X射线衍射物相分析

凯氏定氮方法简介
➢ 凯氏定氮法是1883年Kjeldahl发明，当时凯氏只使用 H2SO4来分解试样，来定量谷物中的蛋白质，后来由 Gunning加入改进，在消化时加入K2SO4使沸点上升， 加快分解速度，凯氏定氮法至今仍在使用。
➢ 根据食品中蛋白质含量不同又分为凯氏定氮常量法、 半微量法和微量法，但它们的基本原理都是一样的。
➢ 在食品和生物材料中常包括蛋白质，可能还包括有非蛋白 质含氮的化合物，（如核酸、含氮碳水化合物、生物碱等 ；含氮类脂、卟啉和含氮的色素）。
蛋白质检测方法简介
➢ 测定蛋白质含量的常规方法有五种： 1、凯氏定氮法 2、乙酰丙酮比色法？ 3、双缩脲比色法等，
（这些方法均存在着样品需要预处理、操作繁琐耗时 等缺点。但凯氏定氮法和乙酰丙酮比色法作为我国食 品卫生标准检测方法，分析成本低，测定结果准确， 应用十分广泛。）
蛋白质检测方法简介
➢ 4、近红外光谱技术是20世纪80年代后期迅速发展起来 的一项物理测试技术。近红外透射或反射光谱具有分 析样品用量少、分析速度快和结果稳定等优点，在食 品分析领域已经逐步得到了应用。
➢ 5、杜马斯燃烧法比凯氏定氮法还早，近年来杜马斯燃 烧法测定饲料、肥料等农产品中氮含量在我国也有了 应用。
第一法：凯氏定氮法
➢ 原理：食品与硫酸和硫酸铜、硫酸钾一同加热消化，使 蛋白质分解，分解的氨与硫酸结合生成硫酸铵，然后碱 化蒸馏使氨游离，用硼酸吸收后以硫酸或者盐酸标准滴 定溶液滴定，根据酸的消耗量乘以换算系数，即为蛋白 质的含量。其反应方程式如下：
➢ 蛋白质+ H2SO4 → （NH4） 2SO4 ➢ （NH4）2SO4+NaOH=NH4OH+Na2SO4 ➢ NH4OH → H2O + NH3 → NH4OH ➢ NH3+(标准) H2SO4→（NH4）2SO4 ➢ (标准) H2SO4+NaOH→Na2SO4+H2O

X射线衍射法进行物相定性分析实验目的及要求⏹了解X射线衍射仪的结构和工作原理；⏹掌握无机非金属材料X射线衍射分析的制样方法；⏹掌握X射线衍射物相定性分析的方法和步骤。

物相定性分析的基本原理2dsinθ=λ晶胞中原子种类、数量、排列方式（1） 任何一种物相都有其特征的衍射谱；任何两种物相的衍射谱不可能完全相同；多相样品的衍射峰是各物相衍射峰的机械叠加。

（2）制备标准单相物质的衍射花样：PDF卡片待分析物质(样品)的衍射花样与之对照，从而确定物质的组成相实验设备与结构D/max-RB型X射线衍射仪D/Max-RB型X射线衍射仪构造示意图主要组成部分有X射线发生器、测角仪、探测器、计算机控制处理系统等。

一、X射线管1、X-ray产生原理凡是高速运动的电子流或其它高能辐射流（如γ射线，X射线，中子流等）被突然减速时均能产生X射线。

热能 + 电磁波2、X射线机X射线管是X射线机的核心部件。

封闭式热阴极X射线管：热阴极、阳极、窗口、聚焦座、管座等滤波片可以获得近似的纯的kα辐射源为避免样品强烈吸收入射X射线产生荧光幅射，对分析结果产生干扰。

必须根据所测样品的化学成分选用不同靶材的X 射线管。

原则是：靶材的Kα谱应位于试样元素K吸收限的右近邻或左面远离试样元素K吸收限的低质量吸收系数处。

二、测角仪测角仪是X射线衍射仪的核心部件梭拉光栏梭拉光栏防散射光栏衍射仪的光路图X射线经线状焦点S发出，经发散狭缝DS后，成为扇形光束照射在平板试样上，产生衍射，衍射线经接收狭缝RS进入探测器（即计数管）后被转换成电信号记录下来。

