二讲X射线物相分析-PPT精选
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x射线物相定性分析
能量色散谱在X射线物相定性分析中常与其他方法结合使用，以提高分析 的准确性和可靠性。
傅里叶变换
傅里叶变换是一种将时域信 号转换为频域信号的方法， 在X射线物相定性分析中用于
处理X射线衍射数据。
通过傅里叶变换，可以将X射 线衍射数据转换为频域，便 于分析和比较不同物相的衍 射数据。
傅里叶变换在X射线物相定性 分析中常与其他方法结合使 用，以提高分析的准确性和 可靠性。
X射线物相定性分析方法
衍射峰分析
01
衍射峰分析是通过测量和比较不同物相的X射线衍射 峰，确定物质的结构和组成。
02
衍射峰的位置、强度和形状可以提供关于物相晶体 结构、晶格常数、晶体取向等信息。
03
衍射峰分析是X射线物相定性分析中最常用的方法之 一。
晶体结构分析
01
晶体结构分析是通过X射线衍 射数据，利用晶体学原理和计 算方法，确定物质晶体结构的 过程。
X射线相定性分析简介 • X射线物相定性分析方法 • X射线物相定性分析实验步骤 • X射线物相定性分析的挑战与解决方案 • X射线物相定性分析的未来展望
01
X射线物相定性分析简介
定义与原理
定义
X射线物相定性分析是一种利用X射线 对物质进行成分和结构分析的方法。
原理
峰识别与标定
识别出图谱中的衍射峰，并依据标准卡片或 已知物相的衍射数据对其进行标定。
物相定性分析
通过对比已知物相的衍射数据，确定样品中 存在的物相种类。
结果解释与报告
结果解释
根据数据处理与分析结果，解释样品的物相组成和各物相的比例。
结果验证
通过与其他实验方法或已知数据对比，验证分析结果的准确性。
报告撰写
解决方案
傅里叶变换
傅里叶变换是一种将时域信 号转换为频域信号的方法， 在X射线物相定性分析中用于
处理X射线衍射数据。
通过傅里叶变换，可以将X射 线衍射数据转换为频域，便 于分析和比较不同物相的衍 射数据。
傅里叶变换在X射线物相定性 分析中常与其他方法结合使 用，以提高分析的准确性和 可靠性。
X射线物相定性分析方法
衍射峰分析
01
衍射峰分析是通过测量和比较不同物相的X射线衍射 峰，确定物质的结构和组成。
02
衍射峰的位置、强度和形状可以提供关于物相晶体 结构、晶格常数、晶体取向等信息。
03
衍射峰分析是X射线物相定性分析中最常用的方法之 一。
晶体结构分析
01
晶体结构分析是通过X射线衍 射数据，利用晶体学原理和计 算方法，确定物质晶体结构的 过程。
X射线相定性分析简介 • X射线物相定性分析方法 • X射线物相定性分析实验步骤 • X射线物相定性分析的挑战与解决方案 • X射线物相定性分析的未来展望
01
X射线物相定性分析简介
定义与原理
定义
X射线物相定性分析是一种利用X射线 对物质进行成分和结构分析的方法。
原理
峰识别与标定
识别出图谱中的衍射峰，并依据标准卡片或 已知物相的衍射数据对其进行标定。
物相定性分析
通过对比已知物相的衍射数据，确定样品中 存在的物相种类。
结果解释与报告
结果解释
根据数据处理与分析结果，解释样品的物相组成和各物相的比例。
结果验证
通过与其他实验方法或已知数据对比，验证分析结果的准确性。
报告撰写
解决方案
X射线物相分析
Hanawalt无机物检索手册； 有机相检索手册；
无机相字母索引；
Fink无机索引； 矿物检索手册等品种。
14
Han
aw
alt 无
机 索引的编排方法是：每个相作为一个条目，在索引 相 中占一横行。每个条目中的内容包括：
衍射花样中八条强线的面间距和相对强度，按相对
数 强度递减顺序列在前面，随后，依次排列着，化学 式，卡片编号，参比强度（I/I）。
1980年版本编排规则为： （1）对I3/I2≤0.75的相，以d1d2的编排顺序出现一次； （2）对I3/I2>0.75和I2/I1<0.75的相，以d1d2和d1d3的编
