X射线衍射方法与介绍
- 格式：ppt
- 大小：1.32 MB
- 文档页数：73
下载文档原格式
合集下载
第四讲X射线衍射方法
158eV。 对轻元素分辨率较差，一般可用在Al及以后的元素探测。
40
新型探测器
SDD 探测器
硅漂移探测器（Sillicon Drift Detector），最近十年出现 的新型半导体探测器，首先为空间科学开发的。
50mm芯丝能同时测量12º范围。 适用于高速记录衍射花样，测量瞬时变化的研究对象（如相变），测
量那些易于随时间而变得不稳定的试样和容易受X射线照射损伤的试 样，测量那些微量试样和强度弱的衍射信息（如漫散射）。
38
新型探测器
Si（Li）探测器
最早出现的半导体探测器。一般需要液氮制冷（不工作也 需要），体积大，应用不方便。
当然少不了X射线的发生装置----X光管； 为了使X射线照射到被测样品上需要有一个样品
台； 为了接受由样品表面产生的衍射线需要有一个射
线探测器，而且这个探测器应当安放在适当的角 度上，测角仪 检测系统，正比计数器等
31
测角仪构造示意图
逆时针方向：100º 顺时针方向：165º 绝对精度： 0.01 º
倒装法
底片开口在后光阑两侧，显然，底片中部为背反射衍射 线，两端为前反射衍射线。衍射角按下式计算：
2π-4θ=S/R θ=π/2-S/4R（弧度）
以度为单位，2R=57.3mm时： θ=90-S/2
23
各种安装方式衍射花样的计算
不对称装法
可以消除底片收缩和相机半径误差。 底片开两孔，分别被前、后光阑穿过，底片开口置于相 机一侧。不难看出，由前后反射弧对中心点的位置可求 出底片上对应180º圆心角的实际长度W，于是可用下式计 算衍射角：
291912年布拉格最先使用电离室探测1913年布拉格测定nacl等晶体结构的1943年弗里德曼设计了最初的近代射线衍射仪得到了普及应用1952随着科学技术的发展促使现代电子学集成电路和电子计算机等先进技术进一步与射线衍射仪向强光源高稳定高分辨多功能和全自动的联合组机方向发展可以自动地给出大多数衍射实验结果
40
新型探测器
SDD 探测器
硅漂移探测器（Sillicon Drift Detector），最近十年出现 的新型半导体探测器，首先为空间科学开发的。
50mm芯丝能同时测量12º范围。 适用于高速记录衍射花样，测量瞬时变化的研究对象（如相变），测
量那些易于随时间而变得不稳定的试样和容易受X射线照射损伤的试 样，测量那些微量试样和强度弱的衍射信息（如漫散射）。
38
新型探测器
Si（Li）探测器
最早出现的半导体探测器。一般需要液氮制冷（不工作也 需要），体积大，应用不方便。
当然少不了X射线的发生装置----X光管； 为了使X射线照射到被测样品上需要有一个样品
台； 为了接受由样品表面产生的衍射线需要有一个射
线探测器，而且这个探测器应当安放在适当的角 度上，测角仪 检测系统，正比计数器等
31
测角仪构造示意图
逆时针方向：100º 顺时针方向：165º 绝对精度： 0.01 º
倒装法
底片开口在后光阑两侧，显然，底片中部为背反射衍射 线，两端为前反射衍射线。衍射角按下式计算：
2π-4θ=S/R θ=π/2-S/4R（弧度）
以度为单位，2R=57.3mm时： θ=90-S/2
23
各种安装方式衍射花样的计算
不对称装法
可以消除底片收缩和相机半径误差。 底片开两孔，分别被前、后光阑穿过，底片开口置于相 机一侧。不难看出，由前后反射弧对中心点的位置可求 出底片上对应180º圆心角的实际长度W，于是可用下式计 算衍射角：
291912年布拉格最先使用电离室探测1913年布拉格测定nacl等晶体结构的1943年弗里德曼设计了最初的近代射线衍射仪得到了普及应用1952随着科学技术的发展促使现代电子学集成电路和电子计算机等先进技术进一步与射线衍射仪向强光源高稳定高分辨多功能和全自动的联合组机方向发展可以自动地给出大多数衍射实验结果
X射线衍射方法范文
X射线衍射方法范文一、X射线衍射的基本原理X射线衍射是基于X射线与物质相互作用的现象而建立的一种表征技术。
X射线是一种具有高能量的电磁辐射，具有波粒二象性。
当X射线通过物质时，会与物质中的电子发生相互作用，其中包括康普顿散射、自由电子衍射、光电效应等。
而X射线衍射主要是通过晶体或者晶体粉末中的晶格对X射线进行多次反射，导致衍射现象的产生。
传统的X射线衍射方法主要包括旋转晶体法、Debye-Scherrer法、Laue法等。
其中，旋转晶体法是最早被使用的一种方法，通过旋转单个大晶体来观察衍射图谱，缺点是需要获得大尺寸、高质量的晶体。
Debye-Scherrer法是通过对粉末样品进行散射实验来获得衍射图谱，优点是可以使用晶体粉末而不需要大尺寸的晶体。
Laue法是在物质中引入一个平行的光成束器，使得X射线束保持平行，并对粉末样品进行散射实验。
二、X射线衍射仪器X射线发生器是X射线衍射实验的核心组件，它产生高能量的X射线。
常见的X射线发生器有射线管和同步辐射源。
射线管是通过在两个极板之间加高电压，使得阳极上的金属靶发射X射线。
同步辐射源则是利用粒子加速器加速电子，产生高能量的X射线。
同步辐射源的优点是能够产生高能量、高亮度的X射线。
样品台用于支撑和稳定待测样品，并且可以对样品进行精确定位。
一般来说，样品台可以固定在一个平台上，然后通过多个调节螺钉进行微调。
检测器是用于检测和记录X射线衍射实验的信号，一般有闪烁探测器、像银河探测器、光电探测器等。
闪烁探测器是最常见的一种检测器，它将入射X射线转化为光子，然后通过光电倍增管产生电流信号。
数据处理系统用于对收集到的X射线衍射数据进行分析和处理。
常用的数据处理方法包括Fourier变换、衍射峰分析等。
三、X射线衍射在材料科学中的应用晶体结构分析是物质科学的一个重要分支，通过分析晶体的衍射图谱，可以获得晶体的结构参数。
晶体结构是物质特性的基础，对于材料性能的理解和优化具有重要意义。
(完整版)X射线衍射分析方法
背射法 180- 2 屏或底片
透射法
2
r
○
屏或底片
D
（3）劳厄斑点的分布图 ✓ 在透射图中斑点分布在一系列通过底片中心的椭圆或双曲线上； ✓ 在背射老厄图中，斑点分布在一系列双曲线上。
（4）劳厄图的对称性
当入射线的方向与晶体中的对称轴一致，或与对称面平行或 垂直时，劳厄斑点会出现相应的对称性。
极小和极大决定两个反射球的大小。
对应于极小和极大之间的任意波长的反射球介于这两个球之间。
所有反射球的球心都落在入射线的方向上。
极小和极大决定的两个反射球之间的倒格点和所对应各球心连线 都表示晶体的衍射方向。
1/极小
1/极大
屏或底片
劳厄法的原理图
（2）斑点所对应的晶面的布拉格角
择、防散射狭缝的宽度、扫描速度、走纸速度、时间常数、记录器 记录的范围2角。
Intensity(Counts)
[C Y K46.raw] 2g+850deg 600
400
200
0
20
30
40
2-Theta(?