为了限制X射线的发散，在照射路径中加入S1梭拉光栏限制X射线在高度方向的发散，加入DS发散狭缝光栏限制X射线的照射宽度。

试样产生的衍射线也会发散，同样在试样到探测器的光路中也设置防散射光栏SS、梭拉光栏S2和接收狭缝光栏RS，这样限制后仅让聚焦照向探测器的衍射线进入探测器，其余杂散射线均被光栏遮挡。

◆工作时，试样与探测器同时转动，但转动的角速度为1 ： 2的比例关系。

图1－21
闪烁计数器示意图
（2） 锂漂移硅检测器 锂漂移硅检测器是一种固体探测器，通常表示为Si(Li)检 锂漂移硅检测器是一种固体探测器，通常表示为Si(Li)检 Si(Li) 测器。它也和气体计数器一样，借助于电离效应来检测X射线， 测器。它也和气体计数器一样，借助于电离效应来检测X射线， 但这种电离效应不是发生在气体介质而是发生在固体介质之中。 但这种电离效应不是发生在气体介质而是发生在固体介质之中。 当一个外来的X射线光子进入之后， 当一个外来的X射线光子进入之后，它把价带中的部分电 子激发到导带，于是在价带中产生一些空穴， 子激发到导带，于是在价带中产生一些空穴，在电场的作用下 这些电子和空穴都可以形成电流，故把它们称为载流子。 这些电子和空穴都可以形成电流，故把它们称为载流子。在温 度和电压一定时，载流子的数目和入射的x 度和电压一定时，载流子的数目和入射的x射线光子能量成比 例。 在半导体中产生一个电子—空穴对所需要的能量等于禁带 在半导体中产生一个电子 空穴对所需要的能量等于禁带 的宽度，对硅而言，其值为1.14电子伏特。 1.14电子伏特 的宽度，对硅而言，其值为1.14电子伏特。但是在激发的过程 中还要有部分能量消耗于晶格振动，因此，在硅中激发一个电 中还要有部分能量消耗于晶格振动，因此， 空穴对实侧的平均能量为3.8电子伏特。 子—空穴对实侧的平均能量为3.8电子伏特。一般的X射线光子 空穴对实侧的平均能量为3.8电子伏特 一般的X 能量为数千电子伏特，因此， 个 能量为数千电子伏特，因此，—个X射线光子可激发大量的电 空穴对， 子—空穴对，这个过程只要几分之一微秒即可完成。所以，当 空穴对 这个过程只要几分之一微秒即可完成。所以， 一个X射线光子进入检测电路时，就产生一个电脉冲， 一个X射线光子进入检测电路时，就产生一个电脉冲，我们可 以通过这些电脉冲来检测X射线的能量和强度。 以通过这些电脉冲来检测X射线的能量和强度。

方与生产工艺，必须进行物相分析。
物相分析原理
任何结晶物质都有其特定的化学组成和结构参数（包括点阵类 型、晶胞大小、晶胞中质点的数目及坐标等）。当X射线通过晶 体时，产生特定的衍射图形，对应一系列特定的面间距d和相对 强度I/I1值。其中d与晶胞形状及大小有关， I/I1与质点的种类及 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。
物相分析原理
晶体的Ｘ射线衍射图像实质上是晶体微观结构的一种精细复杂 的变换，每种晶体的结构与其Ｘ射线衍射图之间都有着一一对 应的关系，其特征X射线衍射图谱不会因为它种物质混聚在一起
而产生变化，这就是Ｘ射线衍射物相分析方法的依据。 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 质的衍射花样与之对照，从而确定物质的组成相，就成为物相
定性分析的基本方法。
结晶状态分析
晶态
非晶态
半晶态
晶态与非晶态 “两相’’差别 明显
半晶态
晶相很不完整
四种典型聚集态衍射谱图的特征示意图
研究金属氧化物的物相随温度变化
四方 四方 单斜
变温XRD观察ZrO2的晶型变化过程
Materials Letters 58(25): 3107– 3110，OCT 2019
0.2
▲0-.C1aO ■-MgO
0.0
1100℃
-0.1
DTA/(μ V/mg)
数值：801.0℃、76.53%
10-00.20℃
-0.3
峰值：783.2℃
数值：1199.5℃、53.51% 9-500.4℃
200
40
峰值：851.0℃
400 600 800
温度/℃
2/

