高等分析化学.X射线分析
X射线荧光光谱分析原理
X射线荧光光谱分析原理X射线荧光光谱（X-ray fluorescence XRF）分析是一种广泛应用于材料表面元素成分分析的技术。
它通过激发样品表面的原子核、内壳轨道电子和自由价电子，使其发射特定的X射线，从而获得样品的元素组成信息。
X射线荧光光谱分析原理主要包括激发、发射、检测和数据处理四个方面。
首先，激发是X射线荧光光谱分析的第一步。
常用的激发方法有光电激发和电子束激发两种。
其中，光电激发是通过辐射X射线的方式激发样品表面的原子核和电子。
电子束激发则是通过加热样品并瞄准电子束激发样品表面原子核和电子。
激发过程中，激发源所辐射的X射线就是被测元素在K、L、M壳层上的电子跃迁所产生的。
其次，发射是X射线荧光光谱分析的第二步。
当激发源作用于样品表面时，样品中的原子核和电子会被激发到高能级，然后通过跃迁回到基态，释放出能量。
这些能量以光子的形式发射出来，即X射线。
样品中每个元素的具体发射X射线的特性主要由其原子结构和电子能级决定。
第三，检测是X射线荧光光谱分析的第三步。
发射的X射线需要被检测器接收并转化为电信号，然后通过电子学系统将信号放大并易于测量和分析。
常见的检测器有气体比例计数器、固体闪烁体和半导体探测器等。
这些检测器对X射线的能量和强度具有不同的响应特性，可以根据分析的任务需求选择适合的检测器。
最后，数据处理是X射线荧光光谱分析的最后一步。
将接收到的电信号经过放大和处理后，可以得到关于激发源出射X射线的能量、强度和时间等信息。
通过比对已知元素的特征X射线能谱，可以确定样品中存在的元素种类和含量，从而实现对样品成分的分析。
总结来说，X射线荧光光谱分析通过激发样品，使其发射特定的X射线，并通过相应的检测器接收和转化为电信号进行分析。
通过该原理，可以快速、准确地分析材料表面的元素成分，广泛应用于材料科学、环境监测、地质矿产等领域。
化学材料的微观结构分析
化学材料的微观结构分析化学材料的微观结构分析是化学科学中的重要部分，可以帮助我们深入了解材料的组成和性能。
微观结构指的是材料的原子、分子或离子在空间中的排列和组织方式，而微观结构分析则是通过一系列实验方法和技术手段来确定材料的微观结构。
本文将探讨常见的几种微观结构分析方法。
一、X射线衍射（XRD）分析X射线衍射是一种非常常见的微观结构分析方法。
它是利用材料对入射X射线的散射进行定性和定量分析的技术。
通过测量X射线衍射的强度和角度，可以得到材料的晶体结构和晶格参数。
XRD可以用于研究各类晶体材料，如金属、无机盐类、无机氧化物、无机酸等。
二、透射电子显微镜（TEM）观察透射电子显微镜是一种非常重要的材料微观结构分析技术。
它可以通过透射电子束来观察材料的微观结构，并进行成分分析和晶体学性质测量。
TEM可以观察到极高分辨率的材料结构，对观察样品的厚度也有很高的要求。
透射电子显微镜广泛应用于研究纳米材料、金属材料、半导体材料等。
三、扫描电子显微镜（SEM）表征扫描电子显微镜是一种利用材料表面反射的高能电子束来观察材料表面形貌和微观结构的技术。
SEM可以提供材料表面的高分辨率图片，并通过能谱分析确定材料的化学元素。
SEM广泛用于材料的表面形貌观察、颗粒分析和衍射图像分析。
四、红外光谱（IR）分析红外光谱是一种通过材料对特定波长的红外辐射吸收和散射来确定其分子结构和化学键的分析方法。
红外光谱可以提供关于材料中特定基团的信息，如官能团、化学键和分子等。
它广泛应用于有机物的结构表征和化学反应的研究。
五、核磁共振（NMR）分析核磁共振是一种基于原子核在外加磁场下的磁共振行为进行分析的技术，用于确定材料中不同核素的相对结构和相对数量。
核磁共振可以提供关于化学物质的分子间相互作用、分子动力学和化学键的信息。
它广泛应用于有机化合物和生物分子的结构分析。
六、质谱（MS）分析质谱是一种通过对材料中原子或分子的质量进行测定和分离来进行结构分析的技术。
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x射线荧光分析范文X射线荧光分析（X-ray fluorescence analysis, XRF）是一种用于元素组成分析的非破坏性光谱分析技术。
它通过测量材料受激发的X射线的能量和强度来确定样品中的元素含量和相对比例，从而研究材料性质和组成。
X射线荧光分析的基本原理是当X射线照射物质时，物质中的原子会受到激发，并发射出特征的X射线能谱。
这些特征X射线与特定元素的化学组成和结构有关，因此可以用来识别和定量分析样品中的元素。
X射线荧光分析的装置通常包括：X射线源、样品台、能谱仪和数据处理系统。
X射线源产生高能量的X射线，照射在样品上。
样品台用于放置待分析样品，使其与X射线充分接触。
能谱仪用于测量样品发射的X射线能谱，通常采用固态探测器（如硅、锗等）来转换X射线信号为电信号。
数据处理系统用于记录、分析和处理X射线能谱的数据。
X射线荧光分析的优点在于非破坏性、快速、准确和全面。
它可以同时分析样品中几十个元素，并且没有化学反应过程，不会破坏样品结构或化学性质。
同时，它也具有高灵敏度和良好的定量能力，可以达到ppm（百万分之一）的级别。