50
60
70
09-0432> Hydroxylapatite - Ca5(PO4)3(OH)
1、劳厄法：晶体固定不动，射线为连续谱线。
2、转晶法：转动晶体，采用单色特征标识谱线
注：如果转动晶体，又用未经过滤的多色入射线，则照片上的斑点过 多，不便于分析，一般不采用。
1、劳厄法（透射和背射）
1、劳厄法 （1）原理
晶体不动，利用射线连续谱，连续谱有一最小波长极小 ，长波在 理论上是无限制的，但易被吸收，因此有一最大波长极大。
X射线衍射方法详细讲解
tan
d d
对2L＝R·4微分
L2R
因此
2Rtan
越大，则分辨率越大，故背反射衍射线条比前反射线条分辨率高。
19
3. 衍射花样指数标定
衍射花样指数标定：确定衍射花样中各线条(弧对)相应晶 面(即产生该衍射线条的晶面)的干涉指数，并以之标识衍 射线条。 又称衍射花样指数化 衍射花样指标化
不同晶系晶体的衍射花样（衍射图）的标定方法不同，下 面仅介绍最简介的立方晶系的标定。
按样品的化学成分选靶
当样品中含有多种元素时，一般按含量较多的几种元素中Z最小的元素选靶。 11
选靶时还需考虑其它因素：
•入射线波长对衍射线条多少的影响
布拉格方程： 2dHKsLin
K (nm)
Cr
0.228970
Fe
0.193604
Co
0.178897
Cu
0.154056
Cu(Ave) 0.154184
衍射花样、衍射图——diffraction patternΒιβλιοθήκη 2L1802L90 4R S
2L1802L90 4R S
2<90 =90-，2>90
17
测量
2倍于此长
因底片开口，无法直接测量的弧段
不对称装片法
在冲洗干燥后的底片上通过测量得到S。
一般将底片置于内有照明光源的底片测量箱毛玻璃上，通过 游标卡尺测量获得2L及S值。
若需精确测量时，则使用精密比长仪。
德拜（Debye）法：用其轴线与样品轴线重合的圆柱形底片 记录。
针孔法：用平板底片记录。
德拜法照相装置称为德拜相机
4
1.成像原理与衍射花样特征
成像原理： 厄瓦尔德图解
x射线衍射的三种基本方法
x射线衍射的三种基本方法X射线衍射是一种非常重要的材料分析技术，它可以用来研究材料的晶体结构、晶体缺陷、晶体取向等信息。
在X射线衍射中，有三种基本方法，分别是粉末衍射、单晶衍射和薄膜衍射。
粉末衍射是最常用的X射线衍射方法之一。
在这种方法中，样品是一些细小的晶体粉末，这些晶体粉末被均匀地散布在一个样品台上。
当X射线照射到样品上时，它们会被散射到不同的角度，形成一系列的衍射峰。
这些衍射峰的位置和强度可以用来确定样品的晶体结构和晶格参数。
粉末衍射适用于大多数晶体材料，因为它们通常是以粉末的形式存在的。
单晶衍射是一种更加精确的X射线衍射方法。
在这种方法中，样品是一个完整的晶体，而不是晶体粉末。
当X射线照射到样品上时，它们会被散射到不同的角度，形成一系列的衍射斑。
这些衍射斑的位置和强度可以用来确定样品的晶体结构和晶格参数，同时还可以确定晶体的取向和缺陷。
单晶衍射适用于高质量的晶体样品，因为它需要一个完整的晶体。
薄膜衍射是一种用于研究薄膜结构的X射线衍射方法。
在这种方法中，样品是一个非常薄的薄膜，通常只有几纳米到几微米的厚度。
当X射线照射到样品上时，它们会被散射到不同的角度，形成一系列的衍射峰。
这些衍射峰的位置和强度可以用来确定薄膜的晶体结构和晶格参数，同时还可以确定薄膜的厚度和取向。
薄膜衍射适用于研究各种类型的薄膜，包括金属薄膜、氧化物薄膜和有机薄膜等。
X射线衍射是一种非常重要的材料分析技术，它可以用来研究材料的晶体结构、晶体缺陷、晶体取向等信息。
在X射线衍射中，粉末衍射、单晶衍射和薄膜衍射是三种基本方法，它们分别适用于不同类型的样品。
通过这些方法，我们可以更好地理解材料的结构和性质，为材料科学和工程提供更好的基础。
X射线衍射方法
第四节 X射线衍射方法
表4-2 立方晶系点阵消光规律（衍射线的干涉指数）
序
简单立方
体心立方
面心立方
金刚石立方
号 HKL N Ni/N1 HKL N Ni/N1 HKL N Ni/N1 HKL N Ni/N1
1 100 1 1 2 110 2 2 3 111 3 3 4 200 4 4 5 210 5 5 6 211 6 6 7 220 8 8 8 300 9 9 9 310 10 10 10 311 11 11
（4）测量电路；（5）控制操作和运行软件的电子计算机系统。
3. 成像原理
厄瓦尔德图解，与照相法相同
பைடு நூலகம்
第四节 X射线衍射方法
4. 设备特点
a、制样简单 b、测试速度快 c、 精度高 d、强度测量精确 e、信息量大 f、分析简便，可计算机自动检索。
第四节 X射线衍射方法
第四节 X射线衍射方法
高分辨衍射仪
