第5章 单晶X射线衍射仪
第五章X射线衍射方法107
特殊试样的制备方法：
当样品很少时，可将粉末和胶调匀徐在平玻片上制成。
对一些多晶质的固体样品，如果其中的晶粒足够细， 也可不必研磨成粉末。只要切磨出一个平整的面， 且样品的大小合适即可。如一些金属块、陶瓷片。
L
d/d
晶面间距的变化引起的衍射线条的位置改变
L = 2R d/d -ctg
－2R sin =－2R sin =－2R n/2d
cos
1- sin2
1-(n/2d)2
－2R sin =－2R sin =－2R n/2d
cos
（2）将晶体粉末与适量的树胶混合均匀，调成面团状，然后夹 在两片毛玻璃之间，搓成所是粗细的粉末柱。
（3）试样粉末装填于预先制备的胶管或含轻元素的玻璃毛细管 中，制成粉末柱。
4. 衍射花样的测量和计算
衍射角度的测量
主要是通过测量底片上衍射线条的相对位置计算角
衍射弧对与角的关系
对于前反射区（2<90）衍射弧对， 有
6. 样品的制备
1、制备样品的方法
与照相法的粉末试样制备一样，试样中晶体微粒 的线性大小以在10-3mm数量级为宜，对无机非金属 样品，可以将它们放在玛瑙研钵中研细至用手指搓 摸无颗粒感时即可。金属或合金试样用锉刀挫成粉 末。所需的样品量比照相法要多，大约在0.5-1克 左右。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6. 样品的制备
被测试样制备良好，才能获得正确良好的衍射信息。 对于粉末样品，通常要求其颗粒平均粒径控制在5μm左右，
3）X射线的波长越长，分辨本领越高。所以为了提高相机的 分辨本领，在条件允许的情况下，应尽量采用波长较长的X射 线源。
x射线单晶衍射仪介绍
2 d (h k l)·sinθn = nλ
式中,θn为入射线或反射线与晶面族 式中 为入射线或反射线与晶面族 之间的夹角， 为入射 射线波长， 为入射X射线波长 之间的夹角，λ为入射 射线波长， n为反射级数。 为反射级数。 为反射级团的结构， 衍射线的强度是与被重复排列的原子团的结构，也即和原 子在晶胞中的分布状况（坐标）有关。 子在晶胞中的分布状况（坐标）有关。 引入结构因子F h k l ，F(hkl)表示晶体对 射线衍射的总效 表示晶体对X-射线衍射的总效 引入结构因子 表示晶体对 应:
技术特点
1、CCD探头无束锥，1:1耦合，光学纤维长度仅 mm，无 、 探头无束锥， 耦合 光学纤维长度仅1 耦合， 探头无束锥 ， 图象畸变，灵敏度高。 图象畸变，灵敏度高。 2、映象面积 mm×62 mm，4 K CCD芯片，其面积大容量 芯片， 、映象面积62 × ， 芯片 象素分辨率高： 高，象素分辨率高：15 µm×15 µm，量子效率 × ，量子效率>170电子 电子 /X光子（Mo），暗流低（0.1el/pix.sec）。 光子（ ），暗流低（ ），暗流低 光子 ）。 3、芯片有四个寄存器输出通道口，有效读出速度。 、芯片有四个寄存器输出通道口，有效读出速度。 4、APEX CCD井深 ×107个电子，20位动态范围，有利 井深3.2× 个电子 个电子， 位动态范围 位动态范围， 、 井深 收集强反射而不溢出。 收集强反射而不溢出。 5、磷光膜可同时使用于 和Cu靶光源，Mo、Cu光源互换 靶光源， 、 光源互换 、磷光膜可同时使用于Mo和 靶光源 简便。 简便。
I hkl = k • Fhkl
I
hkl
2
2
∝
F
hkl
通过衍射强度数据分析，可测定晶体结构。 通过衍射强度数据分析，可测定晶体结构。
x射线单晶衍射仪的工作原理
x射线单晶衍射仪的工作原理X 射线单晶衍射仪就像是一个超级厉害的“侦探”，能帮我们揭开晶体内部的神秘面纱。
咱们先来说说 X 射线是咋回事。
这 X 射线呀，就像一群特别调皮的小精灵，它们以超快的速度向前冲。
