XRD定量分析精品PPT课件

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目前多相材料X射线衍射相定量分 析中存在的问题
▪内标法或K值法为主要相定量分析手段
在多相混合的固体材料中，组成相元素组成的不同， 致使其X射线吸收系数存在差异，每个相的衍射强度与其 丰度不是简单的线性关系。内标法与K值法都是为了解决 多相体系中收基体效应对强度的影响。二种方法事先都需 要选择标准样和掺杂用的内标化合物如刚玉粉等，制定标 准曲线或测定K值。实际测量时往样品中添加内标物，均 匀混样后，测定指定（内标物和待测物相）hkl衍射线积 分强度。
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天然膨润土定量分析图
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▪ 天然高岭土和凹凸棒矿物的相定量
这两种矿物与膨润土中蒙脱石不同，它们属多型矿 物，即有多种晶型结构存在，每种晶型结构本身堆叠位 错率高。在分析中，我们通常不是只选一个结构模型， 而是根据实际衍射图，选二个晶型结构模型，并在拟合 修正时让晶胞中每个原子位置参与修正，取得了非常好 的结果。但这里有一点要指出，如高岭土，修正结果往 往可以得到丰度不同的单斜和三斜两种结构的结果，因 为这二种结构的衍射图十分接近，总量结果我认为是对 的，单斜或三斜分量结果的准确型只能供参考。修正过 程相互侵占是不可避免的。结构修正中的含意是二种结 构标度因子间出现相关。
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应用实例
▪ 天然膨润土矿定量分析
天然膨润土是由层状结构的蒙脱石，α-石英、长石等矿物 组成的，其中蒙脱石层堆叠中充满旋转位错和堆叠位错，迄 今连它们的晶系都是所谓膺晶系，如膺六方等。但它的单个 层片中原子的排列是清楚的。我们选用四个二八面体层堆叠 的结构作为等效单晶胞，并用三斜晶系，赋予每个原子在散 射体中有充分移动的自由度。结果如图二所示，两者吻合相 当好。
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谢谢
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固体材料的相定性分析和相定量是多晶衍射分 析中常用的二大主要任务。上世纪九十年代计 算机搜配（profile-based search/match）方法问 世以来，以往那种费神、繁琐的三强线，八强 线线搜配相鉴定被高效率的计算机全谱搜配所 取代，检索的准确性和速度大幅提高，至少在 主要物相的鉴定分析上 ,多相固体材料的物相 鉴定在各实验室已变得相对容易。

实验样品的制备
样品的选取：选择具有代表性的样品 样品的预处理：清洗、干燥、研磨等 样品的装样：将样品装入样品盒中 样品的测试：使用XRD仪器进行测试
XRD实验参数的选择和设置
实验参数：包括X射线源、样品、探测器 等
探测器：选择合适的探测器，如CCD、 IP等
X射线源：选择合适的X射线源，如 CuKα、MoKα等
建议：加强XRD技术的研发和应用推广，提高其在科学研究和工业生产中的应用价值
THANKS
汇报人：PPT
02 X R D 物 相 定 量 分 析 概 述 04 X R D 物 相 定 量 分 析 的 数 学 模
型
06 X R D 物 相 定 量 分 析 的 未 来 发展与展望
Part One
单击添加章节标题
Part Two
XRD物相定量分析 概述
XRD物相定量分析的定义和意义
XRD物相定量分析： 通过X射线衍射技 术对样品中的物相 进行定量分析的方 法
数据处理结果：物相组成、晶粒尺寸、晶格常数等 数据处理注意事项：避免数据丢失、保证数据准确性、注
意数据保密性
Part Four
XRD物相定量分析 的数学模型
衍射强度的计算公式
布拉格公
式
：
nλ=2dsi
nθ
衍射强度 公式： I=|f(θ)|^ 2
结构因子： f(θ)=Σh( hkl)e^(2πi(hkl)s inθ)
实验条件：选择合适的实验条件，如温 度、压力、湿度等
样品：选择合适的样品，如粉末、薄膜 等
数据处理：选择合适的数据处理方法， 如峰形拟合、峰面积计算等
XRD实验数据的收集和处理
实验设备：X射线衍射仪 实验步骤：样品制备、数据采集、数据处理