因此，X射线荧光分析广泛应用于材料科学、地质学、环境科学、考古学、生物医药等领域的元素组成分析和研究中。
X射线荧光分析的应用可以分为定性分析和定量分析两个方面。
在定性分析中，X射线荧光分析可以通过分析样品发射的特征X射线能谱来确定样品中的元素种类和相对比例。
每个元素都有特定的能谱特征，包括特征峰的位置和强度。
通过对比样品的能谱与标准能谱库中的参考谱，可以快速准确地确定元素的存在和含量。
在定量分析中，X射线荧光分析可以通过测量特征X射线峰的强度来定量样品中的元素含量。
由于不同元素的发射峰重叠现象很常见，所以在定量分析中需要进行校正处理。
这可以通过使用内标元素或外标法来实现。
内标元素是样品中已知含量的参考元素，它的发射峰在其他元素的峰之间，可以作为校正峰使用。
外标法是用含有已知浓度的标准溶液来制备标准曲线，通过测量样品能谱中校正峰和待测元素峰的强度比值来计算待测元素的含量。
x射线在化学中的应用
X射线在化学中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：
1. 晶体结构分析：X射线衍射技术是研究晶体结构的重要手段。
通过测量晶体对X射线的衍射强度和方向，可以得到晶体的结构参数，如原子间的距离、角度等。
这对于理解物质的性质和行为具有重要意义。
2. 元素分析：X射线荧光光谱法是一种常用的元素分析方法。
当物质受到X射线照射时，其内部的原子会被激发并发出特征性的X射线荧光。
通过测量这些荧光的波长和强度，可以确定物质中的元素种类和含量。
3. 分子结构分析：X射线衍射技术也可以用于研究分子的结构。
通过测量分子对X射线的衍射强度和方向，可以得到分子的结构参数，如键长、键角等。
这对于理解分子的性质和行为具有重要意义。
4. 表面分析：X射线光电子能谱（XPS）是一种常用的表面分析方法。
通过测量材料表面对X射线的光电效应，可以得到表面元素的化学状态和浓度分布。
这对于理解材料的表面性质和行为具有重要意义。
5.化学反应动力学：X射线小角散射技术可以用于研究化学反应的动力学过程。
通过测量反应过程中粒子的大小和形状的变化，可以得到反应速率常数和反应机理等信息。
综上所述，X射线在化学中有着广泛的应用，主要包括晶体结构分析、元素分析、分子结构分析、表面分析、化学反应动力学。
X射线荧光光谱分析实验
X射线荧光光谱分析实验一、实验原理：X射线荧光光谱分析是一种非破坏性测试方法，它通过X射线的能量转移到样品中的原子上，使得样品中的原子激发产生X射线荧光。
这些荧光射线的能量与样品中元素的种类和数量有关，通过测量这些荧光射线的能谱图，可以确定样品中的元素组成和含量。
二、实验步骤：1.准备样品：将待测样品制备成均匀、光滑的表面，并确保其表面不含杂质和氧化层；2.调试仪器：先将仪器开机预热，待稳定后，调整仪器的工作参数，如加速电压和电流等；3.校正仪器：选择已知元素的标准样品作为参照，进行仪器的校正工作，确保仪器的准确性和稳定性；4.测量样品：将待测样品放入样品台中，调整仪器的工作参数，如扫描速度和扫描范围等，开始测量；5.数据处理：通过仪器软件对测量得到的能量谱图进行处理和分析，提取出所需的信息，如元素的种类和含量等。
三、结果分析：实验测得的能量谱图是实验结果的主要表现形式，通过对能量谱图的分析，可以得到样品中元素的种类和含量。
在分析图谱时，需要考虑以下几个方面：1.荧光峰的识别：根据已知元素的特征能量，识别出荧光峰的位置和强度；2.荧光峰的参比：选取其中一特定元素的荧光峰作为参比峰，根据参比峰的强度与其他峰的比值，可以计算出其他元素的含量；3.元素含量的计算：通过参比峰的比值来计算其他元素的含量，可以采用标准曲线法或者基体效应法等方法。
四、应用：1.金属材料分析：可以对金属材料中的各种元素进行定性和定量分析，用于确定材料组成和质量检测；2.环境监测：可以对土壤、水质等样品中的有害元素进行检测和分析，用于环境监测和污染源溯源；3.矿石矿物分析：可以对矿石和矿物中的元素进行分析，用于找矿和资源评价；4.文物鉴定：可以对文物中的元素进行分析，用于文物的鉴定和分类。
总结：X射线荧光光谱分析是一种常用的物质分析方法，它可以通过测量样品中的荧光射线能谱，确定样品中元素的种类和含量。
该方法具有非破坏性、准确性高等特点，并且在材料科学、环境监测、地质矿产、电子器件、生物医药等领域有广泛的应用。
x射线荧光分析原理
x射线荧光分析原理
X射线荧光分析原理是一种无损分析技术，通过样品中的元素发射的特征X射线进行分析。
该技术基于原子的特性，当样
品受到X射线照射后，其内部原子会受到激发，然后返回稳
定状态时会发出特定的能量X射线。
X射线荧光分析仪器主要由X射线源、样品台和能谱仪组成。
首先，X射线管产生高能的X射线，这些X射线经过准直器
照射到样品上。
样品吸收了一部分X射线，并将其中的一部
分能量转化为内部原子的电磁能量。
被激发的原子将返回基态时，会发出特定能量的荧光X射线。
这些荧光X射线由能谱仪探测到，并进行能量分析。
能谱仪
可以根据不同能量的X射线，将其转化为电信号，并生成能
谱图。
