材料分析方法(自总结)

第一章

1 X射线波谱

连续X射线谱：强度随波长连续变化的谱线称为连续X射线谱。

连续X射线谱实验规律（21iZUKI，eUhcSWL，ZUK1）：

（1） 当提高管电压时，各波长X射线的强度都升高，短波限和强度最大值对应的波长减小。

（2） 当保持管电压一定，提高管电流，胳膊长X射线的强度一致提高，但短波限和强度最大值对应波长不变。

（3） 在相同的管电压和管电流下，阳极靶材原子序数Z越高，连续谱强度越大，但短波限和强度最大值对应波长不变。

连续谱形成：大量电子多次碰撞靶材消耗能量，每碰撞一次产生一个光量子，且能量均小于短波限，产生了连续的不同波长的辐射，构成连续谱。

特征X射线谱：在连续谱某些特定波长位置出现一系列强度很高、波长范围很窄的线状光谱，其波长是阳极靶材的特征，称为特征谱。

莫塞来定律：)(12ZK，原子序数越大，对应于同一系的特征谱波长越短。

特征X射线形成（K）：电子冲击阳极靶使K层上电子变成自由电子，K层出现空位，原子处于K激发态，若L层电子跃迁到K层，原子转变为L激发态，并辐射出X射线光量子，此即为特征X射线。

为了使连特/II尽可能高，管电压k5)U～(3U。

2 X射线透射系数和吸收系数

0II为透射系数；

lu为线吸收系数，X射线通过单位厚度物质的相对衰减量；

mu为质量吸收系数，X射线通过单位面积上单位质量物质后强度的相对衰减量。

质量吸收系数334ZKm，原子序数越大，对X射线吸收能力越强；对一定的吸收体（Z），X射线波长越短，穿透能力越强。

吸收限：随波长的降低，m非连续变化，而是在某些波长位置突然升高，对应的波长即为吸收限。

吸收谱：带有特征吸收限的吸收系数曲线。 mutumlIIee03吸收系数突变现象解释

光电效应：原子被入射辐射店里的现象。

当入射光量子能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子结合能，此光量子被电子吸收，溢出内层成为自由电子，即光电子，此效应消耗大量入射能量，表现为吸收系数突增。（即吸收限是由于入射光量子使内层电子电离消耗大量能量而导致吸收系数突增产生。）

4 X射线吸收谱和特征谱关系：是特征谱）和是吸收谱，（＜＜KKKKKK

5荧光辐射：由入射X射线所激发出来的特征X射线称为荧光辐射。

俄歇效应：原子中一个K层电子被入射光量子电离后，L层一个电子跃迁至K层补位，多余的能量不以辐射X量子释放，而是使L层另一个电子电离，这样的一个K层空位被两个L层空位代替的过程称为俄歇效应，跃出的L层电子称为俄歇电子。（其能量也是吸收体元素的特征）

荧光效应用于重元素（Z＞20）成分分析，俄歇效应用于表层轻元素分析。

6元素吸收谱的应用

（1）选择滤波片：波长在吸收限左近邻是被滤波片大量吸收的射线，波长在吸收限右近邻是被很少量吸收的射线。故滤波片选择原则是：滤波片吸收限小于被大量吸收射线的波长，大于被很少量吸收射线的波长，如KKK＜＜。一般滤波片元素原子序数比靶元素原子序数小1～2。