实验十五 X 射线衍射仪器及X射线衍射物相分析一、目的要求1.了解X射线衍射仪的基本构造、原理与方法。

2.了解X射线衍射图谱的基本特征。

3.掌握X射线衍射样品的制样方法。

4.掌握对样品的X射线衍射图谱进行物相分析。

5.通过晶体X射线衍射数据计算晶体的晶胞参数。

6.根据X射线衍射图谱获得多晶样品的晶粒尺寸。

二、基本原理1.X射线衍射仪的结构及原理X射线衍射仪是用基数方法记录Ｘ射线衍射数据和图谱的装置。

一般地，X 射线衍射仪由X射线发生器、水冷系统、测角仪、X射线检测系统、计算机控制与数据分析系统等部分组成。

X射线发生器包括稳压器、高压发生器、控制部分套管和X射线管组成。

特别的，由于衍射图采用的是逐点记录的方式，因而X射线管上的电压和电流必须时刻保持高度的稳定。

测角仪是XRD的核心部分，其作用为接收X射线发生器的入射光线入射到样品后所衍射的光线信号，测角仪可以和发生器一起运动，或者其处于运动而发生器固定。

另外，测角仪的平台上一般都安装有狭缝系统（包括限制X射线水平或垂直发射的各个狭缝）。

处了以上部分外，XRD还包括检测系统，计算机控制系统和数据分析系统。

２.Ｘ射线衍射物相分析的原理X射线照射晶体，电子受迫振动产生相干散射；同一原子内各电子散射波相互干涉形成原子散射波。

由于晶体内各原子呈周期排列，因而各原子散射波间也存在固定的位相关系而产生干涉作用，在某些方向上发生相长干涉，即形成衍射波。

主要由布拉格方程描述。

布拉格衍射方程为：BC=CD=d sinθ; 2d sinθ=n图1-1 布拉格方程的导出①衍射线的指标化指标化是指求出各衍射线的衍射指数（hkl）。

②晶胞参数的精确测定晶胞参数（点阵常数，即a，b，c，α，β，γ）是晶体的重要参数。

一种结晶相在一定条件下具有一定的点阵参数，当温度、压力、化合物的化学计量比、固溶体的组成以及晶体中杂质含量的变化都会引起点阵常数发生变化。

③晶体尺寸和点阵畸变的测定在理论上，利用X射线粉末衍射对晶体粉末进行测试时，扫描所得图谱中应该是衍射线。

xrd衍射分析的实验报告XRD 衍射分析的实验报告一、实验目的本次 XRD 衍射分析实验的主要目的是通过对样品进行 X 射线衍射测试，获取样品的晶体结构、物相组成等信息，从而深入了解样品的性质和特征。

二、实验原理X 射线衍射（Xray Diffraction，简称 XRD）是一种用于分析晶体结构和物相组成的重要技术。

当 X 射线照射到晶体样品时，晶体中的原子会对 X 射线产生散射。

由于晶体中原子的排列具有周期性，散射波之间会发生干涉，从而在特定的角度产生强度较高的衍射峰。

根据布拉格定律（2d sinθ ＝nλ），其中 d 为晶面间距，θ 为衍射角，n 为衍射级数，λ 为 X 射线波长，通过测量衍射角和衍射强度，可以计算出晶面间距和确定晶体结构。