根据荧光X射线的特征能量，可以确定样品中存在的元素以
及其相对含量。
每个元素都有自己独特的能量谱线，因此可以通过比较荧光X射线的能谱图与标准库中的谱线进行定性和
定量分析。
X射线荧光分析具有灵敏度高、分析速度快、多元素同时分析的特点。
它被广泛应用于材料分析、环境监测、地质矿产勘探等领域。
由于其非破坏性和准确性，X射线荧光分析成为一种重要的分析技术。
第06章 X射线分析法
分光晶体与检测器 同步转动进行扫描。
（1）X射线管(光源) 分析重元素：钨靶 分析轻元素：铬靶 靶材的原子序数越大， X光管压越高，连续谱强度 越大。
（2）晶体分光器 晶体色散作用； =2dsinθ 晶体色散作用； λ=2dsinθ 平面晶体分光器 弯面晶体分光器
（3）检测器 正比计数器(充气型)： 工作气 Ar；抑制气 甲烷 利用X射线使气体电离的作 用，辐射能转化电能； 闪烁计数器： 瞬间发光—光电倍增管； 半导体计数器：下图
2.X射线的散射
X射线的强度衰减：吸收+散射； X射线的λ ↑； Z ↑，越易吸收，吸收 散射；吸收为主； 射线的 ； 散射； ，越易吸收，吸收>>散射 吸收为主；
λ ↓， Z↓；穿透力越强；对轻元素N,C,O，散射为主； ， ；穿透力越强；
(1)相干散射(Rayleigh散射，弹性散射) X射线 碰撞 新振动波源群 相干散射
6-1-1 概述
X-射线：波长0.001～50nm； X-射线的能量与原子轨道能级差的数量级相同；
X-射线光谱 X-射线吸收光谱 X-射线荧光分析 X-射线衍射分析
6-1-2 X射线与X射线光谱
1. 初级X射线的产生
X-射线：波长0.001～50nm的电磁波； 0.01～24 nm ； (超铀K系谱线) ～ (锂K系谱线) 高速电子撞击阳极(Cu、Cr等重金属)：热能(99%)+X射线(1%) 高速电子撞击 使阳极元素的内层 电子激发；产生X 射线辐射；
E 较小、λ 较长的X射线 →碰撞(原子中束缚较紧、Z较大 电子)→新振动波源群（原子中的电子）；与X射线的周期、 频率相同，方向不同。 实验可观察到该现象；测量晶体结构的物理基础；
• 当入射X光按一定方向射入晶体,与晶体 中电子发生作用后,再向各个方向发射X 射线的现象,称为散射.
x射线荧光分析的原理及应用
X射线荧光分析的原理及应用1.引言X射线荧光分析是一种十分重要的分析技术，它通过测量样品中产生的特征X射线的能量和强度，来确定样品中元素的类型和含量。
本文将介绍X射线荧光分析的基本原理和其在科学研究和工业应用中的重要性。
2.原理X射线荧光分析的基本原理由以下几个方面组成：2.1 X射线激发X射线荧光分析是通过激发样品产生的特征X射线来进行元素分析的。
当样品受到高能X射线束的照射时，其中的原子会吸收X射线的能量并获得激发态。
当原子回到基态时，会放出特征X射线。
2.2 X射线的能量和强度不同元素的特征X射线具有不同的能量，这个能量与元素的原子结构有关。
X射线荧光分析仪器可以测量特征X射线的能量和强度，通过对这些数据的分析，就可以确定样品中元素的种类和含量。
2.3 能量谱分析X射线荧光分析仪器通常会将样品中产生的特征X射线转化为能量谱图。
能量谱图展示了不同能量X射线的强度分布情况，通过比对已知标准样品的能量谱图，可以确定未知样品中的元素。
2.4 标准曲线法为了定量分析样品中各个元素的含量，常使用标准曲线法。
这种方法需要事先制备一系列含有已知浓度的标准样品，并测量它们的X射线能量和强度。
通过绘制标准曲线，再测量未知样品的能量和强度，就能得到该样品中元素浓度的定量结果。
3.应用X射线荧光分析在许多领域有着广泛的应用。
3.1 原材料分析X射线荧光分析可以用于原材料的成分分析和质量控制。
例如，在矿石矿物分析中，通过测量矿石中特定元素的含量，可以确定矿石的品质和适用性。
3.2 地质学研究地质学研究中，X射线荧光分析被广泛应用于岩石和土壤样品中元素的定量分析。
这些数据不仅可以帮助研究者了解地质构造和地质演化，还在勘探矿产资源和环境地球化学研究中具有重要作用。
3.3 金属材料分析X射线荧光分析可以用于金属材料的检测和分析。
例如，在不锈钢和合金材料中，可以通过测量特定元素（如铬、镍、钼等）的含量，来评估材料的质量和性能。
数据分析：X射线光电子能谱在化学分析中的应用
数据分析：X射线光电子能谱在化学分析中的应用
X射线光电子能谱（XPS）是一种先进的化学分析技术，它利用X射线辐射样品，使得样品的原子或分子的内层电子或者价电子受到激发而成为光电子，通过测量光电子的信号来表征样品表面的化学组成、元素的结合能以及价态。
XPS技术在化学分析中有着广泛的应用。
首先，它能够对固体样品的元素成分进行定性、定量或半定量及价态分析，这得益于其高灵敏超微量的表面分析技术。
这种技术对所有元素的灵敏度具有相同的数量级，能够观测化学位移。
其次，XPS还可以应用于元素分析、多相研究、化合物结构分析、元素价态分析等领域。
在具体的研究中，XPS可以提供如下信息：
1. 元素的种类和浓度：通过测量光电子的能量和数量，可以确定样品中存在哪些元素，并推算出各元素的浓度。
2. 元素的化学状态：元素的化学状态对其光电子的能量有明显的影响，因此，通过测量光电子的能量，可以推断出元素的化学状态。