片要放置在衍射光路中，一方面限制Kβ线强 度，另一方面也可以减少由试样散射出来的 背底强度。狭缝S2、光阑G和计数管D固定于 测角仪台M上，台面可以绕O轴转动(与样品台 的轴心重合)，角位置可以从刻度盘上读取。
第四节 X射线衍射方法
测量时，样品台和测角仪台D可分别绕O轴转动，也可机械连动；机械连 动时样品台转过θ角时计数管转2θ角，以使X射线在板状试样表面的入 射角经常等于反射角，称之为θ—2θ连动。
第四节 X射线衍射方法
四、衍射花样的指数化
获得衍射花样的照片后，我们必须确定照片上每条衍射线条的晶面指 数，这个工作就是德拜相的指标化。指数化就是确定衍射花样中线条（弧对） 所对应晶面的干涉指数。
进行德拜相的指数标定，首先得测量每一条衍射线的几何位置（2θ角） 及其相对强度，然后根据测量结果标定每条衍射线的晶面指数。
第二章X射线衍射分析方法及应用
第二章X射线衍射分析方法及应用
第二章X射线衍射分析方法及应用
第二章X射线衍射分析方法及应用
1、衍射峰2θ角的测量 测定它们的2θ位置可有多种方法：
A、峰顶法：
B、交点法：
第二章X射线衍射分析方法及应用
C、中点法：
2、衍射强度的测量
绝对强度：由定标器所测得的计数率，单位为cps， 即每秒多少个计数。 相对强度：以最强峰的强度作为100，然后与其他各 个衍射峰进行对比计算。
三条最强线的面间距d值。1d是该物相最大 的d值。
区间2a、2b、2c、2d：对应上述四条衍 射线以百分制表示时的相对强度值。
第二章X射线衍射分析方法及应用
• 衍射仪的组成：X射线发生器、X射线测 角仪、辐射探测器、辐射探测电路、 控 制操作和运行软件的计算机系统。
控制驱动装置
显示器
送水装置
水冷
X线管
测角仪 样品 角度扫描
数据输出
高压电缆 高压
发生器 X线发生器(XG)
计数管 ＨＶ
计数存储装置(ECP)
第二章X射线衍射分析方法及应用
X射线衍射图
衍射图的构成： 横坐标：2θ 纵坐标：I 衍射曲线：衍射峰 基线 衍射图分析：确定衍射峰位置2θ
确定衍射强度 I 第二章X射线衍射分析方法及应用
粉末衍射图谱可提供的信息
峰位 面间距d → 定性分析
点阵参数 ห้องสมุดไป่ตู้漂移 → 残余应力
固溶体分析
强 度
半高宽 结晶性 微晶尺寸
非晶质的积分强度 结晶质的积分强度 定量分析
测角仪: X射线衍射仪的核心部件
X 光管 固定
计数器
发散狭缝
单色器 防散射狭缝
射线源
第二章X射线衍射分析方法及应用
第二章X射线衍射分析方法及应用
1、衍射峰2θ角的测量 测定它们的2θ位置可有多种方法：
A、峰顶法：
B、交点法：
第二章X射线衍射分析方法及应用
C、中点法：
2、衍射强度的测量
绝对强度：由定标器所测得的计数率，单位为cps， 即每秒多少个计数。 相对强度：以最强峰的强度作为100，然后与其他各 个衍射峰进行对比计算。
三条最强线的面间距d值。1d是该物相最大 的d值。
区间2a、2b、2c、2d：对应上述四条衍 射线以百分制表示时的相对强度值。
第二章X射线衍射分析方法及应用
• 衍射仪的组成：X射线发生器、X射线测 角仪、辐射探测器、辐射探测电路、 控 制操作和运行软件的计算机系统。
控制驱动装置
显示器
送水装置
水冷
X线管
测角仪 样品 角度扫描
数据输出
高压电缆 高压
发生器 X线发生器(XG)
计数管 ＨＶ
计数存储装置(ECP)
第二章X射线衍射分析方法及应用
X射线衍射图
衍射图的构成： 横坐标：2θ 纵坐标：I 衍射曲线：衍射峰 基线 衍射图分析：确定衍射峰位置2θ
确定衍射强度 I 第二章X射线衍射分析方法及应用
粉末衍射图谱可提供的信息
峰位 面间距d → 定性分析
点阵参数 ห้องสมุดไป่ตู้漂移 → 残余应力
固溶体分析
强 度
半高宽 结晶性 微晶尺寸
非晶质的积分强度 结晶质的积分强度 定量分析
测角仪: X射线衍射仪的核心部件
X 光管 固定
计数器
发散狭缝
单色器 防散射狭缝
射线源
X射线衍射---X射线衍射方法
2a
sin 2
=
2
4a2
(H
2
+
K2
+
L2 )
令附（：H2立+K方2+L晶2）系=衍m 射花m样为整的数指数化
◆在同一衍射花样中，各衍射线条的sin2θ的顺序比： Sin2θ1：sin2θ2：sin2θ3：…=m1:m2:m3:…
◆比对衍射花样的系统消光规律,
(见下页表,立方晶系中各晶体结构类型衍射线条出现的顺序)
一般物相分析采用2-4º/min
4.1.8 晶体单色器
使用原因： 由于特征X射线谱有连续谱背底存在，它在衍射花样中会造
成比较暗的背影，使某些强度较弱的衍射线条不能显现
采用滤波的办法只能消除Kβ辐射和部分连续谱
4.1.8 晶体单色器
晶体单色器的功能：彻底消除连续谱 的影响
优点：
衍射花样清晰，即使强度很弱的衍射线也能显现
◆保证计数器有最佳状态的输出脉冲 ◆将计数器来的电脉冲变为操作者能够直 观读取或记录的数值
2020/5/8