当这些小精灵碰到晶体的时候，可就有意思啦！晶体里面的原子就像一个个排列整齐的小士兵，X 射线打在它们身上，会发生散射。
散射之后的 X 射线会形成一些特定的图案，就好像是给我们留下了一些线索。
而X 射线单晶衍射仪呢，就是专门来收集和分析这些线索的。
你想想，晶体内部的原子排列那可是相当有规律的。
X 射线打进去，就像是在一个精心布置的迷宫里穿梭。
不同位置的原子散射出来的 X 射线，角度和强度都不一样。
这个仪器就特别聪明，它能把这些散射出来的 X 射线都捕捉到。
然后通过一系列复杂但又超级厉害的计算和分析，就能得出晶体内部原子的位置、化学键的长度和角度等等好多重要的信息。
比如说，它能告诉我们原子之间的距离有多远，它们是怎么手拉手形成化学键的。
这就像是知道了一个神秘城堡的内部结构一样，是不是很神奇？而且哦，这个过程就像是一场精彩的解谜游戏。
仪器收集到的数据就像是一堆乱码，科学家们要通过各种方法和算法，把这些乱码整理清楚，最终找到答案。
有时候，为了能得到更准确的结果，还需要对晶体进行精心的准备和处理。
就像是给参加比赛的选手做好充分的准备一样，要让晶体处于最佳状态，这样 X 射线单晶衍射仪才能更好地发挥作用。
你再想想，如果没有这个厉害的仪器，我们想要了解晶体内部的结构，那可真是难上加难。
但是有了它，就好像给我们打开了一扇通往微观世界的大门，让我们能够一探究竟。
总之呀，X 射线单晶衍射仪就是科学界的一个大宝贝，帮助我们不断探索未知，解开一个又一个的科学谜团！怎么样，是不是觉得它超级酷？。
(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。
第五章X射线衍射仪介绍
第五章X射线衍射仪介绍第一篇：第五章X射线衍射仪介绍第五章X射线衍射仪介绍德国布鲁克AXS公司X射线衍射X射线衍射(XRD)是所有物质，包括从流体、粉末到完整晶体，最重要的无损分析工具。
对材料学、物理学、化学、地质、环境、纳米材料、生物等领域来说，X射线衍射仪都是物质表征和质量控制不可缺少的方法。
我们的解决方案所涵盖的领域包括：物相分析：可变狭缝：选择您需要的试样照射面积适合Cr、Fe、Co、Cu、和Mo靶的二次单色器闪烁计数器、Sol-X 固体探测器、位敏探测器PSD、面探测器原始数据直接检索 DIFFRACplus物相检索:对整个PDF卡片库的快速物相检索晶体学（晶粒大小、指标化、点参测定、解结构等）薄膜分析织构与残余应力研究不同温度、气氛条件下的原位相变动态研究微量样品和微区试样分析纳米材料实验室及过程自动化组合化学[D8 ADVANCE 系列衍射仪] [D8 DISCOVER高分辨率衍射仪] [D8 GADDS面探测器衍射仪][D8 DISCOVER 组合化学衍射仪] [D4 过程控制衍射仪][“纳米星”NANOSTAR小角散射系统][附件][XRD软件]X射线荧光光谱仪(XRF)作荧光分析我们的波长色散X射线光谱仪（也称：光谱仪解决方案）确保非破坏性、无环境污染、安全的多元素分析。
二维探测器：快速相分析在常规的X射线衍射分析中，微量试样或有择优取向样品通常是装在薄的玻璃毛细管中进行测量。
对此类试样，其散射信号非常弱。
而在较大立体角范围内探测衍射信号时，如测量整个或部分得拜环，则可得到可靠的衍射花样。
D8 DISCOVER衍射仪系列中的GADDS系统以其独特的二维面探测器技术为您提供了完美的解决方案。
元素分析范围从铍到铀含量范围从零点几个ppm到100 % 无标样XRF分析准确度: 0.05 %(相对误差)样品形态: 金属、非金属样品、粉末、液体样品制备简单快捷无需试样或探测器移动，即可同时采集大角度2 范围数据实时数据采集和显示即使来自弱散射试样同样可获得精确的数据围绕Debye环强度积分消除择优取向影响优异的峰背比薄膜分析：从玻璃或金属上的薄膜到外延膜均可分析随着应用领域的不同，薄膜和涂层的性能也不一样。