3. 化学键的结构：不同的化学键会影响光电子的能量，因此，通过测量光电子的能量，可以推断出化学键的结构。
4. 表面层的厚度：通过测量光电子的数量和能量，可以推断出表面
层的厚度。
5. 表面层的组成：通过测量不同元素的光电子的数量和能量，可以推断出表面层的组成。
总的来说，X射线光电子能谱在化学分析中能够提供丰富的信息，对于理解样品的化学性质和结构有着重要的作用。
X射线荧光光谱分析剖析
X射线荧光光谱分析剖析X射线荧光光谱分析（X-ray fluorescence spectroscopy，XRF）是一种常用的元素分析技术，主要用于研究样品中的化学成分。
通过测量样品中X射线产生的荧光辐射能量和强度，可以确定样品中的元素种类和含量。
X射线荧光光谱分析的原理基于元素吸收和放射的特性。
当X射线通过样品时，会与样品中的原子相互作用，使原子内部的核层电子被激发到高能级。
在电子返回基态时，会放出X射线。
这些放出的X射线称为荧光辐射。
不同元素的荧光辐射能量和强度是唯一的，因此可以根据这些特征来确定元素的种类和含量。
X射线荧光光谱仪是X射线荧光光谱分析的关键设备。
该仪器由X射线源、样品支持台、X射线荧光探测器和数据处理设备等组成。
X射线源通常是一个X射线管，产生高能X射线。
样品支持台用于固定和定位样品，确保X射线能够准确地照射样品。
X射线荧光探测器用于测量荧光辐射的能量和强度。
常用的探测器有气体比例计和固体探测器。
数据处理设备用于接收和分析探测器输出数据，得到样品中元素的种类和含量。
X射线荧光光谱分析具有多种优点。
首先，它是一种非破坏性的分析方法，不需要样品进行预处理或破坏性的取样。
这使得样品可以得到保持完整性的分析，适用于对不可逆样品的分析。
其次，X射线荧光光谱分析可同时测定多个元素。
一次测量过程中，可以得到样品中多个元素的含量信息，提高了分析的效率。
此外，X射线荧光光谱分析具有较高的灵敏度和精确度，能够达到百万分之几甚至更高的检测限。
然而，X射线荧光光谱分析也存在一些限制。
首先，它只能检测样品表面的元素。
因为X射线的穿透能力有限，只能测量样品表面几微米范围内的元素含量。
其次，不同元素的荧光辐射能量和强度有一定的重叠，可能导致分析结果的干扰和误判。
为了解决这个问题，需要进行适当的仪器校准和数据处理。
最后，X射线荧光光谱分析的仪器设备较为昂贵，并且需要专业技术人员来操作和维护。
X射线荧光光谱分析在许多领域中得到广泛应用。
X射线荧光光谱分析法
X射线荧光光谱分析法X射线荧光光谱分析法（X-ray fluorescence spectroscopy，简称XRF）是一种利用样品被X射线辐照后发出的荧光光谱进行化学元素定性和定量分析的方法。
它是一种非破坏性的分析技术，适用于固体、液体和气体样品。
X射线荧光光谱分析法基于X射线与物质相互作用的原理。
当样品受到X射线辐照后，其内部的原子会吸收部分X射线能量，随后再以荧光的形式发射出来。
这些发出的荧光光谱可以通过光谱仪进行检测和分析。
不同元素的荧光光谱特征不同，因此可以根据光谱特征来确定样品中的元素成分。
在X射线荧光光谱分析法中，首先需要制备样品，将其制备成均匀的固体、液体或气体形态。
为了提高分析的精确度，还可以选择加入一定的荧光剂，以增加荧光光谱的信号强度。
接下来，样品将被放置于X射线辐照源下，如X射线管，发射出的X 射线将通过样品，并激发样品中的原子产生荧光。
这些荧光将被荧光仪器所记录下来，并转换成一个荧光光谱。
荧光光谱中的特征峰可以通过对样品中各元素的荧光峰进行定性和定量分析。
对于定性分析，可以通过比对荧光峰的位置和强度与已知标准峰进行比较来确定样品中的元素成分。
对于定量分析，可以通过测量荧光峰的强度，并使用已知浓度的标准样品制备的校准曲线进行计算。
X射线荧光光谱分析法具有许多优点。
首先，它是一种非破坏性的分析方法，不需要对样品进行破坏性的处理，可以重复使用。
其次，它具有高分析速度和较高的灵敏度，可以在较短的时间内分析大量的样品，并且可以检测到低至ppm级别的元素含量。
此外，X射线荧光光谱分析法还具有广泛的适用性，可以用于各种类型的样品，包括金属、岩石、矿石、玻璃、陶瓷、塑料等。
尽管X射线荧光光谱分析法具有上述的优点，但也存在一些局限性。
首先，X射线荧光光谱分析法对于一些轻元素，如氢、碳、氮等，不敏感。
其次，由于X射线荧光光谱分析法使用的是非单一元素的基线和互作用效应，因而分析结果可能受到谱线重叠和基线的干扰。
[化学]第五讲 X射线物相分析及其应用
![[化学]第五讲 X射线物相分析及其应用](https://img.taocdn.com/s3/m/a6a026beb307e87100f69678.png)
18
线号 1
待测试样衍射数据 Si(8F)27-1402
d×10-1nm I/I1 d×10-1nm I/I1
3.244
66
TiO2(金红石)21-1276 d×10-1nm I/I1
3.250
100
2
3.130
100
3.135 100
3
2.483
2
822
17 hours Spinel type.