上海应用技术学院材料学院
实验条件选择
(1)阳极靶的选择：使阳极靶所产生的特征X射线不 激发试样元素的荧光X射线。（滤波片的选择）
(2)管压管流的选择：管压取决于阳极靶材，管压取 阳极靶元素K系激发电压的3～5倍。
2.狭缝光阑的作用如何？ 3.常见的计数器有几种类型？叙述正比计
数器、闪烁计数器的工作原理？ 4.简述测角仪的衍射几何原理？
附：立方晶系衍射花样的指数化 ----标定干涉面指数
立方晶系的面间距公式为：
a dHKL = H 2 + K 2 + L2
将dHKL代入布拉格方程
sin = H 2 + K 2 + L2
sin 2
=
2
4a2
(H
2
+
K2
+
L2 )
令附（：H2立+K方2+L晶2）系=衍m 射花m样为整的数指数化
◆在同一衍射花样中，各衍射线条的sin2θ的顺序比： Sin2θ1：sin2θ2：sin2θ3：…=m1:m2:m3:…
◆比对衍射花样的系统消光规律,
(见下页表,立方晶系中各晶体结构类型衍射线条出现的顺序)
一般物相分析采用2-4º/min
4.1.8 晶体单色器
使用原因： 由于特征X射线谱有连续谱背底存在，它在衍射花样中会造
成比较暗的背影，使某些强度较弱的衍射线条不能显现
采用滤波的办法只能消除Kβ辐射和部分连续谱
4.1.8 晶体单色器
晶体单色器的功能：彻底消除连续谱 的影响
优点：
衍射花样清晰，即使强度很弱的衍射线也能显现
◆保证计数器有最佳状态的输出脉冲 ◆将计数器来的电脉冲变为操作者能够直 观读取或记录的数值
2020/5/8
上海应用技术学院材料学院
实验条件选择
(1)阳极靶的选择：使阳极靶所产生的特征X射线不 激发试样元素的荧光X射线。（滤波片的选择）
(2)管压管流的选择：管压取决于阳极靶材，管压取 阳极靶元素K系激发电压的3～5倍。
2.狭缝光阑的作用如何？ 3.常见的计数器有几种类型？叙述正比计
数器、闪烁计数器的工作原理？ 4.简述测角仪的衍射几何原理？
附：立方晶系衍射花样的指数化 ----标定干涉面指数
立方晶系的面间距公式为：
a dHKL = H 2 + K 2 + L2
将dHKL代入布拉格方程
sin = H 2 + K 2 + L2
第四章X射线衍射方法
行于试样表面、满足布拉格方程的晶面 产生衍射线,而且反射是瞬时的.而其它晶 面虽满足布拉格方程,但与试样表面不平 行,产生的衍射线不能会聚于狭缝光阑而 接收.可见衍射仪接收的衍射线强度小于 德拜法.
X射线测角仪----试样
根据聚集圆原理,试样应为与圆相吻的弧 面,实际上为制造方便,采用平板试样.将 粉末试样放在20mm×15mm×2mm的 样品框中,填平、压紧、刮平.粉末颗粒大 小适中,过粗难压紧成型,且照射的颗粒少, 衍射强度不稳定.过细使衍射线宽化,并妨 碍弱线的出现.
计数测量中的主要电路
◆探测与记录系统---计数器
1. 定标器(间歇式): ①定时计数法:设定时间内,接收电压脉冲数,求
出单位时间光子数(CPS) ②定数计时法:设定脉冲数,测定计数时间,求出
单位时间光子数(CPS) 2.计数率仪(连续式) 经RC电路计数计时同时进行测量单位时间的脉冲 数，并转化为平均直流电压值(与平均脉冲速率 成正比)输出,再由电子电位差计绘出平均直流电 压值与衍射角变化曲线,即衍射图.
原理：将单色器置于衍射线光路上，试样与接 收狭缝之间选单晶体的某个反射能力强的晶面 平行于外表面，由试K 样衍射产生的衍射线（一 次）投射到单晶体上，调整弯晶的方位，使其 高反射本能的平行晶面与一次衍射线的夹角刚 好等于该晶面对Kα 辐射的布拉格角，这样由弯 晶发出的二次衍射线为纯净的与试样衍射线对 应的Kα 衍射线。因以Kα 外的射线与弯晶不满 足衍射条件而滤掉。常用石墨弯晶（0002）晶 面。
2 连动: 试样表面处在入射线和衍射线的
反射位置上,确保狭缝光阑、探测器处于衍射方 向,接收相应晶面的衍射线. 聚集圆: 入射线管焦斑S、被照射的试样表面 MON、反射线的会聚点F(狭缝光阑)位于同一 聚集圆上,确保反射线在F点聚焦接收
X射线测角仪----试样
根据聚集圆原理,试样应为与圆相吻的弧 面,实际上为制造方便,采用平板试样.将 粉末试样放在20mm×15mm×2mm的 样品框中,填平、压紧、刮平.粉末颗粒大 小适中,过粗难压紧成型,且照射的颗粒少, 衍射强度不稳定.过细使衍射线宽化,并妨 碍弱线的出现.
计数测量中的主要电路
◆探测与记录系统---计数器
1. 定标器(间歇式): ①定时计数法:设定时间内,接收电压脉冲数,求
出单位时间光子数(CPS) ②定数计时法:设定脉冲数,测定计数时间,求出
单位时间光子数(CPS) 2.计数率仪(连续式) 经RC电路计数计时同时进行测量单位时间的脉冲 数，并转化为平均直流电压值(与平均脉冲速率 成正比)输出,再由电子电位差计绘出平均直流电 压值与衍射角变化曲线,即衍射图.
