X射线多晶衍射法物相分析

实验一 X射线衍射仪的结构与测试方法一、实验目的1、掌握X射线衍射的基本原理；2、了解X射线衍射仪的基本结构和操作步骤;3、掌握X射线衍射分析的样品制备方法；4、了解X射线的辐射及其防护方法二、实验原理根据晶体对X射线的衍射特征－衍射线的位置、强度及数量来鉴定结晶物质之物相的方法，就是X射线物相分析法。

每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体结构。

没有任何两种物质，它们的晶胞大小、质点种类及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。

当X射线波长与晶体面间距值大致相当时就可以产生衍射。

因此，当X射线被晶体衍射时,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晶面间距d和衍射线的相对强度I／I1来表征。

其中晶面间距d与晶胞的形状和大小有关，相对强度则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。

所以任何一种结晶物质的衍射数据d和I／I1是其晶体结构的必然反映，因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相。

三、实验设备丹东方圆仪器有限公司的D2700型X射线粉末衍射仪一台;玛瑙研体一个；化学药品或实际样品若干（Li4Ti5O12）。

四、实验内容1、采用玛瑙研体研磨样品，在玻璃样品架上制备一个合格试验样品;2、选择合适的试验参数，获得XRD图谱一张;3、理解样品、测试参数与XRD图谱特征的关系。

五、实验步骤1、开机1）打开总电源2）启动计算机3）将冷却水循环装置的机箱上的开关拨至运行位置，确认冷却水系统运行，水温正常（19—22℃）；4)按下衍射仪ON绿色按键打开衍射仪主机开关5）启动高压部分(a）必须逐渐提升高压，稳定后再提高电流。

电压不超过40kV,管电流上限是40mA，一般为30mA。

（b)当超过4天未使用X光管时,必须进行光管的预热。

在25kV高压，预热10分钟;30kV，预热5分钟;35kV，预热5分钟。

（c）预热结束关机后，至少间隔30分钟以上方可再次开机实验。

6）将制备好的样品放入衍射仪样品台上；7)关好衍射仪门.2、样品测试1）在电脑上启动操作程序2）进入程序界面后，鼠标左键点击“测量”菜单，再点击“样品测量”命令,进入样品测量命令3)等待仪器自检完成后，设定好右边的控制参数；4）鼠标左键点击“开始测量”，保存输出文件；5）此时仪器立即开始采集数据，并在控制界面显示；（a）工作电压与电流：一般设为40kV，40mA;（b）扫描范围:起始角度>5°，终止角度<80°；(c）步进角度：推荐0.02°，一般在0.02—0。

X 射线多晶衍射法物相分析1 目的要求(1) 掌握X 射线多晶衍射法的实验原理和技术。

(2) 学会根据X 射线衍射图，使用X 射线粉末衍射索引和卡片进行物相分析。

2 基本原理若以 代表晶体的一族晶面的指标， 是这族晶面中相邻两平面的间距，入射X 射线与这族晶面的夹角 满足下面布拉格方程时，就可产生衍射。

式中n 为整数，表示相邻两晶面的光程差为n 个波，所以n 又叫衍射级数，式中常用 表示， 称为衍射指标，它和晶面指标是整数位关系。

当单色X 射线照到多晶样品上时，由于多晶样品中含有许许多多小晶粒，它们取向随机地聚集在一起，同样一族晶面和X 射线夹角为θ的方向有无数个，产生无数个衍射，形成以入射线为中心， 为顶角的衍射圆锥，它将对应于X 射线衍射图谱的一个衍射峰。

多晶样品中有许多晶面族，当它们符合衍射条件时，相应地会形成许多以入射线为中心轴角不同的衍射线。

不同的晶面其晶面间距不同，可见晶面间距决定了衍射峰的位置，而晶面间距d 是晶胞参数的函数，所以衍射峰的位置是由晶胞参数所决定的。

至于衍射峰的强度I 与结构因子｜F ｜2成正比，而｜F ｜2是晶胞原子的种类、数量、坐标的函数，因此，衍射强度是由晶胞的结构所决定的。

由于每一种晶体都有它特定的结构，不可能有两种不同的晶体物质具有完全相同的晶胞参数和晶胞结构，也就不会有两种不同的物质具有完全相同的衍射图，晶体衍射图就象人的指纹一样各不相同，即每种晶体都有它自己的“d/n ～I ”数据，可以据此来鉴别晶体物质的物相。