0.9747
6
751
6
第1部分
第2部分 第3部分 第4部分 第5部分 第6部分
第7部分 第8部分
第9部分 第7 10部分
1a,1b,1c为三根最强衍射线的晶面间，1d为试样的最大 面间距；
2a,2b,2c，2d为上述四根衍射线条的相对强度； 所用实验条件
复杂物相（多相混合物）的手工定性分析是十分冗长繁琐 的工作，而且随着材料学的发展，新材料日新月异，对定 性分析提出了更高的要求。20世纪60年代中期以后，计算 机获得了应用，可在数分钟之内输出可能包含的物相，大 大提高了分析复杂物相的速度。
21
物相的定量分析
发展历史：
✓ 1948年，. 亚历山大提出了内标定量理论，奠定了X射线 定量分析的基础；
1.424
2
14
1.357
14
1.359
20
15
1.355
11
1.357
6
19
16
1.344
5
1.346
12
定性相分析方法
※ 在进行物相分析时应注意： d值是鉴定物相的主要依据，但是由于试样及测试条件与标准
高等结构分析第九章X射线多晶体衍射
空间群类型确定
03
通过分析衍射数据和晶胞参数，结合晶体学知识，确定晶体的
空间群类型。
原子位置、键长、键角等参数优化策略
原子位置优化
通过迭代计算，不断调整原子位 置，使得计算得到的衍射数据与 实验数据尽可能吻合。
键长、键角优化
在原子位置优化的基础上，进一 步调整键长和键角，以获得更加 准确的晶体结构模型。
02 多晶体衍射基本原理
晶体结构与空间点阵概念
晶体结构
晶体是由原子、离子或分子等质点按一定规律周期性排列构成的固体，其内部 质点排列具有三维空间周期性。
空间点阵
为了描述晶体的周期性结构，引入空间点阵概念。空间点阵是由一系列平行等 距的点组成的三维空间格子，每个点代表晶体中的一个结构基元。
布拉格方程及其物理意义
安全防护措施
辐射防护
实验过程中需佩戴辐射防护服、手套等个人防护用品，避免直接暴露于X射线辐射下。同时，实验室内应设置辐 射监测装置，确保辐射水平符合安全标准。
操作安全
实验过程中需严格遵守操作规程，避免发生触电、机械伤害等意外事故。此外，实验室内应配备相应的消防设施 和急救用品，以应对可能发生的紧急情况。
实验条件选择
样品应制备成薄片或粉末状，以便X射线能 够穿透并获得足够的衍射信息。
根据实验目的和样品特性选择合适的X射线 源、探测器、实验参数等。
数据处理与解析
安全防护
对实验获得的衍射数据进行处理，包括背 景扣除、平滑处理、峰位确定等，进而解 析出样品的晶体结构信息。
X射线对人体有一定的辐射危害，实验过程 中应采取必要的防护措施，如穿戴防护服、 佩戴剂量计等。
实际应用中注意事项
样品制备
在进行X射线多晶体衍射实 验前，需要对样品进行充分 的制备和处理，以获得高质 量的衍射数据。
化学元素分析2篇
化学元素分析2篇第一篇：X射线荧光光谱分析X射线荧光光谱分析是一种原子特征方法，可用于定量分析多种元素。
其主要原理是利用X射线束激发样品中的原子使之产生比激发能更高的荧光X射线。
这些荧光线由荧光屏捕获，形成一个荧光谱图。
谱图中包含的波长和强度可用于定量分析样品中的各种元素。
在进行X射线荧光光谱分析时，首先需准备样品。
样品应尽可能纯净且块状，以便制备均匀表面。
然后，将样品放置在X射线激发器下，该激发器会产生一束具有特定能量和波长的X射线。
样品被激发后，会产生荧光X射线，其能量和波长与原子的电子能级结构有关。
荧光X射线被荧光屏捕获，形成一个荧光谱图。
荧光谱图中包含的谱线与各种元素的能量级有关。
通过比较谱线位置和强度，可以确定样品中的元素种类和含量。
这种分析方法的优点是准确、灵敏和快速。
但是，X射线荧光光谱分析的缺点是需要专业技术，设备昂贵，需要高度纯净的样品和尽可能大的样品量。
此外，该方法不能区分同位素，不能进行非晶体样品的表征和需要消耗样品。
第二篇：原子发射光谱分析原子发射光谱分析是一种原子特征方法，可用于定量分析多种元素。
其主要原理是利用激发能量使原子从基态跃迁到激发态，并产生特定波长的光。
这些发射线由光谱仪捕获，形成一个发射光谱图。
谱图中包含的波长和强度可用于定量分析样品中的各种元素。
在进行原子发射光谱分析时，首先需准备样品。
样品应尽可能纯净且块状，以便制备均匀表面。
然后，在一个气体环境中对样品进行加热激发，产生某种元素的原子跃迁到高能级。
这些原子在跃迁回基态时，会放出特定波长的光线。
这些光线由光谱仪捕获，形成一个光谱图。
发射光谱图中包含的谱线与各种元素的能量级有关。
通过比较谱线位置和强度，可以确定样品中的元素种类和含量。
这种分析方法的优点是准确、灵敏和快速。
但是，原子发射光谱分析的缺点是需要专业技术，设备昂贵。
此外，该方法不能区分同位素和不能进行非晶体样品的表征。
因此，该方法在实际应用中需要综合考虑其特点。
高等分析化学X-Ray Diffraction
⑤ 素单位的取法不唯一
⑥ 结点直线：直线点阵
（iii）空间点阵：各点分布三维空间的点阵。
空间点阵要点
① 三个矢量可确定一个平行六面 体，整个空间点阵可以看成以
这个平行六面体为单位并置而
成的。 ② 结点可在棱、面、顶点、内部
A B O
③ 平行六面体的结点数目：素单
位，复单位 ④ 结点平面（点阵面）：通过任
90o , 120o
菱方：简单菱方
a b c,
90o
四方：简单四方 体心四方
a b c,
90o
立方：简单立方 体心立方 面心立方
a b c,
90o
（iii）晶面，晶面指数，面间距
C
意三个不在同一直线上的结点
的平面
⑤ 判断一组点是否为点阵，最简单有效的方法是连接其中任
意两点的矢量进行平移，只有能够复原才为点阵。
点阵格子：具有代表性的基本单元（最小平行六面体）
作为点阵的组成单元，称为点阵格子。将点阵格子作