电子衍射物相定性分析技术及应用 TEM中的衍射衬度理论(艾延龄) 晶界、相界分析方法及工程应用(艾延龄) 材料疲劳与断裂研究分析及及工程应用 近代物理研究方法在腐蚀方面的应用
X射线衍射物相定量分析技术及其工程应用
1、研究目的 2、定量相分析基本原理 3、定量相分析方法
3.1 K值法分析方法及其应用实例 3.2 绝热法分析方法及其应用实例 3.3 直接对比法及其应用实例
引言
材料：金属材料、无机非金属 近代物理分析方法： OM、 XRD、 SEM、TEM、AEM、力学物理性能检测 用近代物理分析手段来研究材料组织、 结构、性能及其关系
硕士学位课程·现代物理检测技术
1
Gleeble-1500热模拟系统
硕士学位课程·现代物理检测技术
2
MTS 疲劳试验机
硕士学位课程·现代物理检测技术
★ 测量混合样品的衍射谱，测量M和标准物质刚玉的最强 峰强度分别为2210和895，两数相除得M相的K值为2.47
★ 按上面的方法依次测量Q和C相的K值分别为8.08和9.16
★ 测量图谱并计算强度
取待测样品1g，加入3.22g刚玉粉，制成混合样 （Ws=0.69）， 测得混合样品中4个相的强度分别为：
3
MET金相显微镜（图象分析系统）
硕士学位课程·现代物理检测技术
4
D-MAX 2500 X-射线衍射仪
硕士学位课程·现代物理检测技术
5
Tecnai G2 20 S-TWIN分析电镜
硕士学位课程·现代物理检测技术
6
Sirion 200型冷场发射扫描电镜
2nm, 10-5 Pa
硕士学位课程·现代物理检测技术
1、研究目的
在定性物相分析的基础上测定多相 物质中各相的含量

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引言
问题
❖ 科研、生产、商业和日常活动中，我们经常遇到： 这是一种什么物质？含有那些杂质或有害物质？用 什么方法鉴定？
❖ X射线衍射分析（XRD）的原理？仪器？样品？ ❖ XRD除物相分析还能做些什么？ ❖ 如何从XRD所给出的数据中提取更多的信息？包括
成分、结构、形成方式（条件）、结晶度、晶粒度？ 等等。
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特征X射线的命名方法
❖ 当K电子被打出K层时，如L层电子来填充K空位时，则 产生Kα辐射。同样当K空位被M层电子填充时，则产生 Kβ辐射。M能级与K能级之差大于L能级与K能级之差， 即一个Kβ光子的能量大于一个Kα光子的能量； 但因 L→K层跃迁的几率比M→K迁附几率大，故Kα辐射强 度比Kβ辐射强度大五倍左右。显然，当L层电子填充K 层后，原子由K激发状态变成L激发状态，此时更外层 如M、N……层的电子将填充L层空位，产生L系辐射。
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特征X射线产生的机理
❖ 特征X射线光谱产生的原因与连续光谱完全不 同。由阴极飞驰来的电子，在其与阳极的原子 相作用时，把其能量传给这些原子中的电子， 把这些电子激发到更高一级的能阶上；换句话 说，就是把原子的内层电子打到外层或者甚至 把它打到原子外面，而使原子电离，从而在原 子的内电子层中留有缺席的位置。
I k1iZVm
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管电流、管电压、阳极靶的原子序数对连续谱的影响
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1.4.2 特征X射线（标识X射线）
❖ 从图可见，当电压加到25KV时， Mo 靶 的 连 续 X 射 线 谱 上 出 现 了 两 个 尖 锐 的 峰 Kα 和 Kβ 。 随 着 电 压的增大，其强度进一步增强， 但波长不变。也就是说，这些谱 线的波长与管压和管流无关，它 与靶材有关，对给定的靶材，它 们的这些谱线是特定的。因此， 称之为特征X射线或标识X射线。 产生特征X射线的最低电压称激 发电压。

布拉格方程
衍射波的角度与晶面间距 、X射线波长和晶面取向有 关，可以用布拉格方程表
示。
晶体结构与XRD
晶体结构的周期性导致X射 线衍射现象的出现，不同 的晶体结构具有独特的衍
射图谱。
XRD定量相分析的方法
相对强度法
通过测量各衍射峰的强度，利用已知 纯物质的标准谱图进行对比，计算各 相的相对含量。
绝对强度法
晶体结构的解析
晶体结构类型
根据衍射数据确定晶体所属的晶系和 空间群。
晶胞参数
通过晶格常数计算晶胞参数，如晶格 类型、晶格常数等。
定量相分析的计算方法
峰面积法
通过测量各物相衍射峰的 面积或高度，计算各物相 的相对含量。
线性组合法
通过测量各物相衍射峰的 角度位置，利用线性组合 计算各物相的相对含量。
案例三：矿物材料的XRD定量相分析
总结词
通过XRD技术对矿物材料的晶体结构和相组成进行定量分析，有助于了解矿物的形成过程和演化历史 。
详细描述
矿物材料是由地质作用形成的天然矿石和矿物集合体，其晶体结构和相组成反映了地球的形成和演化 历史。XRD技术可以对矿物材料的晶体结构和相组成进行定性和定量分析，从而了解矿物的形成过程 和演化历史，为地质学和地球科学的研究提供重要依据。
案例二：陶瓷材料的XRD定量相分析
总结词
利用XRD技术对陶瓷材料的晶体结构和相组成进行定量分析，有助于优化陶瓷 材料的制备工艺和提高其性能。
详细描述
陶瓷材料广泛应用于电子、能源、环保等领域，其性能与晶体结构和相组成密 切相关。XRD技术可以对陶瓷材料的晶体结构和相组成进行定性和定量分析， 从而优化制备工艺，提高陶瓷材料的性能和稳定性。
谢谢您的聆听