（2）选择靶材：“左远离右靠近”原则。即靶材的特征X射线波长应位于试样吸收限右近邻或左而远离的低m处。

7相干散射：电子辐射出与原X射线波长相同的辐射。（可以发生衍射，用于形成衍射花样）

不相干散射：电子辐射出波长比原X射线波长长的辐射。（不可以发生衍射，作为背底）

电子散射因数

原子散射因数：一个原子中所有电子相干散射波的合成振幅与一个电子相干散射波的振幅之比。

物理意义：反映了原子将X射线向某一个方向散射时的散射效率。

元素原子序数越大，原子散射因数越大。

衍射：电子散射线干涉的总结果称为衍射。

第二章

8布拉格方程应用

结构分析：已知波长的X射线照射位置结构晶体，由测出的衍射角可求得晶面间距d。

X射线光谱学：用已知面间距晶体来反射待测样品发射出来的X射线，由测出的衍射角可求得X射线波长。

电子探针：由待测样品发射出的X射线波长可确定试样的组成元素。（莫塞来定律）

9爱瓦尔德图解法：被照晶体对应其倒易点阵，入射线对应反射球，反射球面通过倒易原点，凡倒易点落在反射球面上的干涉面均可能发生衍射。

10单晶体衍射花样：规则排列的衍射斑点。

多晶体衍射花样：同心圆形衍射环。

11 X射线衍射方法：劳埃法、周转晶体法、粉末法。

粉末法：试样可以为粉末状和块状。 第三章

12结构振幅：一个单胞的相干散射波振幅与一个电子的相干散射波振幅的比值。反映单胞的散射能力。

结构因数：结构振幅的模平方。

21212])(2sin[])(2cos[njjjjjnjjjjjHKLLZKYHXfLZKYHXfF表征了单胞的衍射强度，反映了单胞中原子种类（jf）、原子数目（n）及原子位置（X,Y,Z）对（HKL）晶面衍射强度的影响。与晶胞形状大小无关。

13几种点阵消光规律

同类原子组成的点阵：

（1） 简单点阵：结构因数与HKL无关，任意整数的HKL均能产生衍射。

（2） 体心点阵：

① H+K+L=奇数时，该种晶面的散射强度为0，不能出现眼射线。

② H+K+L=偶数时，可产生衍射。

（3） 面心点阵：

① 当H、K、L为奇偶混杂时不能产生衍射；

② 当H、K、L全奇或全偶时，可以产生衍射。

由于结构因数与晶胞形状和大小无关，故不论是立方晶系、正方晶系、斜方晶系，消光规律都相同。

异类原子组成的点阵：

原子序数相差很大的异类原子以原子序数大的原子组成的同类原子点阵对待；

原子序数相差很小的异类原子全部以同类原子对待。

14洛伦兹因数：衍射的几何条件对衍射强度的影响。

包括三个方面：

（1） 衍射的积分强度：与 成正比。

（2） 参与衍射的晶粒分数：与 成正比。

（3） 单位弧长衍射积分强度：与 成反比。

洛伦兹因数=

，角因数=

。

15多重性因数：某种晶面的等同晶面数。与晶体对称性（即晶系）及晶面指数有关。

吸收因数：试样本身对X射线有吸收。对于圆柱试样，θ越大，吸收越小（背射方向吸收小）；对于平板试样，吸收因数与θ无关，与 成反比。

温度因数：温度引起晶体中原子（或离子）振幅增大而导致衍射强度减弱。原子热振动减弱布拉格方向上的衍射强度，却增加了非布拉格方向上的散射强度，会使衍射花样背底加重，且θ越大越严重。