第四章、第五章 X射线衍射方法及分析
主要内容
1. 定性分析
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 定性分析原理 PDF卡片 PDF卡片 索引 单相物质的定性分析 多相物质的定性分析
2. 定量分析
2.1 2.2 2.3 2.4 定量分析原理 直接比较法 内标法 K值法 K值法
材料研究经常需要知道材料中包含几种结晶 物质或某种物质以何种结晶状态存在. 物质或某种物质以何种结晶状态存在. 材料中的一种物质称为一个相 材料中的一种物质称为一个相,此类问题称 物相分析. 物相分析. 物相:试样中由各种元素形成的具有固定结 物相:试样中由各种元素形成的具有固定结 的化合物.(包括单质元素和固溶体) .(包括单质元素和固溶体 构的化合物.(包括单质元素和固溶体)
工作原理
只测量平行于样品表面的晶面,试样和测角仪以1:2的角速度转动 只测量平行于样品表面的晶面,试样和测角仪以1:2的角速度转动
衍射仪光路图 衍射仪光路图
梭拉狭缝由一组等距平行的重金属薄片组成, 梭拉狭缝由一组等距平行的重金属薄片组成,用来限 制由焦点F发出的射线的水平发散角 发出的射线的水平发散角. 制由焦点 发出的射线的水平发散角. 接收狭缝用以排除非衍射线进入计数管和限制衍射束 在水平方向上的发散度,使衍射线背底得到改善. 在水平方向上的发散度,使衍射线背底得到改善.
2. 定性相分析基本方法
制备单相物质的衍射花样使之规范化, 制备单相物质的衍射花样使之规范化,将欲 分析物质的衍射花样与之对照 对照, 分析物质的衍射花样与之对照,从而确定物 质的相组成. 质的相组成. 将试样的d I数据与已知晶体的d I数据 将试样的d ~ I数据与已知晶体的d ~ I数据 数据与已知晶体的 对比. 对比.
目前大量应用的是粉末衍射卡片库, 目前大量应用的是粉末衍射卡片库,每张晶 体的衍射数据标准卡片上列出晶体的粉末衍 射花样的基本数据.称为PDF卡片 卡片( 射花样的基本数据.称为PDF卡片(The Powder Diffraction File) File) 物相定性分析的核心就是如何运用PDF卡片. 物相定性分析的核心就是如何运用PDF卡片. 卡片
x射线单晶衍射仪原理
x射线单晶衍射仪原理
X射线单晶衍射仪是一种用于研究物质结构的仪器，其原理基于X射线的物质衍射现象和布拉格定律。
当X射线通过一束入射光线照射到晶体上时，晶体中的原子
会对X射线进行散射。
这种散射过程被称为物质的X射线衍射。
根据布拉格定律，当入射光线与晶体晶面间距的2倍之比等于衍射角的正弦值时，会出现最强的衍射现象。
衍射角的大小取决于晶体的晶面间距和入射光线的波长。
X射线单晶衍射仪利用这一原理来测定晶体的结构。
首先，一束单色的X射线从射线源发出，经过光学元件聚焦后照射到
晶体上。
晶体中的原子会对射到其上的X射线进行散射。
散
射的X射线在晶体内部相互干涉，然后衍射出来。
接收到的
衍射信号通过一个衍射器件（例如闪烁屏或探测器）进行检测。
通过调整入射角度和测量衍射角度，可以根据布拉格定律计算出晶体的晶面间距和晶体结构的其他参数，如晶胞尺寸和原子位置。
X射线单晶衍射仪的原理使其成为研究材料结构和晶体学的重要工具。
它广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域的研究和实验中。
射线衍射仪
PART 5
应用领域
PART 1
主要组成部分
主要组成部分
X射线衍射仪主要由X射线源、样品台、探测器、数据收集系统和数据处理系统组成
主要组成部分
01
02
03
04
05
X射线源
产生高能X射线，通常 使用的是阳极靶和X射
线管
样品台
用于放置样品的装置， 可以衍射 的X射线
数据收集系统