排顺序出现二次； （3）对I3/I2>0.75和I2/I1≥0.75的相，以d1d2，d1d3和
d2d3的编排顺序出现三次。
3
基本原理
任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定 波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有 的衍射花样。每一种晶体物质和它的衍射花样都是 一一对应的。多相试样的衍射花样是由它和所含物 质的衍射花样机械叠加而成。
定性相分析的判据。
4
通常定用d性（晶相面间分距 析的 判定性据相分析方法是将
X射线物相分析
利用X射线衍射的方法对试样中由各种元 素形成的具有确定结构的化合物（物相）， 进行定性和定量分析。
X射线物相分析给出的结果，不是试样的 化学成分，而是由各种元素组成 的具有 固定结构的物相。
2
定性相分析
1. 基本原理 2. PDF卡片 3. PDF卡片索引 4. 分析方法 5.计算机自动检索
7
PDF卡片的内容（1）
（1）1a、1b、1c,三个位置上的数据是衍射花样中前 反射区（2 θ <90°）中三条最强衍射线对应的面间 距，1d位置上的数据是最大面间距。
无机相字母索引；
Fink无机索引； 矿物检索手册等品种。
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Han
aw
alt 无
机 索引的编排方法是：每个相作为一个条目，在索引 相 中占一横行。每个条目中的内容包括：
衍射花样中八条强线的面间距和相对强度，按相对
数 强度递减顺序列在前面，随后，依次排列着，化学 式，卡片编号，参比强度（I/I）。
1980年版本编排规则为： （1）对I3/I2≤0.75的相，以d1d2的编排顺序出现一次； （2）对I3/I2>0.75和I2/I1<0.75的相，以d1d2和d1d3的编
排顺序出现二次； （3）对I3/I2>0.75和I2/I1≥0.75的相，以d1d2，d1d3和
d2d3的编排顺序出现三次。
3
基本原理
任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定 波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有 的衍射花样。每一种晶体物质和它的衍射花样都是 一一对应的。多相试样的衍射花样是由它和所含物 质的衍射花样机械叠加而成。
定性相分析的判据。
4
通常定用d性（晶相面间分距 析的 判定性据相分析方法是将
X射线物相分析
利用X射线衍射的方法对试样中由各种元 素形成的具有确定结构的化合物（物相）， 进行定性和定量分析。
X射线物相分析给出的结果，不是试样的 化学成分，而是由各种元素组成 的具有 固定结构的物相。
2
定性相分析
1. 基本原理 2. PDF卡片 3. PDF卡片索引 4. 分析方法 5.计算机自动检索
7
PDF卡片的内容（1）
（1）1a、1b、1c,三个位置上的数据是衍射花样中前 反射区（2 θ <90°）中三条最强衍射线对应的面间 距，1d位置上的数据是最大面间距。
X射线衍射应用-物相分析
复合样中各峰的强度，IM（120）=922， IC（101）=6660， 计算公式：
I Q (10 ) 8604
11
WM
M KA (
I M (120 )
M KA
I M (120 ) 922 17.3% I Q (1011) I C (101) 922 8604 6660 2 . 47 ) Q C 2.47 8.08 9.16 KA KA
WM (%)
IM
IM (%) IT I C
(7)
通常通过配制一系列不同比例的混合试样制作标定曲 线（强度比与含量的关系曲线），应用时根据强度比按此 曲线即可查出含量。此法也适用于吸收系数不同的两项混 合物的定量分析。
（2）被检测向与基体吸收系数不同： 1、内标法：