若一物质含有多种物相，这几种物相给出各自的衍射图，彼此独立，互不相干，即由几种物相组成的固体样品的衍射图，是各个物相的衍射图，按各物相的比例，简单叠加在一起构成的。

这样就十分有利于对多相体系进行全面的物相分析了。

国际粉末衍射标准联合会(JCPDS)已收集了几万种晶体的衍射标准数据，并编制了一套X 射线粉末衍射卡片(PDF ，其容和检索方法见附2)。

X射线衍射物相分析报告一、物相分析原理晶体结构可以用三维点阵来表示。

每个点阵点代表晶体中的一个基本单元，如离子、原子或分子等。

空间点阵可以从各个方向予以划分，而成为许多组平行的平面点阵。

因此，晶体可以看成是由一系列具有相同晶面指数的平面按一定的距离分布而形成的。

各种晶体具有不同的基本单元、晶胞大小、对称性，因此，每一种晶体都必然存在着一系列特定的d值，可以用于表征不同的晶体。

X射线波长与晶面间距相近，可以产生衍射。

晶面间距d和X射线的波长的关系可以用布拉格方程来表示：2dsinθ＝nλ根据布拉格方程，不同的晶面，其对X射线的衍射角也不同。

因此，通过测定晶体对X射线的衍射，就可以得到它的X射线衍射图谱。

因为每个物相产生的衍射独立存在，该样品衍射图谱是单个衍射图谱的简单叠加，所以应用X射线衍射可以对多种物相共存的体系进行全分析。

将测得的X射线衍射图谱在Jade6.0中与PDF卡片数据库中的已知X射线粉末衍射图对照就可以确定它的物相。

本报告内容是对陶瓷片进行物相分析。

二、试样名称陶瓷片编号为7，为块体材料。

陶瓷片为AlN和Sm2O3两种物质烧制而成。

三、物相分析过程1.XRD测试过程①开机前检查仪器是否正常(所用仪器为岛津X射线衍射仪XRD-6000)。

②依次打开循环冷凝水及面板开关，控制一定的循环水温度。

③打开X-射线衍射仪主机电源开关（左下侧），Power灯亮。

④打开计算机进入Pmgr程序。

依次用鼠标单击，打开以下三个窗口：Display or XRD System Parameter Setup Program(系统参数窗口)、Untitled-Right Gonio System(测试条件设置窗口)、Right Gonio System(测试窗口)。

⑤样品制备：将待测陶瓷片样品在试样架里用透明胶带固定好（要求样品表面平整，样品槽外清洁）。

⑥打开主机门，将样品片插入主机的样品座中，关上机门。

⑦依次在Display or XRD System Parameter Setup Program、Untitled-Right Gonio System、Right Gonio System中输入样品名称、扫描条件等。

X射线衍射物相分析开课实验室：环境资源楼105【实验目的】（1）了解Philips射线衍射仪的基本结构和工作原理；（2）基本掌握样品测试过程；（3）掌握利用衍射图进行物相分析的方法。

【基本原理】•原理概述：晶体晶面间距约为10-10m量级，与X射线波长范围（0.1-10埃）相符合，因此X射线在遇到晶体时，可能发生衍射现象，从而推测出其结构信息；•X射线与特征（或标识）X射线：X射线是一种波长很短的电磁波，穿透能力强；在用电子束轰击金属靶，如铜，产生的X射线中，包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线。

对铜靶来说，其中包含Kα1、Kα2及Kβ三种特征X射线；•X射线衍射：将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。

但并不是所有情况下X射线都发生衍射，其必须满足的条件是布拉格方程：2d sin θ=nλ即当λ确定且n=1（一次衍射）时，则只有当θ角满足：θ=arcsin!!!"时才可发生衍射。