作用，产生衍射现象
Step.03
不同的晶体结构和化学 成分会产生不同的衍射 图案，通过对衍射图案 的分析可以推断样品的
晶体结构和化学成分
Step.04
01
02
03
04
PART 3
样品要求
样品要求
X射线衍射仪对样品的要求较低，只要是固体样品都可以进行测试。但是为了获得更准确 的测试结果，需要对样品进行一些要求
样品应该是单一晶体：避免含有多种晶 体结构的样品对测试结果的干扰 样品应该具有一定的纯度：避免杂质对 测试结果的干扰 样品表面应该平整：避免样品表面的不 平整对测试结果的干扰 样品应该具有一定的粒度：通常要求样 品粒度小于0.5mm，避免样品粒度过大对 测试结果的干扰
PART 4
实验步骤
实验步骤
精度高：X射线衍射仪测试样 品的晶体结构和化学成分的 精度较高
应用广泛：X射线衍射仪可以 应用于材料科学、化学、生 物学、医学、地质学等多个 领域
05-X射线衍射分析原理
布拉格方程是X射线在晶体中衍射必须满
足的基本条件。它反映了衍射线的方向（用θ表 示）与晶体结构（用d代表）之间的关系。可通 过θ的测定，在λ已知的情况下，解出d。或者d已 ）选择反射 X射线从原子面的反射与可见光的镜面反射 不同，前者是有选择的反射，其选择条件为布拉格 定律；而一束可见光以任意角度投射到镜面上时都 可以产生反射，即反射不受条件限制。 因此，X射线的晶面反射称为选择反射。
衍射方向决定于：
晶胞大小、形状及位向等因素。 衍射强度决定于： 晶胞中的原子种类、数量及其具体分布排列。 X射线的衍射方向描述方法：
劳埃方程、布拉格方程和衍射矢量方程。
二、布拉格方程式(Bragg) 晶体对X射线的衍射在形式上可看成是在 特定条件下晶体的面网对X射线的“反射”。 将衍射成反射，是导出布拉格方程的基 础。1912年，由英国物理学家布拉格提出。
C
O
1/λ
O*
可将上述描述拓宽至三维空间，假设存在 一个半径为1/λ的球面，令X射线沿球面的直径 方向入射，则球面上所有点均满足布拉格条件， 该球被命名为反射球。
该法由厄瓦尔德提出，故称为厄瓦尔德球， 该作图方法被称为厄瓦尔德图解。
四、劳埃方程式(Laue)
1、一维原子列对X射线的衍射 一维原子列的衍射线可看成一个行列对 X射线的衍射。如下图，点阵周期为a0
满足劳埃第一方程式，即可产生衍射， 衍射线与行列成αh角，即与行列夹角为αh的 方向都可产生衍射，因此衍射线的分布是 以原子列为轴、以αh为半径角的圆锥母线。
h每等于一个整数值(0,1, 2……)，即形成一 个圆锥状衍射面。 因此一维原子列对X射线的的衍射为一套 圆锥。
如果用单色X射线垂直照射原子列 (α0=90)时： a0 cosα h = h， cosα h = h / a0
x射线单晶衍射仪介绍
晶体结构分析的过程
1．晶体的选择与安置 2．测定晶胞参数与基本对称性 3．测定衍射强度数据 4．衍射数据的还原与校正 5．结构解析 6．结构精修 7．结果的解释与表达
二、晶体的X射线衍射发展简介
40-50年代，开展了对有机化合物的晶体结构测定，特 别是60年代开始至现在方兴未艾的蛋白质生物大分子 结构的测定，对生命科学、环境科学、医药化学的发 展，提供了有力的工具。
60年代随着计算机的发展，计算机控制的单晶衍射仪 问世，衍射数据收集ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ速度、精度大大提高。四圆衍 射仪和直接法的使用，大大改变了X射线晶体学的面 貌。
Database ICSD）(德国)； （4）NRCC金属晶体学数据文件库（加拿大）； （5）粉末衍射文件数据库（JCPDS-ICDD）（美国） 。
30年代测定一个普通的晶体结构要耗费数月的时间， 研究晶体需有重原子，所得的精确度相对较低。如今 只要得到大小适宜的单晶样品，不论分子是否复杂或 有无重原子，一般都能在几天内测出单晶结构，而且 精度较高。