16影响晶体相对衍射强度的因数

结构因数

（物理意义：反映晶体结构对衍射强度的影响。）

洛伦兹因数和偏振因数（合称角因数）

（物理意义：反映衍射几何条件对衍射强度的影响。）

多重性因数 （物理意义：反映等同晶面个数对晶体衍射强度的影响。）

吸收因数

（物理意义：反映试样吸收系数对衍射强度的影响。）

温度因数

（物理意义：反映温度变化对晶体衍射强度的影响。）

17粉末法有照相法、衍射仪法等，德拜法是照相法的一种。

第四章

18德拜法底片安装

正装法，一般物相分析；

反装法，底片收缩误差小，用于点阵参数测定；

偏装法，除反装法优点外可测量相机真实周长，消除了由于底片收缩或相机名义半径不准确引起的误差。

19德拜法误差及修正

（1）试样吸收误差： 外缘 为试样半径

（2）底片收缩误差：

， 为底片有效周长。

20 X射线衍射仪

组成：X射线发生器、测角仪、辐射探测器、记录单元或自动控制单元。

21计数率计：把从脉冲高度分析器传来的脉冲信号转变为与单位时间脉冲数成正比的直流电压值输出。

核心部分是RC积分电路。电路时间常数越大，计数率计对衍射强度的变化越不敏感，表现为衍射花样越显平滑整齐，但滞后也越严重；时间常数过小，由于欺负波动太大将给弱峰的识别造成困难。

22衍射强度的测量

连续扫描：用于全谱测量。由于计数器与计数率计相连，因此测量精度受扫描速度和时间常数的影响。

步进扫描：用于精确测定衍射峰的数据。不使用计数率计，没有滞后效应，故测量精度高。测量精度受步进宽度和步进时间的影响。

第五章

23物相定性分析

原理：每种结晶物质有其特定的结构参数，包括点阵类型、单胞大小、单胞中原子数目及其位置，这些参数在X射线花样中均有反映。而某种物质的多晶体衍射线条的数目、位置及强度，是该种物质的特征，因而可以成为鉴别物相的标志。

定性分析过程：

（1） 从前反射区中选取强度最大的三个衍射线，并使其d值按强度递减的次序排列，又将其余线条之值按强度递减顺序列于三强线之后。

（2） 从Hanawalt索引中找到对应的 组。

（3） 按次强线的面间距 找到接近的几行。

（4） 检查这几行数据其 是否与实验值很接近。得到肯定之后再依次查对第三强线、第四强线直至第八强线，并从中找到最可能的物相及其卡片。

（5） 从档案中抽取卡片，实验所得d及 与卡片上的数据详细对照，如果对应的很好，物相鉴定完成。

如果待测样数列中第三个d值在索引各行均找不到对应，说明该衍射花样的最强线与次强线不属于同一物相，必须从待测样中选取下一根作为次强线，并重复（3）～（5）检查程序。

24物相定量分析

原理：各相的衍射线的强度随该相含量的增加而提高，但由于各物相对X射线的吸收不同，使“强度”并不正比与“含量”，需加以修正。

25定性分析方法

（1） 单线条法：通过测量混合样品中欲测相某根衍射线的强度并与其纯相相同一线条强度对比，即可定出欲测相在样品中的相对含量。

（2） 内标法：配制一系列样品，其中包含不同质量分数的待测相和恒定质量分数的标准相，每个样品均测定待测相与标准相的最强线强度，作出 待测相 标准相 待测相关系曲线。应用时，往待测样中加入同样质量分数的标准相并测定 待测相 标准相，查定标曲线即可确定待测相含量。

K 是与标准相的含量有关的参数。

（3） K值法：

先配制等质量的A相和S相混合样，此时

，故 。应用时，往待测样中加入已知量的S相，从复合样图中测量 和 ，即可求得

参比强度法：以 为通用参比物质，通过PDF卡片查得待测样的 。应用时往待测样中加入已知量的S相，从复合样图中测量 和 ，即可求得 。

当待测样只有两相时，不用加入参比物质可直接计算。因为此时往待测样中加入已知量的S相，从复合样图中测量 和 ，即可求得

，其中

26点阵参数的精确测定

误差来源：照相法的误差或衍射仪法的误差、取高角误差小。

θ的精确测定方式：步进扫描法测获得衍射图样，用抛物线拟合法得到衍射峰图样，得到2θ值。

点阵参数测量方法：

（1） 外推法

曲线外延法（ 曲线），存在主观因素； 曲线，要求苛刻（θ＞60°，且至少一条θ＞80°）； 曲线，θ适用范围广。

（2） 最小二乘法

（3） ， ，

为测得的点阵参数总和， 为 的个数，即实验个数， 为 的总和，计算出公式总的 即为