故根据布拉格方程，通过合理地转动样品、X光管和接收器，调整θ角，扫描一张谱图，则可以得到这一晶体样品的结构信息；•晶体X射线衍射图谱：由于每种晶体其X光衍射都有一组特定的d值，粉末线的分布是一定的；每种晶体内原子排列也是一定的，因此衍射线的相对强度也是一定的，每一个晶体都有一套特征的粉末衍射数据d-I 值，并可把它作为定性鉴定物质和物相的依据。

对晶体微观结构精细的形象变换，每种晶体结构与其X射线衍射图之间有着一一对应的关系，任何一种晶态物质都有自己独特的X射线衍射图，而且不会因为与其它物质混合在一起而发生变化，是X射线衍射法进行物相分析的依据。

规模最庞大的多晶衍射数据库是由JCPDS编篡的《粉末衍射卡片集》（PDF）。

•粉末衍射卡片索引：包括：粉末衍射卡片哈氏索引（Hanawalt），芬克索引（Fink Index）和戴维字母索引（Alphabetical Index）；1、哈氏数值索引：每一种的数据在索引中占一横行，依次有：八条强谱线晶面间距数值，化学式卡片顺序号，查阅时把晶体面间距按衍射峰强弱排列成d1,d2,d3----，找到d1再找d2值，一直顺序找到第八值，从而可查的对应八强线的卡片顺序号，但也可用前三强的d值，按下列排列方式查找：d1d2d3,d2d3d1, d3d1d2,在哈氏数值索引中出现三次；2、芬克索引：也属于数值索引，不过它是以每种物质的八条强线晶面间距d作为该物质特征，芬克索引的编制是按各种物质八条强线中第一个d值的递减次序划分成组。

X射线衍射实验报告摘要：本实验通过了解到X射线的产生、特点和应用；理解X射线管产生连续X 射线谱和特征X射线谱的基本原理，了解D8xX射线衍射仪的基本原理和使用方法，通过分析软件对测量样品进行定性的物相分析。

关键字：布拉格公式晶体结构，X射线衍射仪，物相分析引言：X射线最早山德国科学家W.C. Roentgen在1895年在研究阴极射线发现，具有很强的穿透性，乂因X射线是不带电的粒子流，所以在电磁场中不偏转。

1912 年劳厄等人发现了X射线在晶体中的衍射现象，证实了X射线本质上是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为10nm到10-2nm之间，与晶体中原子间的距离为同一数量级，是研究晶体结构的有力工具。

物相分析中的衍射方法包括X射线衍射，电子衍射和中子衍射三种，其中X射线衍射方法使用最广，它包括德拜照相法，聚集照相法，和衍射仪法。

实验目的：1. 了解X射线衍射仪的结构及工作原理2.熟悉X射线衍射仪的操作3.掌握运用X射线衍射分析软件进行物相分析的方法实验原理：（1）X射线的产生和X射线的光谱实验中通常使用X光管来产生X射线。

在抽成真空的X光管内，当山热阴极发出的电子经高压电场加速后，高速运动的电子轰击山金属做成的阳极靶时，靶就发射X射线。

发射出的X射线分为两类：（1）如果被靶阻挡的电子的能量不越过一定限度时，发射的是连续光谱的辐射。

这种辐射叫做轲致辐射：（2）当电子的能量超过一定的限度时，可以发射一种不连续的、只有儿条特殊的谱线组成的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。

对于特征X光谱分为（1）K系谱线:外层电子填K层空穴产生的特征X射线Ka、K卩…（2）L系谱线:外层电子填L层空穴产生的特征X射线La、L卩…如下图1"Kocl yKcx2 *Kpl *Kp2图1特征X射线X射线与物质的作用X射线与物质相互作用产生各种复杂过程。

就其能量转换而言，一束X射线通过物质分为三部分：散射，吸收，透过物质沿原来的方向传播，如下图2, 其中相干散射是产生衍射花样原因。

X—射线衍射法进行物相分析一. 实验题目X射线衍射物相定性分析二. 实验目的及要求学习了解X射线衍射仪的结构和工作原理；掌握X射线衍射物相定性分析的方法和步骤；给定实验样品,设计实验方案,做出正确分析鉴定结果.三。

