1 XRD物相定量分析-10-17-66页PPT资料
合集下载
《XRD物相定量分析》课件
实验样品的制备
样品的选取：选择具有代表性的样品 样品的预处理：清洗、干燥、研磨等 样品的装样：将样品装入样品盒中 样品的测试：使用XRD仪器进行测试
XRD实验参数的选择和设置
实验参数：包括X射线源、样品、探测器 等
探测器：选择合适的探测器，如CCD、 IP等
X射线源：选择合适的X射线源，如 CuKα、MoKα等
建议：加强XRD技术的研发和应用推广，提高其在科学研究和工业生产中的应用价值
THANKS
汇报人：PPT
02 X R D 物 相 定 量 分 析 概 述 04 X R D 物 相 定 量 分 析 的 数 学 模
型
06 X R D 物 相 定 量 分 析 的 未 来 发展与展望
Part One
单击添加章节标题
Part Two
XRD物相定量分析 概述
XRD物相定量分析的定义和意义
XRD物相定量分析： 通过X射线衍射技 术对样品中的物相 进行定量分析的方 法
数据处理结果：物相组成、晶粒尺寸、晶格常数等 数据处理注意事项：避免数据丢失、保证数据准确性、注
意数据保密性
Part Four
XRD物相定量分析 的数学模型
衍射强度的计算公式
布拉格公
式
：
nλ=2dsi
nθ
衍射强度 公式： I=|f(θ)|^ 2
结构因子： f(θ)=Σh( hkl)e^(2πi(hkl)s inθ)
实验条件：选择合适的实验条件，如温 度、压力、湿度等
样品：选择合适的样品，如粉末、薄膜 等
数据处理：选择合适的数据处理方法， 如峰形拟合、峰面积计算等
XRD实验数据的收集和处理
实验设备：X射线衍射仪 实验步骤：样品制备、数据采集、数据处理
XRD定量分析精品PPT课件
获得面间距
XRD图：第一步完成
二、用Search-Match 找出主要物相
❖ 1、数据的输入
数据的输入
获得曲线
Sear O4 )2 ( O H )2 ( H2 O )8和Li Al Si4 O10
三、用Diamond绘制晶体结构
材料测试方法作业
一、orgin绘图工具将图绘出，并正确标出面网间距值(精确到 小数点后四位
拖过去
中间有些是软件的步骤省 略了，点next即可将数据
输入
数据输入
获得曲线
Pick peaks
Pick peaks
格式-绘图
格式-绘图
获得面间距
获得面间距
获得面间距
获得面间距
获得面间距
读取第一相cif文件
第二相晶体结构图
Maud精修
❖ 找到Li Al Si4 O10的cif文件
找到Fe Al2 ( P O4 )2 ( O H )2 ( H2 O )8的CIF
TXT数据的输入
Cif文件的输入
精修第一个参数
第一个参数精修结果R=20.86
精修第二个参数
第二个参数精修结果Rw=16.10
精修第三个参数
精修结果Rw=15.23
结果
❖ 第一相Li Al Si4 O10占49.80%，晶体结构及 空间群
第二相Fe Al2(PO4)2(OH)2(H2O)8占 50.20%，晶体结构及空间群
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
xrd定量分析ppt
• 计算结果如下：
XRD应用实例2（k值法）
Thank you！
用K值法进行定量相分析时 第一步是求出K值 第二步是求出混合试样中i相含量 Wi 第三步是从 Wi值算出原待测样中i相重量百分数 Wi 。
Wi Wi 1 - WS
XRD应用实例1（k值法）
• 根据k值法法可以得到某物相的含量： Ii MS 1 Xi K IS MZ
• MS---刚玉的质量 • MZ--- 原物总质量
外标法
• 外标法是用对比试样中待测的第j相的某条衍射线 和纯j相（外标物质）的同一条衍射线的强度来获 得第j相含量的方法。
• 标准物质不加到待测试样中，且通常以某纯待测 物相为标样，制成一系列外标试样，测绘出工作 曲线，进行定量相分析的方法叫外标法。
• 外标法优点是待测样中不混入标准物质。 缺点是强度不同时测量，会影响测量准确度。
K值法
• K值法也是内标法的一种，只是对内标法做 了修改，使常数C与标准物质的掺入量无关， 并称之为基体冲洗法，也就是k值法。 • k值法的优点： • 1.K值与内标物质加入量的多少无关； • 2.不用绘制定标曲线，分析手续简化。
• 研究方法》第一次汇报
第八组 研究方法：XRD
XRD定量分析
XRD定量相分析
• X射线物相定量分析是根据混合相试样中各 相物质的衍射的强度来确定各相物质的相 对含量。
• 从衍射线的强度理论可知，多相混合物中 某一相的衍射强度，随该相的相对含量的 增加而增加。因而，可通过衍射强度的大 小求出混合物中某相参与衍射的体积分数 或重量分数。
衍射仪法的衍射强度：
I0 表示入射线强度，各参数都是单相物质的衍射参量。 对多相混合物，μl应为混合物的吸收系数μm 其余均与含量无关（记为K，未知常数）。则：
关于XRD物相定量分析