待测样为n（≥2）相的混合物，各项的质量吸收系数不 相等时，采用内标法作定量分析。
2）、粒径大的粉末（几十μm以上）衍射强度重现性差，强度的变化可达百 分之几十。 3）、试样中固溶体其它物质或试样加热膨胀时衍射线移向低角位臵（高角位 臵衍射线偏移量较大）。 4）测角仪偏心时，衍射线产生偏移（低角偏差大） 5）测角仪扫描速度快，计数率仪的时间常数大时因仪器反应滞后，衍射线向 扫描方向移动。 6）测角仪零位位移，导致全谱位移。
采用Hanawalt法定性相分析的要点：
采用Hanawalt 法作定性相分析时，由于试样制备方法、测定条件以及JCPDS 卡的数据本身的可靠性问题，使得JCPDS卡的数据与试样衍射线的d值或 I/I1值有些差别。
1）、粘土矿物或石墨粉末等易产生择优取向的试样以及具有择优位向的金属 箔，其衍射强度会发生变化，甚至出现倒臵的情况。
第五章、X射线衍射分析应用
实验二讲义 X射线粉末衍射法物相分析
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。
X射线的物相分析
精品课件
检索方法：
（1）对于已知化学成分或已知物相种类的，可以使 用该种物相的检索手册，至于使用哪种索引检索，视 情况而定。可用字母索引也可用数值索引。
（2）对于完全未知的，可以采用数值索引 （Hanawalt或Fink数值索引）。
（3）自动检索：以上的数据检索皆可由计算机实现。
12
精品课件
Hanawalt 索引
目前，规模最庞大的多晶衍射数据库是由JCPDS （Joint Committee on Powder Diffraction Standards）编辑的《粉末衍射卡片集》(PDF)。
6
精品课件
（1）卡片的由来
1919年，A.W.Hull指出，X射线可用于物相鉴定；
1938年，J.D.Hanawalt创立Hanawalt索引；
《粉末衍射文件有机物相检索手册》（Powder Diffraction File Oranic Phases Search Manual)
《矿物粉末衍射文件的化学名称、哈纳瓦特数值法、芬克数值法、矿 物名称检索手册》（ Powder Diffraction File Search Manual, Chemical Name, Hanawalt Numerical, Fink Numerical, Mineral Name)
第七章 X射线的物相分析
§7.1 X射线的物相定性分析 1、物相定性分析原理 2、粉末衍射数据库 3、物相定性分析方法
§7.2 X射线的物相定量分析 1、定量分析基本原理 2、定量分析方法
1
精品课件
物相：简称相，是具有某种晶体结构并能用 某化学式表征其化学成分（或有一定的成 分范围）的固体物质。
例：α－Fe：体心立方结构
第二章 X射线衍射分析方法及应用 ppt课件
设备：Bruker D8 ADVANCE 衍射仪.
辐射：单色化的 Cu K 射线
PPT课件
41
1-样品制备: 样品碾成粉末，颗粒度小于300目， 取约1g粉末放入样品槽内，用毛玻璃轻压 粉末，使之充满槽内，轻轻刮去多余的粉 末，将样品，置于测角仪中心。
X 光管 固定
PPT课件
42
2 - 设置参数并进行衍射花样测量：
（2） 计算面间距d值和测定相对强度I/I1 (I1为最强线的强度)
分析以2<90的衍射线为主， 2测 量精度要达到0.01，d 值计算到0.001位
有效数字。衍射强度取相对强度。
（3） 检索PDF卡片
先进行单相分析,不成功则进行多相 分析
（4） 最后判定存在的物相。
PPT课件
40
物相定性分析实例
2.753
PPT课件
55
例：图a为SrTiO3的XRD谱， 图b为以SrTiO3为主晶相的SrTiO3-CaTiO3 系固溶体的XRD谱，
图c为SrTiO3-CaTiO3机械混合物XRD谱， 图d 为CaTiO3的XRD谱。 可见: SrTiO3-CaTiO3系固溶体的XRD谱 图与SrTiO3的XRD谱图相似，由于CaTiO3的 加入使峰值、峰形稍有变化。