不同的物相具有不同的晶体结构和特征衍射峰，因此可以通过与标准图谱对比来确定样品中的物相组成。

三、实验仪器与材料1、实验仪器X 射线衍射仪：采用具体型号 X 射线衍射仪，其工作电压为电压值，工作电流为电流值，配备有探测器类型探测器。

样品制备设备：包括研钵、压片机等。

2、实验材料待测试样品：样品名称及来源。

标准物质：标准物质名称及用途。

四、实验步骤1、样品制备将待测试样品研磨至粉末状，确保颗粒大小均匀。

取适量粉末样品，使用压片机在一定压力下压制成平整的薄片。

2、仪器调试开启 X 射线衍射仪，预热至稳定工作状态。

设置实验参数，包括 X 射线波长、工作电压、工作电流、扫描范围、扫描速度等。

3、样品测试将制备好的样品薄片放入样品台，确保样品表面与 X 射线入射方向垂直。

启动测试程序，进行 X 射线衍射扫描，记录衍射图谱。

4、数据处理对获得的衍射图谱进行平滑、背景扣除等预处理操作。

利用专业软件对衍射数据进行分析，包括物相鉴定、晶胞参数计算等。

五、实验结果与分析1、衍射图谱给出实验获得的 XRD 衍射图谱，并对图谱的整体特征进行描述，如衍射峰的强度、位置、宽窄等。

2、物相分析通过与标准图谱对比，确定样品中存在的物相。

实验四 X射线粉末衍射法物相分析（p236实验40）一、目的要求1.掌握X射线粉末衍射法的实验原理和技术2.学会根据X射线粉末衍射图，分析粉晶试样的物相组成二、X射线粉末法原理X射线粉末衍射法自从德拜和谢乐首创以来，已经有了很大的发展，其应用范围非常广泛，可用来鉴别矿物的物相，测定点阵常数和晶胞大小，对固溶体进行相的定性与定量分析，还可研究晶粒的大小以及晶体中的残余应力和点阵畸变等，因此X射线粉末衍射法已成为催化、材料科学及矿物研究中常用的实验手段。

由结晶学知道，晶体具有周期性结构。

一个立体的晶体结构，可看成是一些完全相同的原子平面网按一定距离d平行排列而成，同时也可以看成是另一些原子平面网按另一距离d’平行排列而成。

所以一个晶体必然存在着一组特定的d值（d, d’, d’’, d’’’ ）。

结构不同的晶体其d值组绝不相同，所以可用它来表示晶体特征。

下面介绍如何用X射线粉末法来测定d值。

假定晶体中某一方向上原子网面之间的距离为d，X射线以夹角θ入射晶体，如1所示，从原子网面1和2上产生的两条衍射线a’和b’，其光程差为BD+DC，而BD=DC=dSinθ，故BD+DC=2dSinθ。

我们知道，只有当光程差等于入射光波长λ的整数倍n时，亦即d与θ之间应符合布拉格（Bragg）方程时，才能产生被加强了的衍射线。

（参见谢有畅、邵美成编《结构化学》下册，P49）2dSinθ= nλ（8-1）图1 原子网面对X射线的衍射多晶X射线衍射仪器的类型多种多样，但按其设计所采用的衍射几何特点的不同，可分为平行光束型和聚焦型两大类；按X射线的检测记录手段来分也可分为两大类：感光胶片法（照相法）和衍射仪法。

本实验所采用的仪器为聚焦型衍射仪。

应用聚焦原理来设计粉末衍射装置，实验时可以使用大发散的点发散X射线束，样品受照射的表面可以很大，大大增加参与衍射的晶粒数目；而由于聚焦作用，样品表层中取向凑巧的晶粒产生的同一衍射却能同时聚焦集中在同一位置上，得到强度高得多的衍射线，有利于测量。