原理：将单色器置于衍射线光路上，试样与接 收狭缝之间选单晶体的某个反射能力强的晶面 平行于外表面，由试K 样衍射产生的衍射线（一 次）投射到单晶体上，调整弯晶的方位，使其 高反射本能的平行晶面与一次衍射线的夹角刚 好等于该晶面对Kα 辐射的布拉格角，这样由弯 晶发出的二次衍射线为纯净的与试样衍射线对 应的Kα 衍射线。因以Kα 外的射线与弯晶不满 足衍射条件而滤掉。常用石墨弯晶（0002）晶 面。
2 连动: 试样表面处在入射线和衍射线的
反射位置上,确保狭缝光阑、探测器处于衍射方 向,接收相应晶面的衍射线. 聚集圆: 入射线管焦斑S、被照射的试样表面 MON、反射线的会聚点F(狭缝光阑)位于同一 聚集圆上,确保反射线在F点聚焦接收
X射线衍射分析的实验方法及其应用
X射线衍射分析的实验方法及其应用自1896年X射线被发现以来，可利用X 射线分辨的物质系统越来越复杂。
从简单物质系统到复杂的生物大分子，X射线已经为我们提供了很多关于物质静态结构的信息。
此外，在各种测量方法中，X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。
由于晶体存在的普遍性和晶体的特殊性能及其在计算机、航空航天、能源、生物工程等工业领域的广泛应用，人们对晶体的研究日益深入，使得X射线衍射分析成为研究晶体最方便、最重要的手段。
本文主要介绍X射线衍射的原理和应用。
1、 X射线衍射原理1912年劳埃等人根据理论预见，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，证明了X射线具有电磁波的性质，成为X射线衍射学的第一个里程碑。
当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。
这就是X射线衍射的基本原理。
衍射线空间方位与晶体结构的关系可用布拉格方程表示：1.1 运动学衍射理论Darwin的理论称为X射线衍射运动学理论。
该理论把衍射现象作为三维Frannhofer衍射问题来处理，认为晶体的每个体积元的散射与其它体积元的散射无关，而且散射线通过晶体时不会再被散射。
虽然这样处理可以得出足够精确的衍射方向，也能得出衍射强度，但运动学理论的根本性假设并不完全合理。
因为散射线在晶体内一定会被再次散射，除了与原射线相结合外，散射线之间也能相互结合。
Darwin不久以后就认识到这点，并在他的理论中作出了多重散射修正。
1.2 动力学衍射理论Ewald的理论称为动力学理论。
该理论考虑到了晶体内所有波的相互作用，认为入射线与衍射线在晶体内相干地结合，而且能来回地交换能量。
两种理论对细小的晶体粉末得到的强度公式相同，而对大块完整的晶体，则必须采用动力学理论才能得出正确的结果。
X射线衍射分析
X射线衍射分析X射线衍射是一种广泛应用于材料科学、生物学、化学等领域的分析技术，它通过衍射现象来研究晶体结构和晶体取向。
本文将介绍X 射线衍射分析的原理、方法以及在不同领域中的应用。
一、X射线衍射原理X射线衍射是指X射线入射到晶体上，由于晶体的周期性结构，X 射线在晶胞中遇到原子核或电子时会发生衍射。
根据布拉格定律，衍射角度与晶格常数、入射波长之间存在特定的关系，通过观察衍射角度和强度可以推断出晶体结构的信息。
二、X射线衍射方法1. 粉末衍射：将样品粉碎成粉末状，通过X射线衍射仪器进行衍射分析，可以获得材料的晶体结构信息。
2. 单晶衍射：用单一晶体进行X射线衍射分析，可以得到更为详细的结构信息，包括原子间的位置和取向。
三、X射线衍射在材料科学中的应用1. 晶体学研究：通过X射线衍射可以确定晶体结构和晶体学参数，揭示材料的性质和相态变化。
2. 晶体生长：X射线衍射可以监测晶体的生长过程，帮助调控晶体的形貌和性能。
四、X射线衍射在生物学中的应用1. 蛋白质结构：X射线衍射被广泛用于解析蛋白质的晶体结构，揭示蛋白质的功能和作用机制。
2. 细胞成像：通过X射线衍射可以对细胞结构进行高分辨率成像，为细胞生物学研究提供重要依据。
五、X射线衍射在化学分析中的应用1. 晶体化学：X射线衍射可以确定晶体中元素的位置和化学键的性质，为化学合成提供参考。
2. 晶体衍射敏感性分析：X射线衍射可以用于检测材料中微观结构的变化，分析化学反应的过程和机制。
总结：X射线衍射作为一种强大的分析技术，不仅在材料科学、生物学和化学领域有着重要的应用，还在许多其他领域有着广泛的应用前景。
随着仪器技术的不断进步，X射线衍射分析将在更多研究领域展现其重要作用。
材料研究方法三X射线衍射分析PPT课件
结构分析时所采用的就是K系X射线。
.
20
eU=1/2mV2
λmin=hc/eU
.
21
三、X射线与物质的相互作用
➢1.透射。强度减弱，波长不变，方向基本不变； ➢2.吸收。①能量以其他能量形式释放，如光电效应、 俄歇(Auger)效应、荧光效应等。②吸收。类似LB定 律。 ➢3.散射。原子使X射线偏离原来方向。 ①波长不变相干散射-Thomson散射；②有能量交换，波长变长， 非相干散射-Compton散射。
.
13
本章主要内容
➢ 1. X 射线介绍 ➢ 2. X 射线与物质的作用 ➢ 3. X 射线衍射仪器 ➢ 4. X 射线衍射分析方法 ➢ 5. X 射线衍射应用
.