关于XRD物相定量分析第一个问题：为什么不能做物相定量？样品往往不是单一物相,因此,人们总想了解其中某种相的含量。
人们的理解总是认为哪怕只是一种近似的结果,也比没有结果要好。
为了要说明定量分析的问题,我们还是了解一下,一张X射线衍射谱图中包含一些什么信息。
这些信息主要有三个方面,也是三个方面的应用：一是衍射峰的位置。
这方面的信息主要用于物相的鉴定、晶胞参数的精修、残余应力的测量。
二是衍射峰的峰高或者面积,我们称之为强度。
这方面的信息主要用于物相的含量、结晶度以及织构的计算。
三是衍射峰的形状,我们称为线形。
这方面的信息又包括两个方面,其一是衍射峰的宽度,我们可以用来计算亚晶尺寸的大小(常被称为晶粒大小)和微观应变的计算。
另一个则是线的形状,主要是指峰形是否对称,这方面用来计算位错、层错等。
不过,后者做的人少,研究也不是很完全,因此,应用不是很广泛。
从上面的了解,我们应当知道,不同的实验目的,实验的观察点不同,也就是强调的对象是不同的,如果仅仅为了鉴定物相,一个常规的实验条件就完全可以应付,如果要做晶胞的精修,则需要严格一些的实验条件。
如果要做定量分析,我们的强调点是峰的强度。
我们为什么能利用衍射谱来做物相的含量分析呢？其原理就是基于物相的含量W与该物相的衍射强度成正比。
可以简单地写成W=CI。
Ｗ是物相的质量分数,Ｉ是该物相的衍射强度。
Ｃ是一个系数,但不是一个常系数。
不过,在一定条件下它是一个常数。
遗憾的是,这个常数通常不能通过理论计算得出,而是需要通过实验来测量,每当实验条件改变(包括样品中的物相种类的改变、任一物相含量的改变、观察峰的改变、甚至于物相产地改变、所用辐射改变、晶粒尺寸改变……如此等等,不一而足)这个系数是变化的。
围绕如何想办法得到这个系数Ｃ,历代的大师和小师推导出了十几种具体的测量方法,而这些方法又是在某种环境下能使用在另一种环境下不能使用的。
每种方法的不同要求等于给实验方法本身加上了一把锁,使得人们不能真正好好地、简便地利用它。
[课件]XRD解析PPT
![[课件]XRD解析PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/631a5d98fd0a79563c1e72f8.png)
Bragg 公式 2dhkl sinθhkl = nλ 应用
1）将晶体结构周期性（通过d）和射线本质（通过λ）
2）结合起来，并反映在图象上（通过θ）。 3）λ恒定，通过测θ求d（晶体结构分析） 4） d 恒定，通过测θ求λ（荧光分析） 5）波粒性 E=hv (能谱分析）
6）衍射充要条件 2dhkl sinθhkl = nλ, F 2
（2）用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样； （3）检索PDF卡片； （4）核对PDF卡片与物相判定。
多相物质分析
多相物质相分析的方法是按上述基本步骤逐个确定其组
成相。 多相物质的衍射花样是其各组成相衍射花样的简单叠加， 这就带来了多相物质分析(与单相物质相比)的困难： 检索用的三强线不一定局于同一相，而且还可能发生一 个相的某线条与另一相的某线条重叠的现象。 因此，多相物质定性分析时，需要将衍射线条轮番搭配、 反复尝试，比较复杂。
分数表示，即物相定量分析）。
1、物相定性分析
基本原理与方法： 物质的X射线衍射花样特征：分析物质相组成
的“指纹脚印”。
制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规
范化，将待分析物质 ( 样品 ) 的衍射花样与之
对照，从而确定物质的组成相。
物相定性分析的基本步骤
（1）制备待分析物质样品；
示例
未煅烧白云石的主相为碳酸钙 镁（CaMg（CO3）2），次相 为二氧化硅
300℃
500℃
750℃
1000℃
经过300和500℃煅烧后，白云石的主相和次相没有发 生变化，主相和次相仍分别为碳酸钙镁（CaMg（CO3） 2）和二氧化硅。当煅烧温度达到750℃时，碳酸钙镁 部分分解为碳酸钙和氧化镁，其主相变为碳酸钙镁 （CaMg（CO3）2），氧化镁和氧化钙。由于碳酸钙 镁在750℃下分解出二氧化碳并溢出，所以在７５０℃ 的烧失量达到15.1％。当煅温度提高到1000℃时，碳 酸钙镁全部分解为氧化钙和氧化镁，烧失量达到45.68 ％。
XRD分析方法课堂PPT
• 数字检索（Hanawalt检索）
– 无法得知试样中物相的信息 – Hanawalt组合
• 将最强线的面间距d1处于某一范围，如：0.269－ 0.265nm
• 将面间距从999.99－0.00共分为40组
41
数字检索（Hanawalt检索）
• 根据XRD图谱和布拉格方程算出八强线对应晶面的 面间距d
– 出现空位或离子替代等情况
– 衍射峰数目不吻合
• 是否有衍射峰消失，原因？
• 是否有新的衍射峰出现（一般衍射峰的强度较低），可 能出现新的物相。
– 衍射峰强度不吻合
• 晶面的优先生长等
40
检索