如, Diffractometer代表衍射仪法； Ref．—该区数据来源。
PPT课件
31
区间4：物相的结晶学数据, 其中
Sys. — 晶系;
S. G. — 空间群符号；
a0、b0、c0 — 晶胞轴长； A、C — 轴率，A = a0/b0，C = c0/b0 、 、 — 轴角;
Z — 单位晶胞内“分子”数；
衍射曲线：衍射峰 基线
辐射：单色化的 Cu K 射线
PPT课件
41
1-样品制备: 样品碾成粉末，颗粒度小于300目， 取约1g粉末放入样品槽内，用毛玻璃轻压 粉末，使之充满槽内，轻轻刮去多余的粉 末，将样品，置于测角仪中心。
X 光管 固定
PPT课件
42
2 - 设置参数并进行衍射花样测量：
（2） 计算面间距d值和测定相对强度I/I1 (I1为最强线的强度)
分析以2<90的衍射线为主， 2测 量精度要达到0.01，d 值计算到0.001位
有效数字。衍射强度取相对强度。
（3） 检索PDF卡片
先进行单相分析,不成功则进行多相 分析
（4） 最后判定存在的物相。
PPT课件
40
物相定性分析实例
2.753
PPT课件
55
例：图a为SrTiO3的XRD谱， 图b为以SrTiO3为主晶相的SrTiO3-CaTiO3 系固溶体的XRD谱，
图c为SrTiO3-CaTiO3机械混合物XRD谱， 图d 为CaTiO3的XRD谱。 可见: SrTiO3-CaTiO3系固溶体的XRD谱 图与SrTiO3的XRD谱图相似，由于CaTiO3的 加入使峰值、峰形稍有变化。
如, Diffractometer代表衍射仪法； Ref．—该区数据来源。
PPT课件
31
区间4：物相的结晶学数据, 其中
Sys. — 晶系;
S. G. — 空间群符号；
a0、b0、c0 — 晶胞轴长； A、C — 轴率，A = a0/b0，C = c0/b0 、 、 — 轴角;
Z — 单位晶胞内“分子”数；
衍射曲线：衍射峰 基线
《X射线结果分析》PPT课件
3 物相鉴定：衍射卡片的索引 〔10〕
4>自动检索： 随着计算机技术的发展,自动检索系统已经形成并
逐步完善. 计算机自动检索的原理是：利用庞大的数据库,尽可能 地储存全部相分析卡片资料,然后将实验测得的衍射数 据输入计算机,根据成分、分子式、名称、或者三强线 原则,与计算机中所存数据一一对照,选出匹配的卡片, 然后用卡片数据与实测对比,一般就可给出确定的结果.
3 物相鉴定〔2〕
既然多晶体的衍射花样是被鉴定物质的标志,那么就有必 要大量搜集各种已知物质的多晶体衍射花样.
Hanawalt早在30年代就开始搜集并获得了上千种已知物 质的衍射花样,又将其加以科学分类,以标准卡片的形式保存 这些花样,这就是粉末衍射卡片.
PDF 卡片 <Powder Diffraction Files> 或者称之为JCPDS卡片 <Joint Committee of Powder Diffraction Standards>
3 物相鉴定：衍射卡片的索引 〔7〕 2〕英文名称索引
按化合物的英文名称排序.
但只限于有英文学名的物质,如α- quartz, diamond,而对 无学名的物质,尤其是合成的化合物,则无法在其中排列.
上述两种索引方法只可应用于当物质的成分已知的情 况下,而对完全未知的物质,则无法用其进行索引.
3 物相鉴定：衍射卡片的索引 〔8〕
为什么衍射峰有一定宽度〔为什么在偏离布拉格角的 一个小范围内也有衍射强度〕？
在研究衍射方向时,是把晶体看作理想完整 的,但实际晶体并非如此.既使一个小的单晶体也会有 亚结构存在,他们是由许多位相差很小的亚晶块组成. 另外,实际X射线也并非严格单色〔具有一个狭长的波 长范围〕,也不严格平行〔或多或少有一定发散度〕, 使得晶体中稍有位相差的各个亚晶块有机会满足衍射 条件,在2θ±Δ2θ范围内发生衍射,从而使衍射强度 并不严格位于布拉格角2θ处,而是有一定的角宽度.