利用 Dmax rC 型转靶 X 射线衍射仪及近平行 光路系统, 对薄膜进行掠射 X 射线衍射分析。仪器 参数为: 加速电 压 40kV, 灯丝 电流 100mA, Cu K 辐射, 扫描步进角 0. 02 , 扫描速度 1 / min。设定某 掠射角 后, 进行非偶合 2 扫描。
采用较低 角入射, X 射线的有效穿透深度较 浅, 此时仅获得薄膜的表面衍射信息。采用较高 角, X 射线的有效穿透深度较深, 可获得薄膜内层的 衍射信息。利用一系列掠射衍射谱线, 即可进行沿 纵向深度的衍射分析。
= K [ ( 2 + 2 ) / ( sin2 ) ]
= K [ ( 2 - 2 c) / ( sin2 ) ]
( 6)
定峰方法是应力测量工作的关键, 直接影响到
测量的精度。常规 X 射线定峰方法为顶部抛物线
法、半高宽中点法及交相关函数法。在确保衍射峰
完整的前提下, 选取 n 个薄膜衍射数据点( I i , 2 i ) 及 n 个标样数据点( Ic, i , 2 i ) , 其中 n 为偶数, 则薄 膜与标样之交相关函数[ 8] 为
n
H ( ) = Ii
i= 1
I c, i+ j
( 2 ) j = 1, 2,
( 7) 式中 ( 2 ) = 0. 02 为扫描步进角, = j ( 2 ) 即
4 80
图 5 薄膜 T iN( 422) 晶面与标样 N i( 400) 晶面 在 = 0 时的衍射峰形
考虑到衍射谱线比较毛糙, 使常规的顶部抛物 线或半高宽中点定峰方法精度较低, 所以采用交相 关函数 法定峰。图 6 为薄膜 T iN ( 422) 与标 样 Ni ( 400) 在侧倾角 = 0 情况下的交相关函数。可见, 交相关函数的峰值已达到百万数量级计数以上, 交 相关函数的曲线十分光滑。由式( 7) 可知, 交相关函 数实际是薄膜与基体衍射峰中各强度数据相乘后再 相加, 其峰值明显高于 X 射线衍射的计数强度, 因 此随机误差较小。不难发现, 交相关函数顶部各点 与所拟合的抛物线完全重合, 说明交相关函数定峰 方法比较理想。

可能卡片在小组中的范围，最后由 d3和其它5个d值找出可能卡片号。
由于误差的存在，所以d1、d2、d3值都有一定的 范围（通常为±0.02Å），因此找出的卡片号可 能有好几个甚至几十个。
e、根据可能卡片号从卡片盒中找出可能卡片。
f、将这些卡片上的数据与被测物质的数据进行仔 细对比，其吻合最好的那张卡片上标明的物相名 称即为所求的物相名称。
很显然，如果事先对所有的单相物质，分别测 出它们的一系列d值和相对强度值，则以后就可以 拿来与混合物的衍射花样d值和相对强度值相比较， 如果某物质的d值及相对强度值和所摄的衍射花样 的一部分花样相符合，则可以初步认定，试样含 有此种物质或相分。然后再把其余的衍射花样的 数据与别的已知物质的数据相对比，就能依次分 析出试样中所含的各种物质（或相分）。
d、根据三强线检索
由索引知，2.70±0.02（2.68～2.72）位于 2.74～2.70和2.69～2.65两个组内，因此必须在 这两个小组内检索。在2.69～2.65小组内，只有
卡片号为13-534的条目的8个数据与d1～d8上的符
合较好。在2.74～2.70小组内，有17-617和13534两条目符合较好。
行物相分析时经常使用的一种索引。 具体内容：略
2）芬克（Fink）索引 也是一种按d值排列的数字索引，它主要是为强
度失真和具有选优取向情况设计的。 具体内容：略
3）戴维索引 是按物相的英文名称的字母顺序排列的。 具体内容：略
3、应用哈氏索引和PDF卡片进行物相分析 1）应用哈氏索引和卡片进行物相分析的步骤
e、根据卡片号，从卡片盒中找出两张卡片。
f、将卡片上的衍射数据与实验数据对比，可以确认， 13-534卡片上的数据与实验数据吻合较好，可以 认为13-534卡片上所记α-Fe2O3即为试样物相名 称。

X射线衍射图谱的分析----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------A 衍射峰的有无、位置B 衍射峰的强度C 衍射峰的峰形E 衍射测试实验条件选择F 其他相关知识----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------A 衍射峰的有无、位置1、衍射方向取决于晶体的周期或晶胞的大小。

2、X射线入射到结晶物质上，产生衍射的充分必要条件是3、第一个公式确定了衍射方向。

在一定的实验条件下衍射方向取决于晶面间距d。

而d是晶胞参数的函数，；第二个公式示出衍射强度与结构因子F(hkl)的关系，衍射强度正比于F(hkl)模的平方，4、F(hkl)的数值取决于物质的结构，即晶胞中原子的种类、数目和排列方式，因此决定X射线衍射谱中衍射方向和衍射强度的一套d和I的数值是与一个确定的结构相对应的。