• 字母检索
– 估计试样中可能的数种物相 – 通过其英文名称将有关卡片找出 – 与待定衍射花样对比，可确定物相
复习题
• 复习晶体结构的有关知识（固体物理，第一章）。 • 预习X射线衍射（XRD）的原理。 • 结合本专业查阅文献体会如何根据理论设计、制
备新材料。
1
物质的结构分析
• 进行物质结构分析方法主要有3大类
– 各种衍射技术
• 直接和精确测定分子和晶体结构的方法
– 各种光谱技术
• 红外光谱、激光拉曼光谱、紫外光 • 在各种状态测定结构，如液体
脱氧核糖核酸DNA测定
1964 化学
Dorothy Crowfoot Hodgkin
青霉素、B12生物晶体测定
1985 化学
霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle
直接法解析结构
鲁斯卡E.Ruska
电子显微镜
1986 物理
宾尼希G.Binnig
扫描隧道显微镜
罗雷尔H.Rohrer
– 无法得知试样中物相的信息 – Hanawalt组合
• 将最强线的面间距d1处于某一范围，如：0.269－ 0.265nm
• 将面间距从999.99－0.00共分为40组
41
数字检索（Hanawalt检索）
• 根据XRD图谱和布拉格方程算出八强线对应晶面的 面间距d
– 出现空位或离子替代等情况
– 衍射峰数目不吻合
• 是否有衍射峰消失，原因？
• 是否有新的衍射峰出现（一般衍射峰的强度较低），可 能出现新的物相。
– 衍射峰强度不吻合
• 晶面的优先生长等
40
检索
• 字母检索
– 估计试样中可能的数种物相 – 通过其英文名称将有关卡片找出 – 与待定衍射花样对比，可确定物相
复习题
• 复习晶体结构的有关知识（固体物理，第一章）。 • 预习X射线衍射（XRD）的原理。 • 结合本专业查阅文献体会如何根据理论设计、制
备新材料。
1
物质的结构分析
• 进行物质结构分析方法主要有3大类
– 各种衍射技术
• 直接和精确测定分子和晶体结构的方法
– 各种光谱技术
• 红外光谱、激光拉曼光谱、紫外光 • 在各种状态测定结构，如液体
脱氧核糖核酸DNA测定
1964 化学
Dorothy Crowfoot Hodgkin
青霉素、B12生物晶体测定
1985 化学
霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle
直接法解析结构
鲁斯卡E.Ruska
电子显微镜
1986 物理
宾尼希G.Binnig
扫描隧道显微镜
罗雷尔H.Rohrer
第五章 X射线衍射仪及物相定性分析PPT课件
16
1938年哈那瓦特创立了一套基本的迅 衍射图线条位置由衍射角2θ决定，而2θ角决定于波长及 面间距d值，d值是由物质确定的参数，不随衍射条件的 改变而改变，改由d值来代替2θ值就可避免衍射条件的不 确定性，即
(2)
2θ －－→ d
(2) 每一个d值对应一个强度，而强度随实验条件的变化而变 化，应此用各衍射线的相对强度代替绝对强度
(1) 连续扫描
探测器以一定的速度在选定的角度内进行连续扫描，探测 器以测量的平均强度，绘出谱线，特点是快，缺点是不准确， 一般工作时，作为参考，以确定衍射仪工作的角度。
(2) 步进扫描
探测器以一定的角度间隔逐步移动，强度为积分强度，峰 位较准确。
F. 峰值的确定
现代衍射仪的测量与计算均由计算机来控制,在出现峰值时， 计算机根据一定的规则确定峰位，即2θ角的位置。
第五章
X射线衍射仪及物相定性分 析
1
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
前言
点击此处输入 相关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
2
回顾－－粉末法成像原理
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 全是任意无规则的。各晶粒中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，则这些晶面的倒易矢 量分布于整个倒易空间的各个方向，而它们的倒易结点布满在 以倒易矢量的长度|g*|为半径的倒易球面上。
粉末法成像原理
圆柱试样的衍射几何 3
5.1 引言
1、发展历史：劳埃照相、德拜照相、衍射仪 2、德拜照相的优缺点：
优点：设备简单、要求试样量少 缺点：摄照时间长、准确度不高 3、衍射仪的优缺点： 优点：测量精确、信息量大、速度快、操作简便 缺点：设备昂贵、要求试样量大 特别是近年来，X射线衍射仪向大功率和全自动化的方向迅 速发展，采用计算机控制，结果数字化，衍射分析有特定的程 序，这就更充分显示了X射线衍射仪方法的优越性。目前，绝 大部分衍射工作都可以在X射线衍射仪上进行。
1938年哈那瓦特创立了一套基本的迅 衍射图线条位置由衍射角2θ决定，而2θ角决定于波长及 面间距d值，d值是由物质确定的参数，不随衍射条件的 改变而改变，改由d值来代替2θ值就可避免衍射条件的不 确定性，即