14
一、X-射线的性质
➢ ①肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧光
板发光和使气体电离； ➢ ②能透过可见光不能透过的物体； ➢ ③这种射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转， 在通过物体时不发生反射、折射现象，通过普通光栅 亦不引起衍射； ➢ ④这种射线对生物有很厉害的生理作用。
穿透能力强，一般条件下不能被反射，几乎完全不发
生折射——X射线的粒子性比可见光显著的多
.
16
二、X-射线的产生
1.产生X-射线的方法：是使快速移动的电子(或 离子)骤然停止其运动，则电子的动能可部分转 变成X光能，即辐射出X-射线。
.
17
*X射线发生器的主要部件
➢ (1)阴极：钨灯，电流3-4A，加速电压5-8KV ➢ (2)阳极靶材：Cu/Mo/Ni等熔点高、导热性好的金属 ➢ (3)Be窗：d=0.2mm，可透过X射线。
X 射
铅 屏
底
线
晶体
x射线衍射的三种基本方法
x射线衍射的三种基本方法
X射线衍射作为一种重要的物质结构分析方法，有着广泛的应用。
在进行X射线衍射实验时，有三种基本的方法。
分别是粉末X射线衍射、单晶X射线衍射和表面X射线衍射。
粉末X射线衍射是一种广泛使用的方法，它通过将样品研磨成粉末，然后将粉末散布到衍射仪台面上，用X射线照射样品，观察到的衍射图案可以确定样品的晶体结构。
这种方法适用于大多数晶体物质，而且样品制备比较简单，是一种常用的物质结构分析方法。
单晶X射线衍射是一种更加精确的方法，它能够确定晶体中原子的三维排列方式。
这种方法需要制备出大而完美的晶体，并将其置于X射线束中进行衍射实验。
由于制备过程比较复杂，因此这种方法只适用于某些特殊的物质结构分析。
表面X射线衍射适用于表面结构的分析，它通过将样品放在X射线束中，观察表面的衍射图案来确定表面的晶体结构。
这种方法可用于材料科学、化学、物理、生物学等领域中的表面结构研究。
综上所述，这三种基本的X射线衍射方法有各自的特点和适用范围。
在物质结构分析中，需要根据具体的样品和分析目的选择合适的方法来进行分析。
- 1 -。
X射线衍射分析方法
识别并标定衍射峰，确定各峰对应的晶面 间距。
结构分析
结果解释与报告
根据衍射峰数据，进行物相鉴定、晶体结 构分析和晶格常数计算等。
对实验结果进行解释和讨论，撰写实验报 告，提供有关样品的物相组成、晶体结构 和结晶度等信息。
03 X射线衍射分析的应用实 例
晶体结构分析
晶体结构分析是X射线衍射分析的重 要应用之一，通过测量晶体对X射线 的衍射角度，可以推导出晶体的空间 结构。
高分子材料
通过X射线衍射分析可以研究高分子材料的结晶度和分子排列，有 助于高分子材料的设计和改性。
陶瓷和玻璃材料
X射线衍射分析用于研究陶瓷和玻璃材料的晶体结构和微观结构，有 助于陶瓷和玻璃材料的性能优化和应用拓展。
医学领域
药物研发
X射线衍射分析用于研究药物分子的晶体结构和构象，有助于新 药设计和开发。
深入线衍射分析可以研究固体表面的晶体结构和相变行为，
有助于表面工程和器件研发。
相变和相分离
03
X射线衍射分析可以用于研究物质在相变和相分离过程中的晶体
结构和变化规律，有助于材料科学和能源领域的发展。
材料科学领域
金属材料
X射线衍射分析用于研究金属材料的晶体结构和相组成，有助于优 化金属材料的性能和加工工艺。
微聚焦X射线技术
通过采用微聚焦X射线技术，可以将X射线聚焦到 微米甚至纳米级别，实现对微小样品的高精度分 析。
X射线光谱分析
结合X射线衍射和X射线吸收谱等技术，可以获取 样品的更多信息，为物质结构和性质的研究提供 更全面的数据。
X射线衍射分析的未来展望
智能化与自动化
随着人工智能和自动化技术的发 展，未来X射线衍射分析将更加智 能化和自动化，提高分析效率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
– 当2R＝57.3mm时，上式化为S＝2θ（S以 mm表示，θ以°表示）
– 同理，当2R＝114.6mm时，S＝4θ – 在背射区（2θ＞90°），S’＝R·4φ（φ以rad
表示） – S’＝R·4φ/57.3（φ以°表示）。式中，2φ＝
180°－2θ，φ＝90°－θ。
• 2.试样的制备
– 最常用的试样是细圆柱状的粉末集合体 – 圆柱直径小于0.8mm，当进行较精确测定
• 衍射仪法关键要解决的技术问题是：
– ①X射线接收装置－－计数管； – ②衍射强度必须适当加大，为此可以
使用板状试样； – ③相同的（hkl）晶面也是全方向散射
的，所以要聚焦； – ④计数管的移动要满足布拉格条件。
• 这些问题的解决关键是由几个机构来实 现的：
– 1.X射线测角仪－－解决聚焦和测量角度的 问题；
X射线衍射方法和介 绍
– 最基本的衍射实验方法有三种：
• 粉末法
• 转晶法。
– 粉末法的样品是粉末多晶体，其样品容易取得，
衍射花样可提供丰富的晶体结构信息，通常作 为一种常用的衍射方法。 – 劳厄法和转晶法采用作为样品，应用较少。
6.1 粉末照相法
• 6.1.1 粉末法成像原理
– 样品的粉末很细，每颗粉末又包含好几颗 晶粒，这些晶粒的取向完全是无规则的。
几乎能全部同时记录在一张底片上 – 可以调整试样的吸收系数，使整个照片的衍射强
度比较均匀，同时还保持相当高的测量精度 – 可以记录晶体衍射的全部信息，需要迅速确定晶
体取向、晶粒度等时候尤为有效 – 在试样太重不便于用衍射仪时照相法也是必不可
少的.