三维的重复堆砌就构成了空间点阵。 选取用来代表空间点阵结构的平行六面体单位遵循的条件： a) 选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性； b) 平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；当平行六
2006年，科恩伯格被授予诺贝尔化学奖，以奖励他在“真核转录的分子基础”研究领域
作出的贡献（他将X射线衍射技术结合放射自显影技术开展研究）
第二节
晶体基本知识
1. 什么是晶体？
晶体：原子、离子或分子在空间呈有规则地周期性重复排列； 非晶体：原子、离子或分子无规则排列。
石英
玻璃
晶体的性质
均 匀 性： 晶体内部各个部分的宏观性质是相同的 各向异性： 晶体在不同的方向上具有不同的物理性质（
X射线光谱分析
3
基本原理
入射电磁波或物质波与样品原子作用，导致原子的总 能量升高处于激发状态。
激发态不稳定，原子较外层电子将跃迁入内层填补空 位，使总能量降低趋于稳定。
跃迁的始态和终态的能量差∆E为原子的特征能量，由 元素种类决定，并受原子所处环境的影响。 可以根据一系列的∆E确定样品中的原子种类和价键结 构。 样品发射的俄歇电子、光电子动能或X射线波长就由 ∆E决定。
18
光电子、荧光X射线及俄歇电子产生过程
19
光电子、荧光X射线及俄歇电子产生过程
20
X射线与物质的相互作用
除此之外，X射线穿透物质时还有热效应，产生 热能。 我们将光电效应，俄歇效应和热效应所消耗的那 部分入射X射线能量称为物质对X射线的真吸收。 可见，由于散射和真吸收过程的存在（主要是真 吸收），与物质作用后入射X射线的能量强度将 被衰减。 当吸收物质一定时，X射线的波长越长越容易被 吸收，吸收体的原子序数越高，X射线越容易被 吸收。
由莫塞莱定律可确定被测物质所含元素 。
29
根据Bragg定理：nλ = 2dsinθ 若d, θ已知，可计算出λ。波长不同的X射线将有不同的 衍射角。 由于sinθ的变化范围为0～1，因此λ只能小于2d。而不同 元素的特征X射线波长变化很大，需要配备面间距不同 的数块分光晶体。 LiF晶体， d = 4.028Å 测量λ= 0.89-3.5Å RAP晶体 d = 26.121Å 测量λ= 5.8-23Å
21
X射线与固体材料相互作用时产生的信号
22
5.4 X射线光谱分析
03 X射线光谱分析02
10
3.3.4 分析方法
定性分析： 利用X射线谱仪，先将样品发射的X射线展成X射线 谱，记录下样品所发射的特征谱线的波长，然后根 据X射线波长表，判断这些特征谱线是属于哪种元素 的哪根谱线，最后确定样品中含有什么元素． 定量分析 定量分析时，不仅要记录下样品发射的特征谱线的 波长，还要记录下它们的强度，然后将样品发射的 特征谱线强度(只需每种元素选一根谱线，一般选最 强的谱线)与成分已知的标样(一般为纯元素标样)的 同名谱线相比较，确定出该元素的含量．
3
各种分析手段的特点
• X光谱：
• 表面＋内部信息 • 空间分辨率不高 • 无法探测元素的化学环境
• 电子能谱：
• 表面元素分析 • 表面元素价态分析
4
3.2 X射线的产生
• X射线由高速电子与靶碰撞，与该物质中的 原子相互作用发生能量转移所产生。 • 产生条件：快速电子、空间运动、靶子 • 内层电子逸出，外层电子跃迁 • 能量差释放产生特征X射线
2
基本原理
• 入射电磁波或物质波与样品原子作用，导致原 子的总能量升高处于激发状态。 • 激发态不稳定，原子较外层电子将跃迁入内层 填补空位，使总能量降低趋于稳定。 • 跃迁的始态和终态的能量差∆E为原子的特征 能量，由元素种类决定，并受原子所处环境的 影响。 • 可以根据一系列的∆E确定样品中的原子种类 和价键结构。
• 电子与原子核作用，能量损失产生连续X射 线
5
X射线谱
• X射线的强度I随波长λ变化的关系曲线。 • X射线强度：单位时间内通过与X射线传播方向垂 直的单位面积出的X射线谱分为两类：连续X 射线谱和特征X射线谱 • 特征波长值是固定的，仅与阳极靶材有关。既使电 压继续增大，也只有强度增大而波长固定不变。 • Moseley定律决定特征X射线的波长：(1/λ)1/2=K(Zσ)
应用X射线光谱法分析化学组分.docx
应用X射线光谱法分析化学组分陈老师（哲博检测，浙江大学国家大学科技园，Email:*******************）目的：1.测量不同合金的荧光光谱2.定性分析荧光光谱：测定合金中元素成分原理：当样品被X射线辐照时，会激发岀特征X射线，即荧光，其能量与样品材料原子序数有关。
这种关系被称作莫塞來定律。
如果这种被辐照的物质是化合物或混合物，它的荧光光谱会比较复杂。
因为X 射线跃迁发生的内层原了壳层并不包含在化学键中，这种特征谱线是与元素的化学键无关的。
意味着在一级近似下，化合物的X射线荧光谱是其中元素的荧光光谱的叠加。
在定性分析样品的化学组分时，荧光光谱上初始发现的所冇峰都与元素相关，可以通过元素周期表上的特征能量值来确认其元素。
因为这种相关性，所有谱系列的图像都要被考虑在内。
举例来说，如果存在乩线，那么在图谱中必然存在一个强度较低（约1/5〜1/10强度）的K卩线。
厶线总是和一个强度基木相同的“线及较低强度的b线同时出现。
当然，化合物中每个元索的相对浓度也可以从荧光光谱的相对强度中得出。