《材料现代测试技术》作业-XRD分析 非H、O 成分： Na Zr Si Sr S
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作业步骤
1)用orgin绘图工具将图绘出，并正确标出面网间距值(精确到小 数点后四位)；
2)基于粉末晶体X射线衍射数据库PDF2，利用Search Match等检 索工具正确分析数据中所含的两种主要物相，给出物相定性分析 结果；
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16、业余生活要有意义，不要越轨。2020年10月16日星期 五3时3分46秒15:03:4616 October 2020
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17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。下 午3时3分46秒 下午3时 3分15:03:4620.10.16
谢谢大家
结果：
4.2修晶胞参数
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结果：
4.3修微结构
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4.4修原子位子
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两种物相每个原子都要改
4.5修择优取向
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• Sr(SO4) , weight %: 60.28361 +- 0.43405727
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点击Search Match 进行分析
进行峰对比：
进行第二种物相分析
同样进行峰对比
初步确定物相为： Sr（SO4）ICSD Number: 028055 Na2Zr(Si3O9)(H2O)2 ICSD Number: 040874
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三、从findit软件中找到相应的cif 文件
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输入第一种物相的含有的元素Sr、S、O
Sr（SO4）的球棒模型为：
同样Na2Zr(Si3O9)(H2O)2 的球棒模型为：

• 计算结果如下：
XRD应用实例2（k值法）
Thank you！
用K值法进行定量相分析时 第一步是求出K值 第二步是求出混合试样中i相含量 Wi 第三步是从 Wi值算出原待测样中i相重量百分数 Wi 。
Wi Wi 1 - WS
XRD应用实例1（k值法）
• 根据k值法法可以得到某物相的含量： Ii MS 1 Xi K IS MZ
• MS---刚玉的质量 • MZ--- 原物总质量
外标法
• 外标法是用对比试样中待测的第j相的某条衍射线 和纯j相（外标物质）的同一条衍射线的强度来获 得第j相含量的方法。
• 标准物质不加到待测试样中，且通常以某纯待测 物相为标样，制成一系列外标试样，测绘出工作 曲线，进行定量相分析的方法叫外标法。
• 外标法优点是待测样中不混入标准物质。 缺点是强度不同时测量，会影响测量准确度。
K值法
• K值法也是内标法的一种，只是对内标法做 了修改，使常数C与标准物质的掺入量无关， 并称之为基体冲洗法，也就是k值法。 • k值法的优点： • 1.K值与内标物质加入量的多少无关； • 2.不用绘制定标曲线，分析手续简化。
• 研究方法》第一次汇报
第八组 研究方法：XRD
XRD定量分析
XRD定量相分析
• X射线物相定量分析是根据混合相试样中各 相物质的衍射的强度来确定各相物质的相 对含量。
• 从衍射线的强度理论可知，多相混合物中 某一相的衍射强度，随该相的相对含量的 增加而增加。因而，可通过衍射强度的大 小求出混合物中某相参与衍射的体积分数 或重量分数。
衍射仪法的衍射强度：
I0 表示入射线强度，各参数都是单相物质的衍射参量。 对多相混合物，μl应为混合物的吸收系数μm 其余均与含量无关（记为K，未知常数）。则：

Bragg 公式 2dhkl sinθhkl = nλ 应用
1）将晶体结构周期性（通过d）和射线本质（通过λ）
2）结合起来，并反映在图象上（通过θ）。 3）λ恒定，通过测θ求d（晶体结构分析） 4） d 恒定，通过测θ求λ（荧光分析） 5）波粒性 E=hv (能谱分析）
6）衍射充要条件 2dhkl sinθhkl = nλ, F 2
（2）用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样； （3）检索PDF卡片； （4）核对PDF卡片与物相判定。
多相物质分析
多相物质相分析的方法是按上述基本步骤逐个确定其组
成相。 多相物质的衍射花样是其各组成相衍射花样的简单叠加， 这就带来了多相物质分析(与单相物质相比)的困难： 检索用的三强线不一定局于同一相，而且还可能发生一 个相的某线条与另一相的某线条重叠的现象。 因此，多相物质定性分析时，需要将衍射线条轮番搭配、 反复尝试，比较复杂。
分数表示，即物相定量分析）。
1、物相定性分析
基本原理与方法： 物质的X射线衍射花样特征：分析物质相组成
的“指纹脚印”。
制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规
范化，将待分析物质 ( 样品 ) 的衍射花样与之
对照，从而确定物质的组成相。
物相定性分析的基本步骤
（1）制备待分析物质样品；