• 这些都是其他衍射方法所不能同时兼得的。
– 照相法是较原始的方法，其缺点:
• 这在注释谱线时应予注意。
• 试样作好后即可安装于试样夹头上，通过 调节机构，使试样轴正好与照相机中心轴 重合，旋转时不发生任何偏转。
• 试样转动可以增加晶粒反射的几率，避免 因晶粒度稍大而使衍射线条呈不连续状。
• 3.底片的装置方法
– 1）正装法:
• 4θR＝S（θ的单位为rad） • 或4θR／57.3＝S（θ的单位为°）
– （4）测角仪台面：
• 狭缝B、光阑F和计数管G固定于测 角仪台E上，台面可以绕O轴转动 （即与样品台的轴心重合），角 位置可以从刻度盘K上读取。
– 因此，整个试样包含了无数取向无规则的 细小晶粒。
– 这种粉末多晶中的某一组平行晶面在空间 的分布，与一在空间绕着所有各种可能的 方向转动的单晶体中同一组平行晶面在空 间分布是等效的。
– 衍射环
6.1.2 德拜－谢勒法
• 1.照相机
– 德拜相机是圆筒形的，筒里四周贴着软片，在 相机中心有一可以安置试样的中心轴，并各有 调节机构，使试样中心与相机中心轴线一致而 且绕其中心旋转时，没有任何偏斜。入射线经 光阑射至试样处，穿透试样后的入射线进入后 光阑，经过一层黑纸及荧光屏后被铅玻璃所吸 收。
6.2 X射线衍射仪
• 衍射仪法的优点:
– 如速度快 – 强度相对精确 – 信息量大 – 精度高 – 分析简便 – 试样制备简便等等。
6.2.1 衍射仪的构造及几何光学
– 衍射仪对衍射线强度的测量是利用电子计数器 （计数管）（electronic counter）直接测定的。
– 计数器的种类有很多，但是其原理都是将进入 计数器的衍射线变换成电流或电脉冲，这种变 换电路可以记录单位时间里的电流脉冲数，脉 冲数与X射线的强度成正比，于是可以较精确地 测定衍射线的强度。
– （2）X射线源：
• X射线源是由X射线管的靶T上的线状焦点S发出 的，S也垂直于纸面，位于以O为中心的圆周上， 与O轴平行；
样品台H X射线源 光路布置 测角仪圆 测角仪台面 测量动作
– （3）光路布置：
• 发散的X射线由S发出，投射到试样 上，衍射线中可以收敛的部分在光 阑F处形成焦点，然后进入计数管G。
• 如摄照时间长，往往需要10－20小时； • 衍射线强度靠照片的黑度来估计，准确度不
高；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
粉末衍射法的历史发展
– 首先是有劳埃相机 – 再有了德拜相机 – 在此基础上发展了衍射仪。 – 衍射仪的思想最早是由布拉格（W.L.
Bragg）提出的，原始叫 X射线分光计 （X-ray spectrometer）。
• A和B是为获得平行的入射线和衍射 线而特制的狭缝，实质上是只让处 于平行方向的X线通过，将其余的 遮挡住。
– 光学布置上要求S、G（实际是F）位于同 一圆周上，这个圆周叫测角仪圆。
– 若使用滤波片，则要放置在衍射光路而 不是入射线光路中，这是为了一方面限 制Kβ线强度，另一方面也可以减少由试样 散射出来的背底强度。
– 2）倒装法：
• （2π－4θ）R＝S（θ单位为rad）。
– 3）不对称法：
• 2θ／π＝S／2W
– 4) 45o对接法
• θ／θK＝S／SK
• 德拜一谢勒法的优点:
– 所需样品极少, 在试样非常少的时候在 1mg左右时 也可以进行分析
– 设备简单，价格便宜 – 由试样发出的所有衍射线条，除很小一部分外，
– 2.辐射探测仪－－解决记录和分析衍射线能 量问题。
• 这里我们重点介绍X射线测角仪的基本 构造。
• 1.测角仪的构造
– 测角仪是衍射仪的核心部件，相当于粉末 法中的相机。
– （1）样品台H：
• 位于测角仪中心，可以绕O轴旋转力轴与台面垂 直，平板状试样C放置于样品台上，要与O轴重 合，误差≤0.1mm；
时应小于 0.5mm – 粉末最好能全部通过325目的筛孔。
• 由粉末制成细圆柱试样常有以下几种方 法：
– a.在很细的玻璃丝上涂以一层薄胶水或其他 有机粘结剂，然后在粉末中滚动，得到所 要求的试样;
– b.将粉末填充于硼酸玻璃、醋酸纤维制成的 细管中；
– c.直接利用金属丝作试样，因有择优取向， 所得衍射线条往往是不连续的。
– 常用德拜相机直径（指内径）为57.3mm， 114.6mm，190mm等。
– 用57.3及114.6直径相机的优点是底片上 每1mm的距离分别相当于2°或1°的圆心角， 对于解释衍射花样时甚为方便。
S＝R·4θ （θ用rad 表示）
– R是照相机半径
– S是一对相应衍射弧线的间距PP’（或QQ’）， 则S＝R·4θ（θ用rad表示），S＝4Rθ／57.3 （θ用°表示）
– 同理，当2R＝114.6mm时，S＝4θ – 在背射区（2θ＞90°），S’＝R·4φ（φ以rad
表示） – S’＝R·4φ/57.3（φ以°表示）。式中，2φ＝
180°－2θ，φ＝90°－θ。
• 2.试样的制备
– 最常用的试样是细圆柱状的粉末集合体 – 圆柱直径小于0.8mm，当进行较精确测定
• 衍射仪法关键要解决的技术问题是：
– ①X射线接收装置－－计数管； – ②衍射强度必须适当加大，为此可以
使用板状试样； – ③相同的（hkl）晶面也是全方向散射
的，所以要聚焦； – ④计数管的移动要满足布拉格条件。
• 这些问题的解决关键是由几个机构来实 现的：
– 1.X射线测角仪－－解决聚焦和测量角度的 问题；
X射线衍射方法和介 绍
– 最基本的衍射实验方法有三种：
• 粉末法
• 转晶法。
– 粉末法的样品是粉末多晶体，其样品容易取得，
衍射花样可提供丰富的晶体结构信息，通常作 为一种常用的衍射方法。 – 劳厄法和转晶法采用作为样品，应用较少。
6.1 粉末照相法
• 6.1.1 粉末法成像原理
– 样品的粉末很细，每颗粉末又包含好几颗 晶粒，这些晶粒的取向完全是无规则的。
几乎能全部同时记录在一张底片上 – 可以调整试样的吸收系数，使整个照片的衍射强
度比较均匀，同时还保持相当高的测量精度 – 可以记录晶体衍射的全部信息，需要迅速确定晶
体取向、晶粒度等时候尤为有效 – 在试样太重不便于用衍射仪时照相法也是必不可
少的.
