d3 3找到其中的一行。找到其中的一行。第20页/共62页21定性分析方法3 3 比较此行中的三条线,看其相对强度是否与被摄物质的三强线基本一致。如比较此行中的三条线,看其相对强度是否与被摄物质的三强线基本一致。如d d和和I/II/I1 1都基本一致,则可初都基本一致,则可初步断定未知物质中含有卡片所载的这种物质。步断定未知物质中含有卡片所载的这种物质。4
12、 4 根据索引中查找的卡片号,从卡片盒中找到所需的卡片。根据索引中查找的卡片号,从卡片盒中找到所需的卡片。5 5 将卡片上全部将卡片上全部d d和和I/II/I1 1与未知物质的与未知物质的d d和和I/II/I1 1对比,如果完全吻合则卡片上记载的物质,就是要鉴定的未对比,如果完全吻合则卡片上记载的物质,就是要鉴定的未知物质。知物质。第21页/共62页22多相混合物物相定性分析方法当待分析样为当待分析样为多相混合物多相混合物时,根据混合物时,根据混合物的衍射花样为各相衍射花样的叠加,也可的衍射花样为各相衍射花样的叠加,也可对物相逐一进行鉴定,但手续比较复杂。对物相逐一进行鉴定,但手续比较复杂
13、。具体过程为:具体过程为:用尝试的办法进行物相鉴定:先取三强线用尝试的办法进行物相鉴定:先取三强线尝试,吻合则可定;不吻合则从谱中换一尝试,吻合则可定;不吻合则从谱中换一根(或二根)线再尝试,直至吻合。根(或二根)线再尝试,直至吻合。对照卡片去掉已吻合的线条(即标定一相)对照卡片去掉已吻合的线条(即标定一相),剩余线条归一化后再尝试鉴定。直至所,剩余线条归一化后再尝试鉴定。直至所有线条都标定完毕。有线条都标定完毕。第22页/共62页23d/I/I1 d/I/I1 d/I/I1 3.01 5 1.50 20 1.04 3 2.47 72 1.29 9 0.98 5 2.13 28 1.28 18
14、 0.91 4 2.09 100 1.22 5 0.83 8 1.80 52 1.08 20 0.81 10待测相的衍射数据举例第23页/共62页24符合较好的一些物相物质 卡片号 d/相对强度I/I1实测数据2.091.811.28100 50 20Cu-Be(2.4%)9-213 2.101.831.28100 80 80Cu 4-8362.091.811.28100 46 20Cu-Ni9-206 2.081.801.27100 80 80Ni3(AlTi)C19-35 2.081.801.27100 35 20Ni3Al9-972.071.801.27100 70 50 与待测试样中三
15、强线晶面间距符合较好的一些物相与待测试样中三强线晶面间距符合较好的一些物相第24页/共62页25d/I/I1 d/I/I12.088 1001.043651.808 460.903831.278 200.829391.090 170.808384-8364-836卡片卡片CuCu的衍射数据的衍射数据第25页/共62页26待测试样中的剩余线条 5-667号的Cu2O衍射数据 d/I/I1 d/I/I1 观测值 归一值3.01 5 7 3.02092.47 70 100 2.4651002.13 30 40 2.135371.50 20 30 1.510271.29 10 15 1.287171.
16、22 5 7 1.2334 1.067420.98 5 7 0.97954 0.95483 0.8715 3 0.82163 剩余线条与剩余线条与CuCu2 2OO的衍射数据的比较的衍射数据的比较第26页/共62页271.1.根据被测物质的衍射数据,确定各衍射根据被测物质的衍射数据,确定各衍射线的线的d d值及其相对强度。值及其相对强度。2.2.根据试样成分和有关工艺条件,或参考根据试样成分和有关工艺条件,或参考有关文献,初步确定试样可能含有的物相。有关文献,初步确定试样可能含有的物相。按照这些物相的英文名称,从字母索引中按照这些物相的英文名称,从字母索引中找出它们的卡片号,然后从卡片盒中找出
17、找出它们的卡片号,然后从卡片盒中找出相应的卡片。相应的卡片。3.3.将实验测得的面间距和相对强度,与卡将实验测得的面间距和相对强度,与卡片上的值一一对比,如果某张卡片的数据片上的值一一对比,如果某张卡片的数据能与实验数据的某一组数据吻合,则待分能与实验数据的某一组数据吻合,则待分析样中含有卡片记载的物相。同理,可将析样中含有卡片记载的物相。同理,可将其他物相一一定出。其他物相一一定出。应用字母索引进行物相鉴定的步骤应用字母索引进行物相鉴定的步骤应用字母索引进行物相鉴定的步骤应用字母索引进行物相鉴定的步骤第27页/共62页28在物相为在物相为3 3相以上时,人工检索并非易事,此时利用计算机是行相
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