(2)
2θ －－→ d
(2) 每一个d值对应一个强度，而强度随实验条件的变化而变 化，应此用各衍射线的相对强度代替绝对强度
(1) 连续扫描
探测器以一定的速度在选定的角度内进行连续扫描，探测 器以测量的平均强度，绘出谱线，特点是快，缺点是不准确， 一般工作时，作为参考，以确定衍射仪工作的角度。
(2) 步进扫描
探测器以一定的角度间隔逐步移动，强度为积分强度，峰 位较准确。
F. 峰值的确定
现代衍射仪的测量与计算均由计算机来控制,在出现峰值时， 计算机根据一定的规则确定峰位，即2θ角的位置。
第五章
X射线衍射仪及物相定性分 析
1
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
前言
点击此处输入 相关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
2
回顾－－粉末法成像原理
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 全是任意无规则的。各晶粒中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，则这些晶面的倒易矢 量分布于整个倒易空间的各个方向，而它们的倒易结点布满在 以倒易矢量的长度|g*|为半径的倒易球面上。
粉末法成像原理
圆柱试样的衍射几何 3
5.1 引言
1、发展历史：劳埃照相、德拜照相、衍射仪 2、德拜照相的优缺点：
优点：设备简单、要求试样量少 缺点：摄照时间长、准确度不高 3、衍射仪的优缺点： 优点：测量精确、信息量大、速度快、操作简便 缺点：设备昂贵、要求试样量大 特别是近年来，X射线衍射仪向大功率和全自动化的方向迅 速发展，采用计算机控制，结果数字化，衍射分析有特定的程 序，这就更充分显示了X射线衍射仪方法的优越性。目前，绝 大部分衍射工作都可以在X射线衍射仪上进行。
XRD分析课件
第四页
1.2 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。
第五页
（1）X射线的波动性
❖ 我们称X射线激发的特征X射线为二次特征X射线或荧 光X射线。
第三十页
第三十一页
（2）俄歇效应
❖ 当高能级的电子向低能级跃迁时，能量不是产生二次X
射线，而是被周围某个壳层上的电子所吸收，并促使 该电子受激发逸出原子成为二次电子。这种效应是 俄歇1925年发现的。故称俄歇效应，产生的二次电 子称俄歇电子。 ❖ 二次电子具有特定的能量值，可以用来表征这些原 子。利用该原理制造的俄歇能谱仪主要用于分析材 料表面的成分。
能量愈大。
第七页
1.3 X射线的产生及X射线管
❖ X射线的产生有多种方式， 目前最常用的方式是通过 高速运动的电子流轰击 金属靶来获得的，有些特 殊的研究工作也用同步幅 射X射线源。
❖ 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。
h
能量：为普朗Fra bibliotekhv hc 克 常 数 ，
为
动量：
p
6.625×10-34J·s
h ，
c
为
光
速
，
为
2.998×108m/s
❖ 按照现代物理学理论，X射线具有波动性和粒子性，即为不连续 的“量子流”。这种量子性质在X射线与物质相互作用（如吸收、
1.2 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。
第五页
（1）X射线的波动性
❖ 我们称X射线激发的特征X射线为二次特征X射线或荧 光X射线。
第三十页
第三十一页
（2）俄歇效应
❖ 当高能级的电子向低能级跃迁时，能量不是产生二次X
射线，而是被周围某个壳层上的电子所吸收，并促使 该电子受激发逸出原子成为二次电子。这种效应是 俄歇1925年发现的。故称俄歇效应，产生的二次电 子称俄歇电子。 ❖ 二次电子具有特定的能量值，可以用来表征这些原 子。利用该原理制造的俄歇能谱仪主要用于分析材 料表面的成分。
能量愈大。
第七页
1.3 X射线的产生及X射线管
❖ X射线的产生有多种方式， 目前最常用的方式是通过 高速运动的电子流轰击 金属靶来获得的，有些特 殊的研究工作也用同步幅 射X射线源。
❖ 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。
h
能量：为普朗Fra bibliotekhv hc 克 常 数 ，
为
动量：
p
6.625×10-34J·s
h ，
c
为
光
速
，
为
2.998×108m/s
❖ 按照现代物理学理论，X射线具有波动性和粒子性，即为不连续 的“量子流”。这种量子性质在X射线与物质相互作用（如吸收、
XRD定量分析PPT课件