一般说，球形优于立方形，优于针状，优于扁平形。
晶体的安置
通常也叫粘晶体，安置前一般最好先要观察其 是否稳定。首先，将晶体用胶液粘在玻璃毛上：
晶体的安置方法
a
b
c
d
a 将晶体粘在玻璃毛上的正确做法 b 将晶体上包上一层胶等保护晶体 c 将晶体装在密封的毛细玻璃管中 d 将晶体粘在玻璃毛上的不正确做法
复排列的固体物质 单晶体：基本由同一空间点阵所贯穿形成的晶块。 如：金刚石，石英，萤石，锆晶体 多晶体：由许多很小的单晶体按不同取向聚集而成
的晶块。 如：金属，粉末试剂等
一、晶体的基本特征
由于晶体中原子是周期排列的，其周期性可用点阵表示。而 一个三维点阵可简单地用一个由八个相邻点构成的平行六面 体（称晶胞）在三维方向重复得到。一个晶胞形状由它的三 个边（a,b,c）及它们间的夹角（γ，α，β）所规定，这六个 参数称点阵参数或晶胞参数。
x射线衍射仪原理图
x射线衍射仪原理图
X射线衍射仪原理图。
X射线衍射仪是一种用于研究材料晶体结构的重要仪器，它利用X射线与晶体
相互作用的原理，通过观察衍射图案来推断晶体的结构信息。
本文将介绍X射线
衍射仪的原理图及其工作原理。
X射线衍射仪主要由X射线源、样品台、衍射仪、探测器等部分组成。
X射线
源产生高能X射线，经过样品台后照射到待测样品上。
样品中的原子核和电子会
对X射线产生散射，形成衍射图案。
衍射仪用于收集和记录衍射图案，探测器则
用于将衍射信号转化为电信号进行处理。
X射线衍射仪的工作原理是基于布拉格定律。
当X射线入射到晶体上时，由于
晶格间距的规则性排列，X射线会被晶格中的原子散射，形成一系列衍射峰。
这些衍射峰的位置和强度与晶体的结构有密切的关系，通过分析衍射图案，可以得到晶体的晶胞参数、晶面间距以及原子位置等信息。
X射线衍射仪的原理图如下所示：
在实际使用中，为了获得清晰的衍射图案，需要调整X射线源的位置和能量、样品的旋转角度和位置，以及衍射仪的接收角度等参数。
通过精确控制这些参数，可以获得高质量的衍射数据，从而推断出材料的晶体结构信息。
除了用于材料科学研究外，X射线衍射仪还广泛应用于无机化学、生物化学、
药物研究等领域。
在材料制备和质量控制过程中，X射线衍射仪也扮演着重要角色，可以帮助科研人员和工程师们更好地理解材料的结构和性能。
总之，X射线衍射仪作为一种重要的材料分析工具，具有广泛的应用前景。
通
过对其原理图及工作原理的深入理解，可以更好地利用这一仪器进行科学研究和工程实践，为材料科学和相关领域的发展做出贡献。
05-X射线衍射仪..
7.3 衍射信息的获取
1. 衍射线峰位的确定
（1）图形法 • 峰值法
以衍射线上强度最大值 处的角度2θ作为峰位的定 峰位法，称为峰值法 • 弦中点法
在衍射线强度1/2或1/3 处绘一条平行于背底的弦， 以弦中点处角度2θ作为峰 位 • 弦中点连线法
在 强 度 1/2 、 2/3 、 3/4 处各绘一弦，将其中点连 • 切线线并法外推到衍射峰轮廓线 上，对交于点峰处形2较θ作对为称峰，位宽度较窄的衍射线可采用切线法定峰位从衍射线 两侧各作切线，切线交点处的角度2θ作为峰射线的强度
峰高强度：用衍射线的最大强度值代表整个衍射线的强度，也就是以 衍射线的峰高来表示它的强度。在定性相分析时，将谱线中最强的峰 强度定为100，其余峰按比例计算。在通常情况下，可以用峰高法比 较同一试样中各条衍射线的强度，也可以用它比较不同试样中衍射线 的强度。峰高法确定的强度值往住与理论计算值不符，这除了实验和 试样因素外，还与两者的定义有关
NaI闪烁检测器
4 . 控制、记录和数据处理系统
这部分包括衍射仪中除X光机、测角仪和探测器以外的所有部件。
主要功能：控制X光窗口的开、关，设定和调控测角仪的运行方式， 按需要方式输出探测器的信号，记录、打印衍射图形和处理衍射数据。
