X射线衍射仪及物相定性分析

2．掌握 X 射线衍射物相定性分析的原理和实验方法。
3．熟悉 PDF 卡片的查找方法和物相检索方法。
二、实验原理概述
1．X 射线衍射仪的工作原院理
学
图 1 是X射线衍射工仪程光路图，它是由高压发生器提供一个给定的高压到X射线管的两极，
阴极产生的阴极电学子与流碰撞到阳极时产生X射线，X射线经S1、FS后照射到样品表面，衍射
科
料
材
学
大
图1
X
射线南衍射仪光路图 中
计算机记录下样品转动过程中每一步的衍射强度数据(I)和检测器位置（2θ），并以 2θ
为横坐标，强度 I 为纵坐标绘制出衍射谱图（见图 2）。
图 2 X 射线衍射谱
1
2．物相定性分析原理
X 射线入射到金属多晶体上，产生衍射的充要条件是
⎧2d sinθ = nλ ⎨⎩F (hkl) ≠ 0
学 大 工程 一中个南物相。
学与 一种物相衍射谱中的d-I/I1 (I1是衍射图谱中最强峰的强度值) 的数值取决于该物质的组
料科 成与结构，其中I/I1称为相对强度。当两个样品d-I/I1 的数值都对应相等时，这两个样品就是
材 组成与结构相同的同一种物相。因此，当一未知物相的样品的衍射谱上的 d-I/I1的数值与某
狭缝
1°,1°,0.15°,0.15mm
扫描方式
θ-2θ 连续扫描
1． 数据处理和结果输出
①用 Jade 软件打开测量图谱。
②单击常用工具栏中的 S/M 按钮，输入样品中包含的元素等参数，系统自动检索出与
样品衍射谱最匹配的 100 种 PDF 卡片并列表显示。
3
③在检索结果列表中，根据谱线角度匹配情况并参考强度匹配情况，选择最匹配的 PDF

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。

布 喇 菲 十 四 种 空 间 格 子
立方 四方 六方 三方 正交 单斜 三斜
a = b = c， ， α =β = γ = 90° a = b≠c， ， α =β = γ = 90° a = b≠c, γ =120° ，α =β = 90° a = b = c， ， α =β = γ ≠90° a≠b≠c， ， α =β = γ = 90° a≠b≠c, α ≠90° β = γ =90° a≠b≠c, α ≠β ≠γ ≠ 90°
山西大学物电学院Leabharlann X射线衍射物相定性分析
X-Ray Differaction (XRD)
Phase Qualitative Analysis QualitativeAnalysis
山西大学物理电子工程学院
——屈晓田 屈晓田
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山西大学物电学院
目的：鉴别待测样品是由哪种或哪几种物相组成的， 目的 ： 鉴别待测样品是由哪种或哪几种物相组成的 ， 即确 试样中是由某几种元素形成的哪些具有固定结构的化合物(其 定试样中是由某几种元素形成的哪些具有固定结构的化合物 其 中包括单质、固溶体和化合物 。 中包括单质、固溶体和化合物)。 单质 方法：利用晶态物质对X射线的衍射。 方法：利用晶态物质对X射线的衍射。 依据： 依据： 1)每一种晶态物质都有各自独特的化学组成 和特定的 结构 每一种晶态物质都有各自独特的化学组成和特定的结构 每一种晶态物质都有各自独特的 化学组成和特定的 参数(包括晶体结构类型 晶胞大小，晶胞中原子 离子或 参数 包括晶体结构类型，晶胞大小，晶胞中原子、离子或分子 原子、 包括晶体结构类型， 的位置和数目等 ，不会存在两种结晶物质的晶胞大小、原子种 的位置和数目等)，不会存在两种结晶物质的晶胞大小、原子种 类和原子在晶胞中的排列方式完全一致的物质； 原子在晶胞中的排列方式完全一致的物质 类和原子在晶胞中的排列方式完全一致的物质； 2)每种晶态物质有自己独特的衍射花样：2θ 和 I； 每种晶态物质有自己独特的衍射花样： 每种晶态物质有自己独特的衍射花样 3)多种晶态物质混合时 ， 它们的衍射花样也只是 简单叠加 ， 多种晶态物质混合时 它们的衍射花样也只是简单叠加 多种晶态物质混合 衍射花样也只是简单叠加， 互不干扰，相互独立 混合物物相分析 混合物物相分析) 互不干扰，相互独立(混合物物相分析 。

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。