这就是说，任何一个物相都有一套d-I特征值，两种不同物相的结构稍有差异其衍射谱中的d和I将有区别。

这就是应用X射线衍射分析和鉴定物相的依据。

5、若某一种物质包含有多种物相时，每个物相产生的衍射将独立存在，互不相干。

该物质衍射实验的结果是各个单相衍射图谱的简单叠加。

因此应用X射线衍射可以对多种物相共存的体系进行全分析。

6、一种物相衍射谱中的(是衍射图谱中最强峰的强度值) 的数值取决于该物质的组成与结构，其中称为相对强度。

当两个样品的数值都对应相等时，这两个样品就是组成与结构相同的同一种物相。

实验：X射线衍射法进行物相定性分析1
X射线衍射法是物相分析的一种重要手段，通过衍射图谱的分析可以确定样品的晶体结构和物相组成。

本实验选用了Cu管作为X射线管，通过旋转样品和测量X射线衍射的强度来获取样品的衍射图谱，并对其进行分析。

实验步骤：
1.制备样品：选用了两种不同晶体结构的样品，分别是纯Fe和无序的Fe-10Ni合金。

将样品研磨成细粉末，用细铜网包裹成小束，保持紧密。

2.测量样品的X射线衍射图谱：将Cu管电压设置为40kV，电流为30mA，使其发射X 射线，并将样品放置在样品台上，保持样品细铜网与X射线的垂直方向。

利用物理学中的蒙蒂卡洛法，通过许多随机数据点在样品和探测器间隔中计算出每个角度的强度数据。

在一定角度范围内旋转样品，利用计算机将每个角度的数据转化为强度数据，并绘制出样品的X射线衍射图谱。

分析结果：
分析纯Fe的衍射图谱，可以发现其峰位与标准铁的衍射图谱一致，证明其组成为纯Fe的晶体结构。

分析Fe-10Ni的衍射图谱，发现其具有明显的衍射峰，但是衍射峰的位置与标准Fe和Ni的衍射图谱均不一致，说明该样品为Fe-10Ni的无序合金，其晶体结构无规则分布。

总结：
本实验选用X射线衍射法对纯Fe和Fe-10Ni的样品进行了物相分析，并成功地确定了它们的晶体结构和物相组分。

X射线衍射法具有非破坏性、精度高、可重复性好等优点，是物相分析中重要的手段之一。

xrd计算物相含量方法一、引言X射线衍射是一种常用的非破坏性分析技术，可用于研究晶体结构和物相含量。

物相含量是指样品中各个晶相的相对比例。

通过XRD 技术，可以获取样品的衍射图谱，然后利用定量相分析方法计算出各个晶相的含量。

二、XRD技术原理XRD技术基于布拉格定律，即当入射X射线与晶面发生衍射时，满足2d sinθ = nλ的关系，其中d为晶面间距，θ为衍射角，n为整数，λ为入射X射线的波长。