仪器1.带Mo阳极X光管和测角仪的X光机5548112.带Cu阳极X光管和测角仪的X光机3.X射线能量探测器5598374.合金靶材5548485.CASSY 传感器5240106.多道分析仪5240587.CASSY 实验软件5242008.HF电缆，lm 501029.PC机实验平台搭建图1给出了实验平台搭建示意图—将电源适配器的连接电缆通过X光机空心导轨处连接至X射线能量探测器迷你DIN盒上，—确保测角仪上安装有X射线能量探测器的传感器臂梁的安全稳定—将X射线能量探测器的信号输出与X光机BNC信号插座和连—确保连接电缆足够长，使得传感器旋臂梁能自由旋转—按下SENSOR键，使用ADJUST旋转盘，手动调节传感器至90。
角—将Scnsor-CASSY与计算机相连，然后接到多道分析器上—采用BNC电缆将X射线能量探测器信号输出端和X光机BNC信号插座相连—调整准直器狭缝孔径和测角仪旋转轴间距及旋转轴和X射线能量探测器间距，二者皆为5-6cm—将能量校准靶材（FeZn合金）取出，放置在靶台上按hTARGET 键，使用ADJUST 旋转盘，手动调整靶台角度至45。
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当x射线照射到一个晶体表面时，情况如 图所示。第二个光束与第一个光束的波程差： BE = KEcos(90o－θ) AE = KEcos(90o－θ) AE + BE = 2dsinθ λ = 2dsinθ 对于波程差相差nλ时： nλ = 2dsinθ d为晶体两个相邻晶面间的距离。此式 称为〝布拉格公式〞。
4.5 X射线荧光分析 4.5.1 X射线荧光的产生
当能量高于原子内层电子结合能的高能x 射线即初级x射线照射原子时，可逐出被照射 原子的内层电子而出现空穴，使其处于不稳定 的高能激发态。高能激发态寿命很短，只有约 10-12~10-14秒。和产生x射线机理完全一样，处 于高能级的外层电子将补入内层空穴，以辐射 形式放出能量，这便是〝x射线荧光〞。 x射线荧光和x射线的区别在于： (1) 照射原子的照射源不同 初级x射线的照射源是加速器、高压阴极 加热器等，能量很高。x射线荧光的照射源是 能量稍低的初级 x射线。
a) x光管激发源 x光管激发源产生一次x射线，作照射源。一次x射 线的波长应短于受激元素吸收限的λmin。一次x射线的 波长越短，激发效率会越高。 x射线管中的靶材料和工作电压决定了一次x射线 中能有效激发x射线荧光的那一部分的强度。受激元素 吸收限波长： λmin= hc/(eV) = 1240/V (nm) 式中：V—正负极间的工作电压，V； h—普朗克常数，6.625×10-34J· s； c—光速，3×1010cm·-1； s e—电子电荷，1eV=1.602×10-19J。
例如，K层(最内一层)的电子被击出原子，空 穴由L层电子补充，两者能量之差： ΔE =EL－EK = h·c/λ1 此x射线记作Kα。 K表示被溢出原子的电子 的能级。右下角标α表示x射线的强度，即外层轨 道离溢出电子轨道的次序。 α表示K层外的第一 层，即L层电子填充。 K层的电子被溢出原子，空穴由M层电子补 充，两者能量之差： ΔE = EM－EK = h·c/λ2 M层为L层外的第二层，所以此x射线记作 Kβ 。
在罗兰德园上A点发射一束x射线，打击在单色 晶体的B点上，λ相同的x射线会聚焦在罗兰德园上 的另一侧的A点上。这束光的波长全部为 λ 。 其它λ不相同的x射线不会聚在罗兰德园上，达 到分光和聚焦两个目的。
移动发射点，改变了布拉格角θ= 90o－α，可得 到不同波长的x射线。 (3) 平面晶体单色器的缺陷
第四章 X射线分析
4.1 概述
x射线分析法(x－ray analysis)是指以X射线为光 源的一系列分析方法的总和。它虽属于光学分析
法，但它具有其它光学分析法所不具备的优点： (1) 谱线简单、干扰少 x射线来自于原子内层电子而不是外层价电子的
跃迁，因而谱线简单、干扰少。除轻元素外，谱线 基本上不受外层价电子形成的化学键的影响，基体 吸收与元素之间激发效应较易校正； (2) 线谱 不存在连续光谱的峰重叠现象。分析灵敏度显 著提高，检出限可达到ng/g；
(1) 衍射仪法测定晶面距示例 测定晶面距时，可将探测器固定一个角度，用定 时计数或定数计时法测衍射强度。强度最大处即为峰值。 也可用连续扫描的方法，使探测器扫过所有的入射角， 得衍射图。有若干个峰，因为布拉格方程是多解的。最 小的d为晶面距。
【例】CaF2晶体的MoKα(λ=0.0712nm)x射线的 一级峰的2θ=12.96o，求晶面距，还会出现哪几个 衍射峰(举5个)？ 解： 2θ=12.96o θ= 6.48o n =1 时 λ= 2dsinθ= 2dsin6.48o d = 0.315nm n = 2时 2×0.0712 = 2×0.315sinθ 2θ= 26.12o n = 3时 3×0.0712 = 2×0.315sinθ 2θ= 39.64o n = 4时 4×0.0712 = 2×0.315sinθ 2θ= 53.76o n = 5时 5×0.0712 = 2×0.315sinθ 2θ= 68.82o n = 6时 6×0.0712 = 2×0.315sinθ 2θ= 85.38o 【例】LiF200的d = 0.201nm，x射线一级衍射峰的 2θ=35.86o，求x射线波长。 解：n = 1 λ= 2dsinθ=2dsin(35.86o÷2) = 0.124nm
当然更外层的电子又会填入新生成的L或M 层空穴，产生L或M系列x射线。当然，这些x射 线的波长是不相同的。这些不同的波长将是分析 的主要依据。 根据被轰击的靶原子的不同，相同电子层之 间ΔE和x射线的波长也不相同。x射线表示为 NaKα1、SnLα2等。最前面是靶元素符号。 x射线可用能量为10~100KeV的电子轰击适 当的靶材料获得。X射线的强度和所施加的电压 的平方成正比。但电压都有一个最低的电压阈值： K系列：11Na(1.1KeV)；92U(115KeV)； L系列：30Zn(1.2KeV)；92U(21.7KeV)； M系列：40Zr(0.41KeV)；92U(5.5KeV)。