计数测量的核心部件：脉冲高度分析器、定标器、计数率计
脉冲高度分析器：利用计数器产生的脉冲高度（脉冲电压）与X射线 光子能量成正比的原理来辨别脉冲高度，利用电子学好电路方法剔除对 衍射分析不需要的干扰脉冲，达到降低背底和提高信噪比的作用
2θ
C 试样表面
F 线状斑 S1 Soller光阑 H 发散狭缝 M 防散射狭缝 S2 Soller光阑 G 接收狭缝
测角仪旋转轴
测角仪的光学布置（狭缝系统）
单晶X-射线衍射仪
08级研究生 王 军
一、概述
单晶X-射线衍射仪 （X-ray Single Crystal Diffraction ）：单晶X-射线衍射仪是进行单晶衍 射及结构分析而设计的 ,单晶衍射仪与粉晶衍射仪 功能各别 ，在使用过程中，如果所挑选的晶体颗 粒不是严格的单晶体 ,则很难进行后继的测试研 究 。
二、仪器
德国BRUKER公司 SMART APEX CCD单晶衍射仪
核心部件：CCD 4K 探测器
像素4096 x 4096；可调3kw X射线发生器，Cu靶X射线陶瓷光管
三、用途
X射线单晶衍射仪用以测定晶态分子的晶胞参数、晶 系、空间群、晶胞中原子的三维分布、成键和非键原子间的 距离和角度、价电子云分布、原子的热运动振幅、分子的构 型和构象，绝对构型等，从而测定出一个新化合物(晶态) 分子的准确立体结构。单晶衍射仪定出的结构，准确直观， 具有权威性，是其他仪器无法替代的。
配位高聚物超分子化学Fra bibliotek晶体工程
材料化学
物理学 组装的 超分子固体
药物学
广泛应用于化学、分子生物学、药物学、物 理学、矿物学和材料科学等方面的分析研究。
四、具体的单晶结构测试流程
测晶胞参数 收强度数据
培养 晶体
结构解析
结构描述 解释
投稿 发表
2008年12月
(完整word版)第五章X射线衍射实验方法
第五章 X射线衍射实验方法常用的实验方法1.按成相原理分：单晶劳埃法、多晶粉末法、周转晶体法2.按记录方式分：照相法：用照相底片记录衍射花样衍射仪法:用各种辐射探测器和电子仪表记录。
、第一节粉末照相法1.粉末照相法是用单色X射线照射转动(或固定）多晶体试样，并用照相底片记录衍射花样的一种实验方法。
试样可为块、板、丝等形状，但最常用粉末，故称粉末法。
2.粉末法成相原理：粉末试样是由数目极多的小晶粒组成，且晶粒取向完全无规则,各晶粒中d值相同的晶面取向随机分布于空间任意方向，这些晶面对应的倒易矢量也分布于整个倒易空间的各个方向，它们的倒易阵点则布满在以倒易矢量的长度为半径的倒易球面上.由于等同晶面族｛HKL｝的面间距相等，所以,等同晶面族的倒易阵点都分布在同一个倒易球面上，各等同晶面族的倒易阵点分别分布图5-1 粉末法成相原理图在以倒易点阵原点为中心的同心倒易球面上.在满足衍射条件时,根据厄瓦尔德原理,反射球与倒易球相交，其交线为一毓垂直于入射线的圆,从反射球中心向这些圆周连线级成数个以入射线为公共轴的共顶圆锥,圆锥的母线就是衍射线的方向，锥顶角等于4θ.这样的圆锥称为衍射圆锥。
1。
1 德拜照相法（1）德拜照相法（２）圆筒底片摄照示意图1。
2 聚焦照相法o是利用发散度较大的入射线，照射到试样的较大区域,由这个区域发射的衍射线又能重新聚焦，这种衍射方法称为聚焦法.聚焦相机的基本特征是狭缝光阑、试样和条状底片三者位于同一个聚焦圆上。
它所依据的几何原理是同一圆周上的同弧圆周角相等，并等于同弧圆心角的一半。
按照这样的几何原理，让狭缝光阑、试样和条状底片三者采取不同的布置,便可设计出各种不同类型的聚焦相机。
塞曼—波林相机的内壁圆周为聚焦圆，狭缝光阑s、试样表面AB和条状底片MN三者准确地安置在同一个聚焦圆上。
狭缝光阑相当X射线的虚光源，实际光源为x射线管的焦点。
图5—2 塞曼—波林相机的衍射几何1。