• 不足： (1) K值法可以只测量一个目的相，也可以测量全部目 的相，而绝热法则必须同时测出所有相。 (2) K值法可以测定含有未知相的多相混合物试样(未 知相不是目的相)，绝热法却不能。 (3) K值法能判断是否存在非结晶物质(如果左<右即表 示存在非结晶物质)，绝热法则不能。
定量分析的难点
测定强度与理论强度不一致。 1． 择优取向 – 多个线对测量 2． 其它相的干扰 – 避免重叠 3． 局部吸收 – 充分粉碎 4. 消光效应 – 选择反射本领较低的衍射线
Iα= K1 xα/ρα[xα(μα/ρα- μβ/ρβ) + μβ/ ρβ] 对纯α 相
(Iα)0 = K1/ μα 二者相除可消掉K1，得 Iα/ (Iα)0 = xα(μα/ρα) /[xα(μα/ρα- μβ/ρβ) + μβ/ ρβ] 测出Iα和 (Iα)0 ，已知各相的质量吸收系数，即可求得xα。 也可以确定若干个xα，在相同条件下测出同一根衍射线条的 强度Iα ，作出定标曲线，根据定标曲线中Iα/ (Iα)0 的值，可以 很容易确认α相 的含量
如左＝右，则样品中所有物相均为结晶相，强度数据可靠； 如左<右，则表明有非晶物质存在； 如左>右,表明强度数据或K值有误。
K值法不需作复杂的标准曲线，无繁杂计算，从而节省了分析时 间，应用较广。但与内标法一样，必须提供纯样品物质，受到一 定限制。
4、直接比较法（绝热法）
• 定量相分析时不与系统以外发生关系。用试样中的 某一个相作标准物质直接进行比较。
外标法的特点
• 不必在试样中加入无关的相，可以定量计 算混合物中单相的含量。
• 需要配制不同α含量的样品做定标曲线，过 程较为复杂。
2、内标法
• 在被测粉末样品中加入一种恒定的标准物质制成复合试样。 通过测复合试样中待测相的某一衍射线强度与内标物质某一 衍射线强度之比，测定待测相含量。
定量分析的难点
测定强度与理论强度不一致。 1． 择优取向 – 多个线对测量 2． 其它相的干扰 – 避免重叠 3． 局部吸收 – 充分粉碎 4. 消光效应 – 选择反射本领较低的衍射线
Iα= K1 xα/ρα[xα(μα/ρα- μβ/ρβ) + μβ/ ρβ] 对纯α 相
(Iα)0 = K1/ μα 二者相除可消掉K1，得 Iα/ (Iα)0 = xα(μα/ρα) /[xα(μα/ρα- μβ/ρβ) + μβ/ ρβ] 测出Iα和 (Iα)0 ，已知各相的质量吸收系数，即可求得xα。 也可以确定若干个xα，在相同条件下测出同一根衍射线条的 强度Iα ，作出定标曲线，根据定标曲线中Iα/ (Iα)0 的值，可以 很容易确认α相 的含量
如左＝右，则样品中所有物相均为结晶相，强度数据可靠； 如左<右，则表明有非晶物质存在； 如左>右,表明强度数据或K值有误。
K值法不需作复杂的标准曲线，无繁杂计算，从而节省了分析时 间，应用较广。但与内标法一样，必须提供纯样品物质，受到一 定限制。
4、直接比较法（绝热法）
• 定量相分析时不与系统以外发生关系。用试样中的 某一个相作标准物质直接进行比较。
外标法的特点
• 不必在试样中加入无关的相，可以定量计 算混合物中单相的含量。
• 需要配制不同α含量的样品做定标曲线，过 程较为复杂。
2、内标法
• 在被测粉末样品中加入一种恒定的标准物质制成复合试样。 通过测复合试样中待测相的某一衍射线强度与内标物质某一 衍射线强度之比，测定待测相含量。
X射线物相定性定量分析精选文档PPT课件
3.5 X射线物相定性分析
物相分析原理： 将实验测定的衍射花样与已知标准物质的衍射花样比较，
从而判定未知物相。 混合试样物相的 X 射线衍射花样是各个单独物相衍射花样
的简单迭加，根据这一原理，就有可能把混合物物相的各个物 相分析出来。
3.5 X射线物相定性分析
1. 物相标准衍射图谱（花样）的获取： 1) 1938年，J.D.Hanawalt等就开始收集并摄取各种已知物质的衍 射花样，将这些衍射数据进行科学分析整理、分类。 2) 1942年，美国材料试验协会ASTM整理出版了最早的一套晶体物 质衍射数据标准卡，共计1300张，称之为ASTM卡。
Dia 为照相机镜头直径，当相机为非圆筒形时，注明相机名称
Cut off. 为相机所测得的最大面间距；
Coll. 为狭缝或光阑尺寸；
I/I
为测量衍射线相对强度的方法
1 （衍射仪法—Diffractometer，测微光度计法—
Microphotometer，目
测法—Visual）；
dcorr abs？ 所测d值的吸收矫正（No未矫正，Yes矫正）；
3) 1969年，组建了“粉末衍射标准联合委员会”（The Joint Committee on Powder Diffraction Standards，JCPDS），专门负责 收集、校订各种物质的衍射数据，并将这些数据统一分类和编号，编制 成卡片出版。这些卡片，即被称为PDF卡（The Powder Diffraction File），有时也称其为JCPDS卡片。
3.5 X射线物相定性分析
2）结晶物质有自己独特的衍射花样。（d、θ和 I）;