示例
未煅烧白云石的主相为碳酸钙 镁（CaMg（CO3）2），次相 为二氧化硅
300℃
500℃
750℃
1000℃
经过300和500℃煅烧后，白云石的主相和次相没有发 生变化，主相和次相仍分别为碳酸钙镁（CaMg（CO3） 2）和二氧化硅。当煅烧温度达到750℃时，碳酸钙镁 部分分解为碳酸钙和氧化镁，其主相变为碳酸钙镁 （CaMg（CO3）2），氧化镁和氧化钙。由于碳酸钙 镁在750℃下分解出二氧化碳并溢出，所以在７５０℃ 的烧失量达到15.1％。当煅温度提高到1000℃时，碳 酸钙镁全部分解为氧化钙和氧化镁，烧失量达到45.68 ％。

特征谱是若干波长一定而强度很大的x射线谱。特 征谱的产生与靶材中原子结构及原子内层电子跃迁过 程有关。当高速运动的电子击靶时，具有高能量的电 子深入到靶材的原子中，激出原子内层电子，而使原 子处于不稳定的激发态，为使原子恢复至稳定的低能 态，邻近的电子立即自发地填其空穴，同时伴随多余 能量的释放，产生波长确定的x射线，其x射线的频率 和 即能hυ量= 由E2原―子E1跃迁前后的电子能级（E2和E1）决定，
从数学角度，近似函数法似乎不很严谨，但它确实 因绕开了求解物理宽化线形函数的困难，而使工作 大为简化。
最新课件
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Kα 双线分离的常用方法是Rechinger法，这种方法假定 Kα 双线的衍射线形相似且底宽相等，谱线 Kα1 与 Kα2 的峰值
强度比值为 2:1。
当辐射线Kα1 与 Kα2的波长存在 Δλ 的偏差时，则衍射角 2θ
的分离度为
2 6 2 1 ta 2 1 n 2
最新课件
11
荧光x射线波长决定于原子的能极差。从荧光x射线 的特征波长可以查明被激发原子是哪种元素，这就 是x射线荧光光谱技术（XRF）。
产生俄歇电子除用x射线照射外，还可以用电子束、 离子束轰击。俄歇电子的能量分布曲线称为俄歇电 子能谱。俄歇电子能谱反映了该电子从属的原子以 及原子的结构状态特征，因此，俄歇电子能谱分析 （AES）可以分析固体表面化学组成元素的分布， 可用于精确测量包括价电子在内的化学键能，也可 以测量化学键之间微细的能量差。扫描俄歇电子能 谱仪还可观测被测表面的形貌。
为简便起见，用衍射指数hkl代替面网符合（nh、nk、nl），
则得到简化布拉格方程，即最新课2件dsinθ＝λ
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2.2 x射线衍射数据
2.2.1 衍射方向 衍射方向可用布拉格角θ、衍射角2θ、衍射面

小角测角仪
多功能样品台
1.定性分析的原理
（1）由于不同的物质各具有自己的原子种类、原子
排列方式和点阵参数，在一定波长的X射线照射下， 进而呈现出特定的衍射花样。 （2）多相物质的衍射花样互不干扰，相互独立，只 是机械地叠加。 （3）衍射花样可以表明物相中元素的化学结合态， 即相结构。
晶胞大小与形状
物相定性分析所应注意问题
1. 对于数据d值，由于检索主要利用该数据，因此处理时精度 要求高，而且在检索时，只允许小数点后第二位才能出现偏差。
2. 特别要重视低角度区域的衍射实验数据，因为在低角度区
域，衍射所对应d值较大的晶面，不同晶体差别较大，衍射线 相互重叠机会较小。 3. 在进行多物相混合试样检验时，应耐心细致地进行检索， 力求全部数据能合理解释，但有时也会出现少数衍射线不能解
X射线衍射花样的方向（位置）
d-I数据
晶胞中的原子种类与坐标
照相法 衍射花样
d7
X射线衍射花样的强度
d5d4d3d2d1 d3 d1 d5 d 6
衍射仪法 衍射花样
d2
d4
• 通常用d（晶面间距表征衍射线位置） 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。
• 定性相分析方法是将由试样测得的d-I 数据组与已知结构物质的标准d-I数据 组（PDF卡片）进行对比，以鉴定出 试样中存在的物相。
3.PDF卡片的索引
索引有两类：

以d 值数列为索引

以物质名为索引
4.物相定性分析方法
人工检索卡片库
原理相同 效率提高
计算机检索卡片数据库
计算机软件全谱拟合
2.09- 2.13 I 2.47 “三强线” 1.80