通过测量衍射角θ和入射X射线波长λ，可以确定晶面间距d。

三、定量相分析方法1. 标准曲线法标准曲线法是一种常用的定量相分析方法。

首先，制备一系列已知物相含量的标准样品，并进行XRD测量，得到它们的衍射图谱。

然后，测量待测样品的衍射图谱，并将其与标准样品的衍射图谱进行比较。

根据衍射峰的强度和位置，可以推算出待测样品中各个物相的含量。

2. RIR法RIR（Rietveld Internal Standard Relative Intensity Ratio）法是一种基于内标法的定量相分析方法。

该方法通过在样品中添加已知物相含量的内标物质，来确定待测样品中各个物相的含量。

内标物质与待测样品的衍射峰强度之比称为相对强度比。

通过测量待测样品和内标物质的衍射图谱，可以计算出相对强度比，从而得到物相含量。

3. Rietveld法Rietveld法是一种基于全谱拟合的定量相分析方法。

该方法通过将样品的整个衍射图谱与已知物相的理论衍射图谱进行拟合，来确定样品中各个物相的含量。

利用最小二乘法，调整各个物相的相对比例和晶体结构参数，使得拟合曲线与实际衍射图谱最为接近。

通过对拟合参数的优化，可以得到物相含量。

四、注意事项1. 样品制备要均匀、细致，以保证测量结果的准确性。

2. XRD测量条件要合适，包括入射X射线波长、衍射角范围等。

3. 在计算物相含量时，要考虑样品的晶体结构、晶胞参数等因素，以提高计算精度。

五、总结XRD技术是一种可靠的方法，用于计算物相含量。

X 射线衍射仪进行物相分析一．实验目的1．初步认识X 射线衍射仪的结构和工作原理； 2．掌握X 射线衍射物相定性分析的方法和步骤；3．学会实验方案设计，并利用自己设计的实验方案对未知多晶粉末样品进行物相分析。

二． 实验原理1．X 射线的性质和特点 X 射线是波长介于0.1nm~1000nm 的电磁波，能量较高。

它是由于原子的内层电子跃迁或高能电子减速产生的。

与可见光相比还因其波长短、能量高而具有其它一些特点：(1)穿透能力强 能穿透可见光不能穿透的物质，如生物的软组织、木板、玻璃，甚至除重金屑外的金属板，还能使气体电离。

X 射线波长范围很大，通常将波长短的X 射线称为硬X 射线，波长较长的X 射线称为软X 射线，此处“硬软”指X 射线芽透能力的强弱。

所以，X 射线可用于医学X 射线透视和金属材料的探伤。

(2)折射率几乎等于1 X 射线穿过不同媒质时几乎不折射、不反射(折射和反射率小，可忽略不计)，仍可视为直线传播。

所以X 射线不可能利用折射而聚焦。

此外，因其波长与晶体的晶格常数接近，所以通过晶体时会发生衍射。

晶体起衍射光栅作用，因而可用X 射线研究晶体内部结构。

X 射线光子能量的大小决定的是X 射线的穿透力等性质，而不是X 射线的强度。

一定频率的X 射线，其强度大小取决于单位时间内通过单位截面的光子数目。

2．X 射线的产生 在X 衍射仪中，X 射线是在X 射线管中，使用高速运动的电子撞击靶材突然减速时产生的。

X 射线管的结构如图6-1所示。

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、靶材料等组成,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。

由X 射线管发出的X 射线包含两部分：一部分是具有连续波长的“白色”X 射线，称为连续谱或“白色”谱；另一部分是由阳极金属材料成分决定的波长确定的特征X 射线，称为特征谱，也称为单色谱或标识谱。