2 X射线衍射物相分析
用X射线探测器和测角仪探测衍射线的强度和位置。
基本原理： 表面与测角仪中心轴严格重合的试样绕测角仪中心轴 旋转。改变其表面与入射单色X射线的夹角，同时计数器 按2沿测角仪圆同向运动，从而使晶体中不同晶面产生的 衍射线被计数器探测并记录下来。最终得到试样的X射线衍 射谱（I－2）（衍射线的强度和位置）。
K 外圆？ 试样台和探测器分别固定在两个同轴圆盘上。工作时按1∶2的角速度 联合驱动。
石英粉末的连续扫描衍射谱
由计算机输出的衍射谱
1.5 X射线衍射物相分析
对样品中的矿物组成进行种类和含量测定——定性定量
1.5.1
定性分析方法
将由衍射花样及计算获得的d -I 数据组与已知物质的d –I 数据组 （由PDF卡片提供）进行对比，从而鉴定出试样中存在的物相。即：
又： ∵
n≥1
∴
≤2d； d ≥ /2； n≤2d/
于是有： 常用于X射线衍射的波长范围为 2.5～0.5 埃；
一定时，晶体中可能产生衍射的晶面族是有限的；
对于一定的晶体，其产生的衍射线数也是有限的。
（3）干涉面和干涉指数： 为了应用上的方便，常将布拉格方程简化：
d 2 sin n
1.2.2.1 布拉格方程的形式
布拉格方程（1913年由布拉格父子导出）是应用起来很方便的一 种衍射几何规律表达形式。其由下式描述：
2d sin n
式中：d 产生衍射的一组晶面的面间距；
（1.21）
入射X射线与该组晶面间的夹角，称为掠射角或半衍射角； 入射X射线的波长；
PDF卡片的样式
（《测试方法》P64图1-58）
PDF卡片各区内容
1. 三条最强线对应面间距和最大面间距（1d ） 2. 与上述4条衍射线对应的d 值（最强线强度为100） 3. 衍射实验条件 4. 结晶学数据 5. 部分光性和物性数据 6. 其它有关资料和数据，如试样来源等等 7. 物相的化学式和（英文）名称 8. 矿物学名称 9. 衍射数据：晶面间距、相对强度和干涉指数 10. 卡片序号
基本原理： 表面与测角仪中心轴严格重合的试样绕测角仪中心轴 旋转。改变其表面与入射单色X射线的夹角，同时计数器 按2沿测角仪圆同向运动，从而使晶体中不同晶面产生的 衍射线被计数器探测并记录下来。最终得到试样的X射线衍 射谱（I－2）（衍射线的强度和位置）。
K 外圆？ 试样台和探测器分别固定在两个同轴圆盘上。工作时按1∶2的角速度 联合驱动。
石英粉末的连续扫描衍射谱
由计算机输出的衍射谱
1.5 X射线衍射物相分析
对样品中的矿物组成进行种类和含量测定——定性定量
1.5.1
定性分析方法
将由衍射花样及计算获得的d -I 数据组与已知物质的d –I 数据组 （由PDF卡片提供）进行对比，从而鉴定出试样中存在的物相。即：
又： ∵
n≥1
∴
≤2d； d ≥ /2； n≤2d/
于是有： 常用于X射线衍射的波长范围为 2.5～0.5 埃；
一定时，晶体中可能产生衍射的晶面族是有限的；
对于一定的晶体，其产生的衍射线数也是有限的。
（3）干涉面和干涉指数： 为了应用上的方便，常将布拉格方程简化：
d 2 sin n
1.2.2.1 布拉格方程的形式
布拉格方程（1913年由布拉格父子导出）是应用起来很方便的一 种衍射几何规律表达形式。其由下式描述：
2d sin n
式中：d 产生衍射的一组晶面的面间距；
（1.21）
入射X射线与该组晶面间的夹角，称为掠射角或半衍射角； 入射X射线的波长；
PDF卡片的样式
（《测试方法》P64图1-58）
PDF卡片各区内容
1. 三条最强线对应面间距和最大面间距（1d ） 2. 与上述4条衍射线对应的d 值（最强线强度为100） 3. 衍射实验条件 4. 结晶学数据 5. 部分光性和物性数据 6. 其它有关资料和数据，如试样来源等等 7. 物相的化学式和（英文）名称 8. 矿物学名称 9. 衍射数据：晶面间距、相对强度和干涉指数 10. 卡片序号
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2dsin =
1. 当采用特定波长的单色X射线（ 不变）来照射固定的单晶体 时（ ，d不变）；、 和 d 值都固定，未必正好满足布拉格方 程，因此不一定能产生衍射现象。
2. 做法：连续改变 或 来满足布拉格反射条件。
16
2dsin =
衍射方法
实验条件
劳厄法
变
不变 连续X射线照射固定的单晶体
x射线衍射？！
在伦琴的两名研究生弗里 德里希（W. Friedrich）和克尼 (Knipping)的帮助下，劳厄进 行了第一次X射线衍射实验， 并取得了成功。