3）多种结晶状物质混合或共生，它们的衍射花样也只是 简单叠加，互不干扰，相互独立。（混合物物相分析）
XRD实验物相定性分析上课讲义
XRD实验物相定性分析一、实验目的1、学习了解X射线衍射仪的结构和工作原理。
2、掌握X射线衍射物相定性分析的原理和实验方法。
3、掌握X射线分析软件Jade5.0和图形分析软件OriginPro的基本操作组成：主要由X 射线发生器、测角 仪、辐射探测器、记录单元及附件(高 温、低温、织构测定、应力测量、试样 旋转等)等部分组成。
核心部件：测角仪C-计数管；S1、S2-梭拉缝；D-样品；E-支架；K 、L-狭缝光栏；F-接受光栏；G-测角仪圆；H-样品台； O-测角仪中心轴；S-X 射线源；M-刻度盘；图1.测角仪结构原理图图2.测角仪的光路图X 射线源S 是由X 射线管靶面上的线状焦斑产生的线状光源。
线状光源首、实验仪器D8 Advanee 型X 射线衍射仪(1)测角仪先通过梭拉缝S1,在高度方向上的发散受到限制。
随后通过狭缝光栅K，使入射X射线在宽度方向上的发散也受限制。
经过S1和K后，X射线将以一定的高度和宽度照射在样品表面，样品中满足布拉格衍射条件的某组晶面将发生衍射。
衍射线通过狭缝光栏L、S2和接受光栏F后，以线性进入计数管C,记录X射线的光子数，获得晶面衍射的相对强度，计数管与样品同时转动，且计数管的转动角速度为样品的两倍，这样可以保证入射线与衍射线始终保持2B夹角，从而使计数管收集到的衍射线是那些与样品表面平行的晶面所产生的。
9角从低到高，计数管从低到高逐一记录各衍射线的光子数，转化为电信号，记录下X射线的相对强度，从而形成I相对一的关系曲线，即X射线衍射花样。
(2) X射线发生器X射线管实际上就是一只在高压下工作的真空二极管，它有两个电极：一个是用于发射电子的灯丝，作为阴极，另一个是用于接受电子轰击的靶材，作为阳极，它们被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。
X射线管提供电部分至少包含有一个使灯丝加热的低压电源和一个给两极施加高电压的高压发生器。
当钨丝通过足够的电流使其发生电子云，且有足够的电压(千伏等级)加在阳极和阴极间、使得电子云被拉往阳极。
X射线衍射分析(XRD)PPT课件
1845——1923) 面有广泛应用，因此而获得1901年诺贝尔物
理奖。 2021
4
X射线衍射技术的主要应用领域
1，晶体结构分析：人类研究物质微观
结构的第一种方法。
2，物相定性分析 3，物相定量分析
4，晶粒大小分析 5， 非晶态结构分析，结晶度分析
6，宏观应力与微观应力分析 7，择优取向分析
2021
50
40 Mo
30 Cu
Ka 1
20
10 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
1/2 (109 Hz1/2)
1 CZ
K1: C=3*103 =2.9
2021
C1Z
K1: C1=5.2*107 =2.9
37
产生机理
• 特征X射线谱的产生机理与阳极物质的原子内 部结构紧密相关的。
2021
30
当增加X射线管的电压，连续X射线谱有下列特征
1，各种波长的X射线的 相对强度一致增高， 2，最高强度的射线的波 长逐渐变短（曲线的峰 向左移动）， 3，短波极限逐渐变小， 即0向左移动， 4，波谱变宽。
Intensity
50 kV
2
40 kV
1
30 kV
20 kV
0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
•
相互关系为：
eV
hmax
hc
0
或者
0
hc eV
• 式中 e —电子电荷，等于 1.61019C（库仑）
• V—管电压
• h—普朗克常数，等于 6.6251034js
2021
27
相关习题
• 试计算用50千伏操作时，X射线管中的电子 在撞击靶时的速度和动能，所发射的X射线 短波限为多少？
XRD测量及原理ppt课件
PDF卡片
各种已知物相衍射花样的规范化工作于1938年由 哈那瓦特(J. D. Hanawalt)开创。
他的主要工作是将物相的衍射花样特征(位置与强 度)用d(晶面间距)和I(衍射线相对强度)数据组表 达并制成相应的物相衍射数据卡片。
卡片最初由“美国材料试验学会(ASTM)”出版， 称ASTM卡片。
1969年成立了国际性组织“粉末衍射标准联合会 (JCPDS)”，由它负责编辑出版“粉末衍射卡片”， 称PDF卡片。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
五、X-射线衍射分析应用
物相分析
单一物相的鉴定或验证 定性分析
混合物相的鉴定 定量分析
等效点系的测定 晶体结构分析 晶体对称性（空间群）的测定
晶粒度测定 晶体定向 宏观应力分析
点阵常数（晶胞参数）测定
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
波长为