4.3.2 X射线衍射方法
当用X射线衍射法测定晶面距时，可供选择的连续 变化的量有两个：入射角θ和x射线的波长λ。 常用的衍射方法有：
衍射方法 λ 劳厄法 变化 转动晶体法 不变 粉晶法 不变 衍射仪法 不变 θ 不变 变化 变化 变化 实 验 条 件 连续波长的X射线照射单晶 单色X射线照射转动晶体样 单色X射线照射晶粉或多晶试样 单色X射线照射多晶或转动单晶样
4.4 X射线单色器
x射线不是单色的，是一系列x射线的复合光。即使 是AlKα、MgKα等特征射线也不是单色的，也会带有副 线。需对x射线单色化。x射线波长太短，三棱镜、光栅 都不能对其单色化。只能用空间尺寸与x射线波长相当 的晶体作单色器。布拉格角θ= 90o－α。 晶体作单色器有二种： (1) 平面晶体单色器 单晶晶体磨成平面作单色器。 (2) 弯面晶体单色器 将单晶晶体切成薄片，并弯曲成半径为2r的弯曲状， 然后再磨成半径为r的园弧，此弧所在的园叫〝罗兰德 〞园。
4.2 X射线的产生
当用一个高能量的粒子(电子、质子、α粒子等)轰 击某元素即〝靶元素〞的靶原子时，(氢、氦等无内层 电子的元素除外) ，靶原子内层电子(不是外层价电子) 会获得能量而离开原所在原子的内电子层，逸出原子。 该逸出电子称为〝光电子〞。在内电子层上便会形成 空穴。该空穴会立即被外层较高能级上的电子所填充， 并以辐射形式释放出两层轨道能级差的能量。这个过 程称为〝弛豫过程〞。两层轨道能级的能量差是相当 大的，所以由这个能量所产生的幅射的波长非常短， 在0.01~20nm之间，这种幅射称为x射线。 x射线的产 生仅是弛豫过程的一种。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
当光程差
AE + BE = nλ
前后两波共振。若制得x衍射谱，此处就会 出现峰。θ称作〝布拉格角〞。 x射线在晶面上的反射与可见光在镜面上的 反射是不一样的： a) 可见光的反射仅限于物体表面；x射线的 反射实际上是受x射线照射的所有内部与外部质 点(分子、原子、离子)的反射线干涉加强而形成
的。
b) 可见光的反射无论入射光以何入射角 入射都会产生；而x射线只有在入射角θ满足 布拉格公式时才能获得成功。因此，x射线是 有选择性的。 从布拉格公式可以看到，谱峰的角度若 已确定，便可确定晶面距d。若确定了三维方 向的晶面距，则可进一步了解晶体的结构。 从布拉格公式还可以看到： nλ/2d ≤sinθ≤1 因此，x射线的波长λ最长不得大于晶面 距的两倍2d。若λ<<2d，则发生共振的峰则有 若干个。若晶体的晶面距已知，也可以测定x 射线等幅射的波长。
(2) 布拉格(Bragg)公式
两个周期和振幅相同的波从同一点出发，由 于它们相位的不同，可能会产生不同的结果： a) 共振 相位完全相同或者相位相差整倍数个周期的 两个相同的波叠加，完全相加，叫〝共振〞。也 可以说，一个波将路程落后于另一个波整倍数个 波长λ。 b) 波消失 相位相差(n + 0.5)个周期，也可以说，一个 波将路程落后于另一个波(n + 0.5)λ。 c) 其它情况下，介于两者之间。
4.5.2 x射线荧光的获取和测量 x射线荧光可在x射线荧光光谱仪上进行 测量。 x射线荧光光谱仪可分波长色散型x射线 荧光光谱仪和能量色散型x射线荧光光谱仪。 目前以波长色散型x射线荧光光谱仪为主。 (1) 波长色散型x射线荧光光谱仪 波长色散型x射线荧光光谱仪首先对次级 x射线荧光进行分光后形成光谱； 波长色散型x射线荧光光谱仪由x光管激 发源、试样室、晶体分光器、检测器和计数 系统组成。
不同靶元素与激发电压
靶元素 原子序数 Cr 24 Fe 26 Co 27 Ni 28 Cu 29 Mo 42 Ag 47 Kα1/A 2.2896 1.9360 1.7889 1.6578 1.5405 0.7092 0.5594 Kβ/A 激发电压/KV 2.0848 5.93 1.7565 7.10 1.6208 7.71 1.5001 3.29 1.3922 8.86 0.6323 20.0 0.4970 25.5 适宜工作电压/KV 20~25 25~30 30 30~35 35~40 50~55 55~60
(2) 被逐出原子的电子的电子层不同 初级x射线被逐出的内层电子基本是最内层的K 电子。 x射线荧光被逐出的内层电子一般都不会是 最内层的K电子，而可能是L层、M层电子。 (3) x射线荧光的波长较长 x射线荧光的照射源是能量稍低的初级 x射线， 其能量一定比初级x射线低，波长一定长。而且不仅 和被照射原子内层电子的结构有关， 是被照射元素 定性的依据，而且和照射源的波长有关，对同一原 子，照射源不同， x射线荧光的特征波长也不同。 (4) 荧光强度 x射线荧光与被照射元素含量有关，荧光的强 度是定量分析的依据。也和照射源的强度有关。
(2) 劳厄法 用连续的x光照射固定位置的单晶体，此测定方 法称为〝劳厄法〞。劳厄法又可分为透射法和背射法 两种。将衍射斑点记录在与x光垂直的底片上，这些 点的分布称为〝衍射花样〞。斑点称〝劳厄斑点〞。 x光波长改变，衍射花样也会变化。对衍射花样进行 分析，可获得晶体的信息。 劳厄斑点位置和布拉格角θ在背射法中的关系： tg(180o－2θ) = r/D 其中：r —斑点至底片细孔的中心的距离；D—试 样面与底片的距离，一般为3cm。 劳厄法主要用来测定晶体的取向。还可观测晶体 的对称性，鉴定晶体是否是单晶，粗略观测晶体的完 整性。晶体完整，劳厄斑点细而园、均匀清晰。否则 粗而漫散、有时还呈破碎状。