第一次X射线衍射实验所用的仪器,
所用的晶体是硫酸铜。
8
劳厄法X射线衍射实验与所拍的照片
9
爱因期坦称，劳厄的实验 “ 物理学最美的实验”。它一 箭双雕地解决了X射线的波动 性和晶体结构的周期性。
每种晶态物质都有其特有的晶体结构，因而X射线 在某种晶体上的衍射必然反映出带有晶体特征的特定 的衍射花样。
24
对于含有n种物质的混合物或含有n相的多相物质，
各个相的各自衍射花样互不干扰而是机械地叠加。于是，
衍射图谱中发现和某种结晶物质相同的衍射花样，就可 以判定试样中包含这种结晶物质。
25
这样，定性分析原理就十分简单，只要把晶体(几 万种)全部进行衍射或照相，再将衍射花样存档，实验 时，只要把试样的衍射花样与标准的衍射花样相对比、 从中选出相同者就可以确定。定性分析实质上是信息 (花样)的采集处理和查找核对标准花样两件事情。
10
后来的科学证明，与可见光一样， X射线的本质
是一种电磁波。
它具有波粒二象性。即，它既具波动性，又具有 粒子性。 在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反 映在传播过程中发生干涉、衍射作用。 在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出它 的粒子性。
11
X射线与物质的相互作用
入射X射线
散射 透射
吸收
12
X射线与物质的相互作用
康-吴效应
13
1) X射线的散射
1. 相干散射 与原子中束缚较紧的内层电子相撞产生的，散射波与 入射波的频率相同，但方向改变。
相干散射波之间符合振动方向相同、频率相同、 位相差恒定（光的干涉条件）。 X射线衍射物相分析 就是利用的相干散射。
14
2. 非相干散射
当x射线光子与束缚力不大的外层电子、价电子或
金属晶体中自由电子相碰撞。电子被撞离原运行方向同
时带走光子的一部分动能成为反冲电子。同时入射X射
线波长变长并偏离原来方向2角。
✓ 散射波波长随散射方向而变
h
’
h '
2
1 mv 2 2
√ 不参与晶体对X射线的衍射，只形成连续背底，给 衍射分析带来不利影响
15
三种常用的衍射实验方法
产生衍射的必要条件是满足布拉格方程的要求。
转动晶体法 不变 部分变化 单色X射线照射转动的单晶体
粉末照相法 不变
变 单色X射线照射粉晶或多晶试样
相当于一个单晶体绕空 间各个方向作任意旋转
17
1. 劳厄法
劳厄法是用连续的X射线投射到不动的单晶体上产生衍射 的一种实验方法。所使用的试样可以是独立的单晶体，也可 以是多晶体中的粗大晶粒。
18
相当于反射球壳的半径连续变化，使倒易点阵有机会与其中 某个反射球相交，形成衍射斑点。
26
2. PDF卡片
1938年左右，哈那瓦特（Hanawalt)等就开始收集和摄取各种已知衍射花样， 将其衍射数据进行科学的整理和分类。
1942年，美国材料试验协会（ASTM）整理出版了卡片1300张，称之为 ASTM卡片。
1969年起，由美国材料试验协会和英国、法国、加拿大等国家的有关单位 共同组成了名为“粉末衍射标准联合委员会”（JCPDS）国际机构，专门 负责收集、校订各种物质的衍射数据，将它们进行统一的分类和编号，编 制成卡片出版，这种卡片组被命名为粉末衍射卡组（PDF）。
19
2. 转动晶体法
转动晶体法是用单色X射线照射转动的单晶体的衍射方法，即 入射波长不变，依靠旋转单晶体以连续改变各个晶面与入射X射 线的角来满足布拉格方程。
倒易点阵(uvw)*
正点阵晶轴[uvw]
20
3 .粉晶法
粉晶法采用单色（特征）X射线作辐射源，被分析试样多数情况 为很细（10-3—10-5 cm)的粉末多晶体，故亦称为粉末法。根据需要 也可以采用多晶体的块、片、丝等作试样。
粉晶照相法：衍射花样 用照相底片来记录。 衍射仪法：衍射花样如 用辐射探测器接收后， 经测量电路系统放大处 理并记录和显示。
21
粉末试样是由数目极多的微小晶粒组成，这些晶粒的取向完 全是无规则的．各晶粒中的指数相同的晶面取向分布于空间的 任意方向。
如果采用倒易空间的概念，这些指数相同晶面的倒易矢量分 布于整个倒易空间的各个方向；各等同晶面族的倒易点阵分别 分布在以倒易点阵原点为中心的同心倒易球面上。
5
对X射线波动性最完美的研究是德国物理学家劳 厄（Laue）。
著名物理学家索末菲的一名研究生厄瓦耳向他请 教关于光在晶体中散射的数学分析问题 。
6
当光通过与其波 长相当的光栅时 会发生衍射作用
如果x射线是一 种波，且波长与 晶体内部质点间 的距离相当，那 么用x射线…….
