X射線衍射分析技術(shù).ppt

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1、X射線衍射分析技術(shù)X射線1第一節(jié)X射線衍射分析基礎(chǔ)X射線的發(fā)現(xiàn)1895年11月8日，德國物理學(xué)家倫琴在研究真空管高壓放電現(xiàn)象是偶然發(fā)現(xiàn)的X射線又稱倫琴射線倫琴獲得1901諾貝爾物理學(xué)獎2X衍射分析歷史1895年倫琴發(fā)現(xiàn)具有特別強(qiáng)的穿透力的X射線1912年德國物理學(xué)家勞埃發(fā)現(xiàn)X射線通過晶體時(shí)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，證明了X射線的波動性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性1912年小布拉格提出著名的布拉格方程1913年老布拉格設(shè)計(jì)出第一臺X射線分光計(jì)，并發(fā)現(xiàn)了特征X射線3X射線的產(chǎn)生燈絲中發(fā)出的電子達(dá)到一定的能量，電子受高壓電場的作用以高速轟擊靶面，會把靶面材料中的K層電子空出，處于激發(fā)態(tài)，其它層的電子躍入，能

2、量降低，發(fā)出X射線波長范圍0.05~0.25nm，穿透力強(qiáng)X射線管：陽極靶＋陰極燈絲常用Cu、Cr、Fe、Ni等4熱陰極X射線管示意圖5X射線譜連續(xù)譜X射線由高速電子與陽極靶的原子碰撞時(shí)，電子失去動能所發(fā)射的光子所形成特征譜X射線其產(chǎn)生與陽極物質(zhì)的原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)在X射線多晶衍射中，主要利用K系輻射，它相當(dāng)于一束單色X射線6Cu靶產(chǎn)生的X射線譜連續(xù)X射線特征X射線CuKaradiation,l=1.54178?KαKβ7第二節(jié)X射線衍射的基本原理衍射：光線照射到物體邊沿后通過散射繼續(xù)在空間發(fā)射的現(xiàn)象由于干涉的存在，產(chǎn)生不同的衍射花樣，可用于分析晶體的性質(zhì)必須事先建立X射線衍射的方

3、向和強(qiáng)度與晶體結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系8X射線衍射方向衍射方向?qū)嶋H上就是衍射條件問題，可用布拉格方程描述選擇反射只有當(dāng)l、q和d三者之間滿足布拉格方程時(shí)才能發(fā)生反射產(chǎn)生衍射的極限條件能夠被晶體衍射的電磁波的波長必須小于參加反射的晶體中最大面間距的2倍（l<2d）當(dāng)X射線的波長一定時(shí)，晶體中有可能參加反射的晶面族也是有限的，必須滿足d>l/2衍射級數(shù)n稱為衍射級數(shù)n=1稱為一級衍射，n=2稱為二級衍射9X射線分析應(yīng)用布拉格方程把晶體的周期性的特點(diǎn)d、X射線的本質(zhì)l與衍射規(guī)律q結(jié)合起來，利用衍射實(shí)驗(yàn)只要知道其中兩個(gè)就可以計(jì)算出第三個(gè)已知l，測定q，計(jì)算d可以確定晶體的周期結(jié)構(gòu)——晶體結(jié)構(gòu)分析（

4、XRD）已知d，測定q，計(jì)算出l，可以研究產(chǎn)生X射線特征波長，從而確定物質(zhì)是由何種元素組成的，含量多少——X射線波譜分析（XRF）10晶體對X光的衍射11第三節(jié)X射線衍射儀器與制樣衍射儀的組成X光管樣品臺測角儀檢測器1213ZnO的XRD圖衍射強(qiáng)度－2q衍射曲線14常規(guī)的照相法與X射線衍射儀法記錄到的衍射圖譜之差異15樣品制備粉體樣品的制備樣品的顆粒度對X射線的衍射強(qiáng)度以及重現(xiàn)性有很大的影響顆粒越大，則參與衍射的晶粒數(shù)就越少，還會產(chǎn)生初級消光效應(yīng)，使得強(qiáng)度重現(xiàn)性較差一般要求粉體樣品的顆粒度大小在0.1-10mm范圍16樣品制備粉體樣品的制備選擇參比物質(zhì)時(shí)，盡可能選擇結(jié)晶完好，晶料小于

5、5mm，吸收系數(shù)小的樣品MgO、Al2O3、SiO2采用壓片、膠帶粘、石蠟分散的方法進(jìn)行制樣由于X射線的吸收與其質(zhì)量密度有關(guān)，要求樣品制備均勻，否則嚴(yán)重影響定量結(jié)果的重現(xiàn)性17樣品制備薄膜樣品的制備需要注意薄膜的厚度一般適合比較厚的薄膜要求樣品具有比較大的面積，薄膜比較平整以及表面粗糙度要小特殊樣品的制備對于樣品量比較少的粉體樣品分散在膠帶紙上黏結(jié)或分散在石蠟油中，形成石蠟糊分散均勻且每次分散量控制相同1819第四節(jié)X射線衍射分析X射線衍射分析可給出材料中物相的結(jié)構(gòu)及元素的狀態(tài)信息XRD物相定性分析利用XRD衍射角位置及強(qiáng)度，鑒定未知樣品是由哪些物相所組成對比粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會（JC

6、PDS）出版的粉末衍射卡片（PDF卡片）看“三強(qiáng)線”2021PDF卡片每張PDF卡片列出一種單相物質(zhì)（包括元素單質(zhì)、合金、無機(jī)化合物、礦物、有機(jī)化合物和金屬有機(jī)化合物）的多晶X射線衍射數(shù)據(jù)PDF卡片號51-0939，并標(biāo)出衍射數(shù)據(jù)的質(zhì)量(圖中為C)，分別是：★（高質(zhì)量實(shí)測數(shù)據(jù)），C（根據(jù)實(shí)測的單晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算而得的理論數(shù)據(jù)），I（衍射圖已指標(biāo)化，數(shù)據(jù)可靠），Q（數(shù)據(jù)質(zhì)量符合要求），D（已被質(zhì)量更高的卡片所替代）列出物質(zhì)的分子式，英文名稱和有關(guān)的參考文獻(xiàn)列出化合物的CA(ChemicalAbstracts)序列號22PDF卡片列出物質(zhì)的結(jié)晶學(xué)數(shù)據(jù)，包括：分子量，晶胞體積，理論和實(shí)測比

7、重，所屬空間群，晶胞參數(shù)等列出了有關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括：同樣質(zhì)量的樣品最強(qiáng)衍射線與a-Al2O3(剛玉)最強(qiáng)衍射線的強(qiáng)度比，實(shí)驗(yàn)中所用的X射線種類和波長，實(shí)驗(yàn)中是否使用了單色器和濾色片等等列出粉末衍射的棒圖，衍射峰角度(或d值)，相對強(qiáng)度，衍射指標(biāo)等PDF卡片是進(jìn)行物相鑒定的重要依據(jù)有光盤版發(fā)行，可根據(jù)實(shí)測的多晶X射線衍射圖譜自動進(jìn)行物相檢索2324物相定量分析每一種物相都有各自的特征衍射線，而衍射的強(qiáng)度與物相的質(zhì)量成正比，各物相衍射線的強(qiáng)度隨該相含量的增加