• 这些都是其他衍射方法所不能同时兼得的。
– 照相法是较原始的方法，其缺点:
• 这在注释谱线时应予注意。
• 试样作好后即可安装于试样夹头上，通过 调节机构，使试样轴正好与照相机中心轴 重合，旋转时不发生任何偏转。
• 试样转动可以增加晶粒反射的几率，避免 因晶粒度稍大而使衍射线条呈不连续状。
• 3.底片的装置方法
– 1）正装法:
• 4θR＝S（θ的单位为rad） • 或4θR／57.3＝S（θ的单位为°）
– （4）测角仪台面：
• 狭缝B、光阑F和计数管G固定于测 角仪台E上，台面可以绕O轴转动 （即与样品台的轴心重合），角 位置可以从刻度盘K上读取。
– 因此，整个试样包含了无数取向无规则的 细小晶粒。
– 这种粉末多晶中的某一组平行晶面在空间 的分布，与一在空间绕着所有各种可能的 方向转动的单晶体中同一组平行晶面在空 间分布是等效的。
– 衍射环
6.1.2 德拜－谢勒法
• 1.照相机
– 德拜相机是圆筒形的，筒里四周贴着软片，在 相机中心有一可以安置试样的中心轴，并各有 调节机构，使试样中心与相机中心轴线一致而 且绕其中心旋转时，没有任何偏斜。入射线经 光阑射至试样处，穿透试样后的入射线进入后 光阑，经过一层黑纸及荧光屏后被铅玻璃所吸 收。
6.2 X射线衍射仪
• 衍射仪法的优点:
– 如速度快 – 强度相对精确 – 信息量大 – 精度高 – 分析简便 – 试样制备简便等等。
6.2.1 衍射仪的构造及几何光学
– 衍射仪对衍射线强度的测量是利用电子计数器 （计数管）（electronic counter）直接测定的。
– 计数器的种类有很多，但是其原理都是将进入 计数器的衍射线变换成电流或电脉冲，这种变 换电路可以记录单位时间里的电流脉冲数，脉 冲数与X射线的强度成正比，于是可以较精确地 测定衍射线的强度。
– （2）X射线源：
• X射线源是由X射线管的靶T上的线状焦点S发出 的，S也垂直于纸面，位于以O为中心的圆周上， 与O轴平行；
样品台H X射线源 光路布置 测角仪圆 测角仪台面 测量动作
– （3）光路布置：
• 发散的X射线由S发出，投射到试样 上，衍射线中可以收敛的部分在光 阑F处形成焦点，然后进入计数管G。
• 如摄照时间长，往往需要10－20小时； • 衍射线强度靠照片的黑度来估计，准确度不
高；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
粉末衍射法的历史发展
– 首先是有劳埃相机 – 再有了德拜相机 – 在此基础上发展了衍射仪。 – 衍射仪的思想最早是由布拉格（W.L.
Bragg）提出的，原始叫 X射线分光计 （X-ray spectrometer）。
• A和B是为获得平行的入射线和衍射 线而特制的狭缝，实质上是只让处 于平行方向的X线通过，将其余的 遮挡住。
– 光学布置上要求S、G（实际是F）位于同 一圆周上，这个圆周叫测角仪圆。
– 若使用滤波片，则要放置在衍射光路而 不是入射线光路中，这是为了一方面限 制Kβ线强度，另一方面也可以减少由试样 散射出来的背底强度。
– 2）倒装法：
• （2π－4θ）R＝S（θ单位为rad）。
– 3）不对称法：
• 2θ／π＝S／2W
– 4) 45o对接法
• θ／θK＝S／SK
• 德拜一谢勒法的优点:
– 所需样品极少, 在试样非常少的时候在 1mg左右时 也可以进行分析
– 设备简单，价格便宜 – 由试样发出的所有衍射线条，除很小一部分外，
– 2.辐射探测仪－－解决记录和分析衍射线能 量问题。
• 这里我们重点介绍X射线测角仪的基本 构造。
• 1.测角仪的构造
– 测角仪是衍射仪的核心部件，相当于粉末 法中的相机。
– （1）样品台H：
• 位于测角仪中心，可以绕O轴旋转力轴与台面垂 直，平板状试样C放置于样品台上，要与O轴重 合，误差≤0.1mm；
时应小于 0.5mm – 粉末最好能全部通过325目的筛孔。
• 由粉末制成细圆柱试样常有以下几种方 法：
– a.在很细的玻璃丝上涂以一层薄胶水或其他 有机粘结剂，然后在粉末中滚动，得到所 要求的试样;
– b.将粉末填充于硼酸玻璃、醋酸纤维制成的 细管中；
– c.直接利用金属丝作试样，因有择优取向， 所得衍射线条往往是不连续的。
– 常用德拜相机直径（指内径）为57.3mm， 114.6mm，190mm等。
– 用57.3及114.6直径相机的优点是底片上 每1mm的距离分别相当于2°或1°的圆心角， 对于解释衍射花样时甚为方便。
S＝R·4θ （θ用rad 表示）
– R是照相机半径
– S是一对相应衍射弧线的间距PP’（或QQ’）， 则S＝R·4θ（θ用rad表示），S＝4Rθ／57.3 （θ用°表示）