7
人们推测晶体内 部的质点是规则 排列的，间距在 10-10m
伦琴（1845---1923）
2
伦琴发现：不同物质对x 射线穿透能力是不同的。
医学透视 安检
3
1901年第一届诺贝尔物 理学奖评选时，由于伦琴 的这一发现，29封推荐信 中就有17封集中推荐他， 伦琴最终获得了第一次诺 贝尔物理学奖金。
4
X射线的本质、产生及命名规则 1. X射线的性质
对X射线本质的争论，焦点集中在： 粒子流：亨利·布拉格 波动性：巴克拉
第二讲 X射线物相分析
1
X射线的产生及其与物质的作用方式
X射线的发现
1895年11月8日，德国物理学家伦琴
在研究真空管高压放电现象时偶然发现
的。他发现电流通过时，两米开外一个
涂了氰亚铂化钡的小屏发出明亮的荧光 。
认为是真空管发出的一种射线。
由于对这种射线本质和特性尚无了解，
故称x射线，也叫伦琴射线。
单晶（一个倒易节点 ）
粉晶（ 一个倒易球面）
22
X射线衍射（XRD）物相分析方法
物相分析可确定材料由哪些相组成（即物相定性分析或称 物相鉴定）和确定各组成相的含量（常以体积分数或质量分数 表示，即物相定量分析）。
Байду номын сангаас23
定性分析
1. 定性分析原理 X射线衍射线的位置决定于晶胞参数（晶胞形状
和大小）也即决定于各晶面面间距，而衍射线的相对 强度则决定于晶胞内原子的种类、数目及排列方式。
1. 当采用特定波长的单色X射线（ 不变）来照射固定的单晶体 时（ ，d不变）；、 和 d 值都固定，未必正好满足布拉格方 程，因此不一定能产生衍射现象。
2. 做法：连续改变 或 来满足布拉格反射条件。
16
2dsin =
衍射方法
实验条件
劳厄法
变
不变 连续X射线照射固定的单晶体
x射线衍射？！
在伦琴的两名研究生弗里 德里希（W. Friedrich）和克尼 (Knipping)的帮助下，劳厄进 行了第一次X射线衍射实验， 并取得了成功。
第一次X射线衍射实验所用的仪器,
所用的晶体是硫酸铜。
8
劳厄法X射线衍射实验与所拍的照片
9
爱因期坦称，劳厄的实验 “ 物理学最美的实验”。它一 箭双雕地解决了X射线的波动 性和晶体结构的周期性。
每种晶态物质都有其特有的晶体结构，因而X射线 在某种晶体上的衍射必然反映出带有晶体特征的特定 的衍射花样。
24
对于含有n种物质的混合物或含有n相的多相物质，
各个相的各自衍射花样互不干扰而是机械地叠加。于是，
衍射图谱中发现和某种结晶物质相同的衍射花样，就可 以判定试样中包含这种结晶物质。
25
这样，定性分析原理就十分简单，只要把晶体(几 万种)全部进行衍射或照相，再将衍射花样存档，实验 时，只要把试样的衍射花样与标准的衍射花样相对比、 从中选出相同者就可以确定。定性分析实质上是信息 (花样)的采集处理和查找核对标准花样两件事情。
10
后来的科学证明，与可见光一样， X射线的本质
是一种电磁波。
它具有波粒二象性。即，它既具波动性，又具有 粒子性。 在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反 映在传播过程中发生干涉、衍射作用。 在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出它 的粒子性。
11
X射线与物质的相互作用
入射X射线
散射 透射
吸收
12
X射线与物质的相互作用
康-吴效应
13
1) X射线的散射
1. 相干散射 与原子中束缚较紧的内层电子相撞产生的，散射波与 入射波的频率相同，但方向改变。
相干散射波之间符合振动方向相同、频率相同、 位相差恒定（光的干涉条件）。 X射线衍射物相分析 就是利用的相干散射。
14
2. 非相干散射
当x射线光子与束缚力不大的外层电子、价电子或
金属晶体中自由电子相碰撞。电子被撞离原运行方向同
时带走光子的一部分动能成为反冲电子。同时入射X射
线波长变长并偏离原来方向2角。
✓ 散射波波长随散射方向而变
h
’
h '
2
1 mv 2 2
√ 不参与晶体对X射线的衍射，只形成连续背底，给 衍射分析带来不利影响
15
三种常用的衍射实验方法
产生衍射的必要条件是满足布拉格方程的要求。
转动晶体法 不变 部分变化 单色X射线照射转动的单晶体
粉末照相法 不变
变 单色X射线照射粉晶或多晶试样
相当于一个单晶体绕空 间各个方向作任意旋转