的入射束分别照射到处于相邻晶
面的原子上，晶面间距为d，在与入射角相等
的反射方向上产生其散射线。当光程差等于波
长的整数倍 n 时，光线就可以出现干涉加强，
即发生衍射。 衍射线的方向恰好等于原子面对
入射线的反射，所以才借助镜面反射规律来描
述 X 射线的衍射几何。必须注意， X 射线的
XRD定量分析
＝ K4xA ’ ＝ KSxA 因 xA’ = xA(1- xS) 此时A相含量 xA与IA / IS 线性相关。
第八页，编辑于星期三：五点 四十八分。
KS的处理：
IA/ISK SxA
做出A相与标准物质复合试样的定标曲线，即，事先测量出一套 由已知A相浓度的原始试样和恒定浓度的表征物质（即xＳ不变） 组成的复合试样，做出定标曲线,测定其IA /SiO2, NiO
若被测试样含Ａ、Ｂ、Ｃ等n个相，欲测A相，可掺内标物质S，此时
Ａ相的体积分数分别为ＣA 和ＣA’ ，而Ｃｓ为标准物质在复合试样
中的体积分数，则在复合试样中：
ＩＡ＝Ｋ２ＣA’ ／μ， ＩＳ ＝Ｋ３ＣＳ ／μ IA / IS ＝Ｋ２ＣA’ ／Ｋ３ＣＳ ＝Ｋ２xA’ ρs ／Ｋ３xＳρA
100 R •
I
R I
若有第三相碳化物C存在，加测Ic求Iγ / Ic及Rγ /Rc，求得
Cγ/Cc 因Cγ+ Cα+ Cc = 1，即可定量求出
C％＝1＋10R0
Cc • I
R I
第十三页，编辑于星期三：五点 四十八分。
▪ 优点: 省去了加入内标物质的操作过程 (研磨，混合等)，
避免了增加额外的线条，减少了谱线重叠的机会. 再有， 由于没有内标物质的稀释作用，微量相的线强度不受影 响，防止了检测灵敏度的下降。 ▪ 不足： (1) K值法可以只测量一个目的相，也可以测量全部目 的相，而绝热法则必须同时测出所有相。
二者相除可消掉K1，得
Iα/ (Iα)0 = xα(μα/ρα) /[xα(μα/ρα- μβ/ρβ) + μβ/ ρβ]
测出Iα和 (Iα)0 ，已知各相的质量吸收系数，即可求得xα。 也可以确定若干个xα，在相同条件下测出同一根衍射线条的强度Iα ，作出定标曲线，根据定标曲线中Iα/ (Iα)0 的值，可以很容易确 认α相 的含量
第八页，编辑于星期三：五点 四十八分。
KS的处理：
IA/ISK SxA
做出A相与标准物质复合试样的定标曲线，即，事先测量出一套 由已知A相浓度的原始试样和恒定浓度的表征物质（即xＳ不变） 组成的复合试样，做出定标曲线,测定其IA /SiO2, NiO
若被测试样含Ａ、Ｂ、Ｃ等n个相，欲测A相，可掺内标物质S，此时
Ａ相的体积分数分别为ＣA 和ＣA’ ，而Ｃｓ为标准物质在复合试样
中的体积分数，则在复合试样中：
ＩＡ＝Ｋ２ＣA’ ／μ， ＩＳ ＝Ｋ３ＣＳ ／μ IA / IS ＝Ｋ２ＣA’ ／Ｋ３ＣＳ ＝Ｋ２xA’ ρs ／Ｋ３xＳρA
100 R •
I
R I
若有第三相碳化物C存在，加测Ic求Iγ / Ic及Rγ /Rc，求得
Cγ/Cc 因Cγ+ Cα+ Cc = 1，即可定量求出
C％＝1＋10R0
Cc • I
R I
第十三页，编辑于星期三：五点 四十八分。
▪ 优点: 省去了加入内标物质的操作过程 (研磨，混合等)，
避免了增加额外的线条，减少了谱线重叠的机会. 再有， 由于没有内标物质的稀释作用，微量相的线强度不受影 响，防止了检测灵敏度的下降。 ▪ 不足： (1) K值法可以只测量一个目的相，也可以测量全部目 的相，而绝热法则必须同时测出所有相。
二者相除可消掉K1，得
Iα/ (Iα)0 = xα(μα/ρα) /[xα(μα/ρα- μβ/ρβ) + μβ/ ρβ]
测出Iα和 (Iα)0 ，已知各相的质量吸收系数，即可求得xα。 也可以确定若干个xα，在相同条件下测出同一根衍射线条的强度Iα ，作出定标曲线，根据定标曲线中Iα/ (Iα)0 的值，可以很容易确 认α相 的含量
- 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)。
电子衍射物相定性分析技术及应用 TEM中的衍射衬度理论(艾延龄) 晶界、相界分析方法及工程应用(艾延龄) 材料疲劳与断裂研究分析及及工程应用 近代物理研究方法在腐蚀方面的应用
X射线衍射物相定量分析技术及其工程应用
1、研究目的 2、定量相分析基本原理 3、定量相分析方法
3.1 K值法分析方法及其应用实例 3.2 绝热法分析方法及其应用实例 3.3 直接对比法及其应用实例
引言
材料：金属材料、无机非金属 近代物理分析方法： OM、 XRD、 SEM、TEM、AEM、力学物理性能检测 用近代物理分析手段来研究材料组织、 结构、性能及其关系
硕士学位课程·现代物理检测技术
1
Gleeble-1500热模拟系统
硕士学位课程·现代物理检测技术
2
MTS 疲劳试验机
硕士学位课程·现代物理检测技术
★ 测量混合样品的衍射谱，测量M和标准物质刚玉的最强 峰强度分别为2210和895，两数相除得M相的K值为2.47