3 平面底片照相法2.利用单色（标识）X射线、多晶体试样、平面底片和针孔光阑,故也称之为针孔法。
X射线衍射仪(XRD)
X 射线衍射仪（XRD ）1、X 射线衍射仪（XRD ）原理当一束单色 X 射线照射到晶体上时，晶体中原子周围的电子受X 射线周期变化的电场作用而振动，从而使每个电子都变为发射球面电磁波的次生波源。
所发射球面波的频率与入射的X 射线相一致。
基于晶体结构的周期性，晶体中各个原子（原子上的电子）的散射波可相互干涉而叠加，称之为相干散射或衍射。
X 射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量原子散射波相互干涉的结果。
每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律。
根据上述原理，某晶体的衍射花样的特征最主要的是两个：（1）衍射线在空间的分布规律；（2）衍射线束的强度。
其中，衍射线的分布规律由晶胞大小，形状和位向决定，衍射线强度则取决于原子的品种和它们在晶胞的位置，因此，不同晶体具备不同的衍射图谱。
在混合物中，一种物质成分的衍射图谱与其他物质成分的存在与否无关，这就是利用X 射线衍射做物相分析的基础。
X 射线衍射是晶体的“指纹”，不同的物质具有不同的X 射线衍射特征峰值(点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子或分子的数目、位置等)，结构参数不同则X 射线衍射线位置与强度也就各不相同，所以通过比较X射线衍射线位置与强度可区分出不同的物质成分。
布拉格方程，其中n 为衍射级数图1.1 布拉格衍射示意图布拉格方程反映的是衍射线方向和晶体结构之间的关系。
对于某一特定的晶体而言，只有满足布拉格方程的入射线角度才能够产生干涉增强，才会出现衍射条纹，这就是XRD 谱图的根本意义所在。
对于晶体材料，当待测晶体与入射束呈不同角度时，那些满足布拉格衍射的晶面就会被检测出来，体现在X 射线衍射（XRD ）图谱上就是具有不同的衍射强度的衍射峰。
对于非晶体材料，由于其结构不存在晶体结构中原子排列的长程有序，只是在几个原子范围内存在着短程有序，故非晶体材料的X 射线衍射（XRD ）图谱为一些漫散射馒头峰。
n λ=2dsin θ应用已知波长的X射线来测量θ角，从而计算出晶面间距d，这是用于X射线结构分析；另一个是应用已知d的晶体来测量θ角，从而计算出特征X射线的波长，进而可在已有资料中查出试样中所含的元素。
单晶X射线衍射实验
射线单晶衍射分析实验一．实验目的1．了解和掌握化合物形成晶体的条件和品质较好的单晶的特点。
2．了解单晶衍射仪的工作原理及其结构，知道晶体解析的基本步骤和原理。
3．理解晶体结构数据的意义，掌握晶体结构作图方法。
二．单晶衍射仪的工作原理及其结构1. 单晶衍射实验功能介绍X射线衍射在材料学、化学、矿物学及晶体学中有着及其重要的作用，它是研究一切结晶物质结构和物相的主要手段。
单晶结构分析应用范围十分广泛，凡是可获得单晶体的样品均可用于分析。
该方法样品用量少，只需0.5大小的晶体一粒，即可获得被测样品的全部三维信息，结构包括原子间的键长、键角、分子在晶体中的堆积方式，分子在晶体中的相互作用以及氢键关系、π-π相互作用等各种有用信息。
单晶结构分析是有机合成、不对称化学反应、配合物研究、新药合成、天然提取物分子结构、矿物结构以及各种新材料结构与性能关系研究中不可缺少的最直接、最有效、最权威的方法之一。
单晶射线衍射仪用以测定一个新化合物（晶态）分子的准确三维空间（包括键长、键角、构型、构像乃至成键电子密度等）及分子在晶格中的实际排列状况。
它广泛用于化学、分子生物学、药物学、物理学、矿物学和材料科学等方面的分析研究。
可用于中小分子直至大分子晶体的分子结构分析、绝对构型测定及精密电子密度测定；对孪晶、微小晶体有优良的适应性。