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1. 劳厄法
劳厄法是用连续的X射线投射到不动的单晶体上产生衍射 的一种实验方法。所使用的试样可以是独立的单晶体，也可 以是多晶体中的粗大晶粒。
18
相当于反射球壳的半径连续变化，使倒易点阵有机会与其中 某个反射球相交，形成衍射斑点。
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2. PDF卡片
1938年左右，哈那瓦特（Hanawalt)等就开始收集和摄取各种已知衍射花样， 将其衍射数据进行科学的整理和分类。
1942年，美国材料试验协会（ASTM）整理出版了卡片1300张，称之为 ASTM卡片。
1969年起，由美国材料试验协会和英国、法国、加拿大等国家的有关单位 共同组成了名为“粉末衍射标准联合委员会”（JCPDS）国际机构，专门 负责收集、校订各种物质的衍射数据，将它们进行统一的分类和编号，编 制成卡片出版，这种卡片组被命名为粉末衍射卡组（PDF）。
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2. 转动晶体法
转动晶体法是用单色X射线照射转动的单晶体的衍射方法，即 入射波长不变，依靠旋转单晶体以连续改变各个晶面与入射X射 线的角来满足布拉格方程。
倒易点阵(uvw)*
正点阵晶轴[uvw]
20
3 .粉晶法
粉晶法采用单色（特征）X射线作辐射源，被分析试样多数情况 为很细（10-3—10-5 cm)的粉末多晶体，故亦称为粉末法。根据需要 也可以采用多晶体的块、片、丝等作试样。
粉晶照相法：衍射花样 用照相底片来记录。 衍射仪法：衍射花样如 用辐射探测器接收后， 经测量电路系统放大处 理并记录和显示。
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粉末试样是由数目极多的微小晶粒组成，这些晶粒的取向完 全是无规则的．各晶粒中的指数相同的晶面取向分布于空间的 任意方向。
如果采用倒易空间的概念，这些指数相同晶面的倒易矢量分 布于整个倒易空间的各个方向；各等同晶面族的倒易点阵分别 分布在以倒易点阵原点为中心的同心倒易球面上。
5
对X射线波动性最完美的研究是德国物理学家劳 厄（Laue）。
著名物理学家索末菲的一名研究生厄瓦耳向他请 教关于光在晶体中散射的数学分析问题 。
6
当光通过与其波 长相当的光栅时 会发生衍射作用
如果x射线是一 种波，且波长与 晶体内部质点间 的距离相当，那 么用x射线…….
7
人们推测晶体内 部的质点是规则 排列的，间距在 10-10m
伦琴（1845---1923）
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伦琴发现：不同物质对x 射线穿透能力是不同的。
医学透视 安检
3
1901年第一届诺贝尔物 理学奖评选时，由于伦琴 的这一发现，29封推荐信 中就有17封集中推荐他， 伦琴最终获得了第一次诺 贝尔物理学奖金。
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X射线的本质、产生及命名规则 1. X射线的性质
对X射线本质的争论，焦点集中在： 粒子流：亨利·布拉格 波动性：巴克拉
第二讲 X射线物相分析
1
X射线的产生及其与物质的作用方式
X射线的发现
1895年11月8日，德国物理学家伦琴
在研究真空管高压放电现象时偶然发现
的。他发现电流通过时，两米开外一个
涂了氰亚铂化钡的小屏发出明亮的荧光 。
认为是真空管发出的一种射线。
由于对这种射线本质和特性尚无了解，
故称x射线，也叫伦琴射线。
单晶（一个倒易节点 ）
粉晶（ 一个倒易球面）
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X射线衍射（XRD）物相分析方法
物相分析可确定材料由哪些相组成（即物相定性分析或称 物相鉴定）和确定各组成相的含量（常以体积分数或质量分数 表示，即物相定量分析）。
Байду номын сангаас23
定性分析
1. 定性分析原理 X射线衍射线的位置决定于晶胞参数（晶胞形状
和大小）也即决定于各晶面面间距，而衍射线的相对 强度则决定于晶胞内原子的种类、数目及排列方式。