★ 按上面的方法依次测量Q和C相的K值分别为8.08和9.16
★ 测量图谱并计算强度
取待测样品1g，加入3.22g刚玉粉，制成混合样 （Ws=0.69）， 测得混合样品中4个相的强度分别为：
3
MET金相显微镜（图象分析系统）
硕士学位课程·现代物理检测技术
4
D-MAX 2500 X-射线衍射仪
硕士学位课程·现代物理检测技术
5
Tecnai G2 20 S-TWIN分析电镜
硕士学位课程·现代物理检测技术
6
Sirion 200型冷场发射扫描电镜
2nm, 10-5 Pa
硕士学位课程·现代物理检测技术
1、研究目的
在定性物相分析的基础上测定多相 物质中各相的含量
Al MgZn2
XRD
TEM
100nm
2、定量相分析基本原理
● 理论基础
相的衍射强度(I)与该物质参与衍射的体 积(V)成正比，对于衍射仪法，单相体系物 相衍射线强度为：
I 31 R 2 I0m e 2 C 44V 0 3 2VH 2F P K s 1 L 2 icn c 2 o 2 o s e s 2 M 2 1
Wj '
n1
2 j
Wj (m) j
j 1
IS CKS
WS
n1
2S
Wj ( m)j
j1
Ij Kj
Is
KS
s j
Wj' W S
KS j
Wj' W S
式中Ksj
Kj s Ks j
K
j s
Ij Is
Ws W’j
● KSJ的测定
预先制备一个待测相j和标准物质(不与试验 样品发生化学反应,化学性质稳定 )重量比为1： 1的两相混合试样
CKA
WA
2A(m)
在这种情况下，IA与WA成线性关系
3、定量相分析方法
3.1 K值法
3.1.1 原理和方法
● 往待测试样中加入一定量标准的内 标物质(一般情况下用刚玉粉 )制成复合试样
●测定待测相的某一衍射线条强度与内 标物质某一衍射线强度之比
K值法条件下，某相衍射强度计算公式
I j CKj
I j CKj
Wj
n
2 j
Wj ( m )'j
j 1
I j CKj
Wj
n
2 j
Wj ( m )'j
j 1
若多相体系只有二个相A和B
IACA K 2A[W A( m W )A AW B( m )B]
若二相是同素异构体，则：
IACA K2A[WAW A W B] (m)
7
Quanta -200 环境扫描电镜
3nm, 6 X 10 Pa
硕士学位课程·现代物理检测技术
8
讲授内容
X射线衍射物相定量分析技术及其工程应用 X射线衍射线形分析技术及其工程应用 X射线衍射织构分析技术及应用 X射线衍射分析技术(Lab) 电子背散射技术（EBSD）及其应用 电子探针微区成分分析技术及应用 扫描电子显微分析-微区成分分析(Lab)
测量两相某衍射线强度比，则可计算得
到：
KSj
Ij IS
WS Wj'
Ij S
Ij Is
Kj Wj' KS WS
KSj
Wj' WS
得：W
' j
Ij IS
WS
K
j S
待测相j在待测物质中的实际重量百分数为:
Wj
W
' j
1 WS
3.1.2 K值法的特点
● K值与待测相和内标物质的含量无关，因此可以在待
3.1.2 K值法应用实例
● 样品中含有3个相：莫来石（M），石 英 （Q），方解石（C）
● 要求 计算3个相的质量分数
● 实验步骤
★ 测量每个物相的K值 用电子分析天平（精度1/1000克）称量M相 的纯样品1g， 再称量标准物质刚玉1g加入到M中，制成1个混合样（充 分研磨1小时，硬度时用力不能过度，否造成应力和粉 末颗粒太小）
对于有几个相的多相体系：
I j CKj
Vj
n
2 Wj (m)
j1
j
式中：
C312RI0
e4 m2C4
3
KjV102Fh2kPls1i2ncco2osse2M
Vj
Wj
i
Vj为体系中j相的体积百分数，
j为体系中j相的密度，Wj为j相的重量百 分数
(μm)j为体系中j相的质量吸收系数
0.69 8.08
0.15215
WQ
0.15215 1 0.69
49.08%
★ 计算C相 的含量
WC,
6660 4829
0.69 9.16
0.10389
0.10389 WC 1 0.69 33.51%
3.2 绝热法
3.1.1 绝热法特点
● 绝热法定量分析时不与系统以外发生关系，即不掺入 标准物质，而是以系统内的某一个相作为标准物质
测相中加入任意含量的内标物质
● 只需要制备一个混合样就可以测量出一个相的K值，
不需要制作定标曲线
● K值具有常数意义，只要待测相、内标物、实验条件
相同，无论相的含量如何变化都可以使用相同的K值
● 需要加入标准物质，是粉末状试样定量分析可选方法 ● 在现有的许多PDF卡片上记录了相的K值，可以用于实
验室无法获得待测相的纯样的情况
IM=922，IQ=8604，IC=6660，Is=4829 ★ 计算M的含量
由 将公 数式 据：W代j'：入 IISj
WS KSj
WM,
922 0.69 4829 2.47
0.05334
WM
0.05334 17.21% 1 0.69
★ 计算Q相 的含量
W Q,
8604 4829