§3-5．试述X射线粉末衍射法物相分析过程及其注意的问题。

答：物相分析过程：
9首先用粉末照相法或粉末衍射仪法获取被测试样物相的衍射花样或图谱。

9通过对所获衍射图谱或花样的分析和计算，获得各衍射线条的2θ、d值及相对强度大小I/I1。

9使用检索手册，查寻物相PDF卡片号。

9若是多物相分析，则在上一步完成后，对剩余的衍射线重新根据相对强度排序，重复上述步骤，直至全部衍射线能基本得到解释。

应注意的问题：
9一般在对试样分析前，应尽可能详细地了解样品的来源、化学成分、工艺状况，仔细观察其外形、颜色等性质，为其物相分析的检索工作提供线索。

9尽可能地根据试样的各种性能，在许可的条件下将其分离成单一物相后进行衍射分析。

9由于试样为多物相化合物，为尽可能地避免衍射线的重叠，应提高粉末照相或衍射仪的分辨率。

9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。

9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。

9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。

9在物相定性分析过程中，尽可能地与其它的相分析结合起来，互相配合，互相印证。

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山西大学物电学院
衍射仪常用的粉末样品形状为平板形 粉末样品形状为平板形。 衍射仪常用的 粉末样品形状为平板形 。 其支承粉末制品 的支架有两种， 透过试样板(1cm×1.3cm, 2cm×1.3cm)和不 和 的支架有两种 ， 即 透过试样板 透过试样板。 透过试样板。 常用制样方法 压片法。 制样方法： 常用 制样方法 ： 压片法 。 缺点：易产生择优取向。 缺点：易产生择优取向 择优取向。 其它方法： 涂片法、 其它方法 ： 涂片法 、 喷雾 塑合法。 法及塑合法。 若样品是块状且高度无序 取向的微晶粒组成， 取向的微晶粒组成 ， 也可直接 使用， 但要加工出一个平面。 使用 ， 但要加工出一个平面 。 而这种冷加工又会引入择优取 向或应力。 向或应力。
晶体
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山西大学物遵循 布
喇格公式的：
射线照射到晶体上时， 当X射线照射到晶体上时，组成 射线照射到晶体上时 晶体的每个原子都可看作一个子 晶体的每个原子都可看作一个 子 波源， 向各个方向发出衍射线， 波源 ， 向各个方向发出衍射线 ， 它们叠加可以分为： 它们叠加可以分为： 2 3 1
晶体中原子排列成有规则的空间点阵，原子 晶体中原子排列成有规则的空间点阵， 的数量级， 射线的波长同数量级 同数量级， 间距为 间距为10-10m的数量级，与X射线的波长同数量级， 的数量级 可以利用晶体作为天然光栅 天然光栅。 可以利用晶体作为天然光栅。
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晶体
晶格
NaCl晶体结构 NaCl晶体结构
晶胞
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三个 晶级 高级 晶系
七大 晶系
点阵常数 a = b = c，α =β = γ = 90° ， a = b≠c，α =β = γ = 90° ， a = b≠c，α =β = 90°, γ =120° ， a = b = c，α =β = γ ≠90° ， a≠b≠c，α =β = γ = 90° ， a≠b≠c, β = γ =90°, α ≠90° a≠b≠c, α ≠β ≠γ ≠ 90°

X射线衍射技术的原理与物相分析摘要：现代多晶体X光线衍射解析法最通常使用的基础仪器设备是X光线粉状衍射仪,它也是许多研究所、试验室、高等院校和国家质量监督检查机关的必要设施,本篇主要阐述了X光线粉状衍射仪的基础原理,及其采用此仪器设备的现代多晶体X光线衍射物相稳定性解析法和定量分析。

关键词：X光线;布拉格衍射方程;物相解析;粉末衍射卡片集1 基本原理1.1 X射线衍射介绍多晶X射线衍射解析法也被叫做粉状X射线衍射解析法,在使用本法时要首先将试样做成非常细小的粉状,然后再对粉状进行压块制样。

它有许多好处,比如粉状X射线衍射解析法就是一个非破坏性的实验分析,尤其有利于:可以做物相研究;也能够计算一些晶态化合物的分子结构参数和晶体结构;同样也能够计算非晶体物,所以,它是化学物理学中一个十分重要的实验法。

使用的衍射性仪为BDX系统半自动粉末式X射线衍射仪,它是把传统衍射仪技术与计算机二者融合起来的一个先进的智能化和自动化的实验仪器设备,能够借助应用程序,直接在计算机上操控衍射仪,进行数据的收集、处理与分析,缩短了操作者与仪器设备之间的接触时间,也因而降低了X辐射对人体的损伤。

1.2 X射线衍射仪的基本原理X射线衍射分析方法是指运用晶格中形成的X光线衍射现象,对物体实现内部分子在空间分布状态下的结构解析。

当形成于特定波段的X辐射光照在结晶性物体上时,X辐射会因在晶体内出现规律顺序的原子或电离而形成散射,发散的X辐射光在特定方向上相位受到了强化。

该方法的主要优点,就是能够掌握元素中存在的物质态、以及原子间相互作用组合的方法,从而可开展价态分析,并进行对环境固体污染物质的物相鉴别,如大气颗粒物中的风沙和泥土成分、工业生产废气的金属及其物质(粉尘)、工业车辆排放中卤化铅的成分、土壤和水域沉积物,以及海洋悬浮液中金属存在的状况等。

因为X射线波长短,以及光子能力大的这二种特点,当X光线照射到物体上产生的效果,与当可见光照射到物体上所产生的效果,是完全不同的。