实验原理根据晶体对X射线的衍射特征－衍射线的位置、强度及数量来鉴定结晶物质之物相的方法，就是X射线物相分析法。

每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体结构.没有任何两种物质，它们的晶胞大小、质点种类及其在晶胞中的排列方式是完全一致的.因此,当X射线被晶体衍射时，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晶面间距d和衍射线的相对强度I／I0来表征。

其中晶面间距d与晶胞的形状和大小有关，相对强度则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。

所以任何一种结晶物质的衍射数据d和I／I0是其晶体结构的必然反映,因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相。

四。

实验仪器图一X射线衍射仪本实验使用的仪器是Y—2000射线衍射仪( 丹东制造)。

X射线衍射仪主要由X射线发生器(X射线管)、测角仪、X射线探测器、计算机控制处理系统等组成。

衍射仪如图一所示.1.X射线管X射线管主要分密闭式和可拆卸式两种。

广泛使用的是密闭式,由阴极灯丝、阳极、聚焦罩等组成，功率大部分在1~2千瓦。

可拆卸式X射线管又称旋转阳极靶,其功率比密闭式大许多倍，一般为12～60千瓦。

常用的X射线靶材有W、Ag、Mo、Ni、Co、Fe、Cr、Cu等。

X射线管线焦点为1×10平方毫米，取出角为3~6度。

选择阳极靶的基本要求：尽可能避免靶材产生的特征X射线激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样的背底，使图样清晰。

测角仪是粉末X射线衍射仪的核心部件，主要由索拉光阑、发散狭缝、接收狭缝、防散射狭缝、样品座及闪烁探测器等组成.(1)衍射仪一般利用线焦点作为X射线源S。

如果采用焦斑尺寸为1×10平方毫米的常规X射线管，出射角6°时，实际有效焦宽为0.1毫米，成为0.1×10平方毫米的线状X射线源。

XRD物相分析实验报告X射线衍射（XRD）是一种常用的物相分析技术，通过分析物质的衍射图谱，可以确定样品的晶体结构、晶粒尺寸、晶体取向等信息。

本实验旨在利用XRD技术对一系列样品进行物相分析，并对实验结果进行分析和讨论。

实验仪器及试剂：1.X射线衍射仪：用于测量样品的XRD图谱。

2.样品：包括无定形材料、多晶材料和单晶材料等。

实验步骤：1.准备样品：将样品制备成均匀颗粒，并保持表面平整。

2.调节仪器参数：根据实际需要，选择适当的X射线波长和扫描范围，并调节其他参数如扫描速度、脉冲时间等。

3.测量样品的XRD图谱：将样品放置在X射线衍射仪的样品台上，通过扫描仪器开始测量。

4.数据处理：将测得的强度-2θ数据转换为曲线图，并对图谱进行标定和解析。

实验结果：[插入XRD图谱]通过比对已知标准样品的XRD图谱数据库，确定了样品的物相成分。

同时，可以利用XRD图谱确定样品的相对晶胞参数和晶体取向信息。

实验讨论：根据实验结果，我们可以得出如下结论：1.样品A的XRD图谱显示出峰位集中、峰型尖锐的特点，表明样品A是单晶材料。

进一步分析发现，样品A的晶体结构为立方晶系，晶胞参数为a=5Å。

2.样品B的XRD图谱呈现出多个峰位的广谱特征，表明样品B是多晶材料。

进一步分析发现，样品B的晶体结构为正交晶系，晶胞参数为a=4Å，b=6Å。

3.样品C的XRD图谱呈现出连续且平坦的背景特征，表明样品C为无定形材料。

由于无定形材料不具备明确的晶胞参数和晶体结构，因此无法进一步分析。

实验总结：XRD技术是一种广泛应用于物相分析的方法，在材料科学、地球科学、化学等领域均有重要应用。

通过XRD实验，我们能够确定样品的晶体结构和成分，为进一步的材料研究提供重要信息。

在实验中，我们需要合理选择X射线波长和仪器参数，确保获得准确可靠的实验结果。

在实验结果的分析中，还需要参考已知标准样品库，结合实验条件和样品特性，进行准确的物相分析。