对研究结构与性能及生物活性的关系，以及新材料的设计提供可靠的基础。
2. 单晶衍射仪的工作原理图1 四园衍射仪结构示意图X射线单晶衍射仪具有四圆单晶衍射仪的欧拉衍射几何结构，它由加工精度极高且旋转轴交于一点的四个圆组成。
这四个圆分别称为φ、ω、χ和2θ圆,见图1。
φ圆是测角仪头上绕安置晶体的轴自转的圆，旋转角称为φ角；χ圆是安放测角头的垂直大圆，测角头可在此圆上运动，其轴是水平方位的，旋转角称为χ角，在衍射仪中此角固定为54.7º；ω圆是带动垂直的χ圆转动的圆，旋转角称为ω角；2θ圆是与ω圆同轴只带动探测器转动的圆，用于测量θ角，并收集强度数据。
第5章-单晶X射线衍射仪
各圆和实验坐标（XL,YL,ZL）的关系
四圆衍射仪法
主要用途
测定晶体结构 晶体对称性 研究未知晶体
四圆衍射仪的构成示意图
四圆测角仪是 通过在三维空间 上转动晶体使所 有的面都符合布 拉格公式而发生 反射，从而获得 每一个衍射点的 衍射角和强度。
四圆共有3个轴，这 三个轴与入X射线在空间 上交于一点，晶体安放在 交点上。除三个轴以外， 测角仪还有一个实验坐标 系，其原点为各轴的交点， 采取右手坐标系，当各圆 处于零位时，取ω、和2θ 圆的轴为Z轴，入射X射 线方向为X轴，按右手定 则，在2θ＝90度的方向 为Y轴
若将一束单色X射线射到一粒静止的 单晶体上，入射线与晶粒内的各晶面族都 有一定的交角θ，其中只有很少数的晶面能 符合布拉格公式而发生衍射。如何才能使 各晶面族都发生衍射呢？
劳埃法：以连续X射线照射不动的单晶体样 品，并用平板底片记录衍射信息的衍射方 法．
转晶法：单色X射线照射转动的单晶体样品， 并用圆筒底片记录衍射信息的衍射方法．
晶体
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
晶胞形状和大小的表示方法
在晶胞中任意指定一个结点为原点，由原点引出
3个向量 a, b, c。将这3 个向量叫晶轴，它可以唯一
的确定晶胞的大小和形状。也可以用晶轴的长度 a, b, c以及相应夹角α，β，γ来表示。
晶格－空间点阵示意图
晶胞的表示方法
2 维点阵平面
a
（０，１，０）
b
（１，０，０）
单晶X射线衍射仪——四圆衍射仪法
四圆衍射仪法
入射光和探测器在一个平面内（称赤道平面）, 晶体 位于入射光与探测器的轴线的交点，探测器可在此平面内 绕交点旋转，因此只有那些法线在此平面内的晶面族才可 能通过样品和探测器的旋转在适当位置发生衍射并被记录。 如何让那些法线不在赤道平面内的面族也会发生衍射并能 被记录呢？办法是让晶体作三维旋转，有可能将那些不在 赤道平面内的晶面族法线转到赤道平面内，让其发生衍射， 四圆衍射仪正是按此要求设计的。
X射线衍射仪
X射线衍射仪1、X射线衍射仪及主要部件:X射线衍射仪是利用衍射原理，精确测定物质的晶体结构，织构及应力，精确的进行物相分析，定性分析，定量分析，广泛应用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教学、材料生产等领域。
它广泛应用于各大、专院校，科研院所及厂矿企业。
分析物质,射线衍射的仪器，形式多种多样，用途各异，但仪器构成硬件主要有X射线光源、衍射信号检测系统及数据处理和打印图谱系统等几部分构成，下面分别介绍。
1.1、X射线光源在晶体衍射实验中，常用的X射线管按其结构设计的特点可分为三种类型: 1.1.1、可拆式管——这种X射线管在动真空下工作，配有真空系统，使用时需抽真空使管内真空度达到10,5毫帕或更佳的真空度。
不同元素的靶可以随时更换，灯丝损坏后也可以更换。
1.1.2、密封式管——这是最常使用的X射线管，它的靶和灯丝密封在高真空的壳体内。
壳体上有对X射线“透明”的X射线出射“窗口”——铍窗口。
这种管子使用方便，但靶和灯丝不能更换。
若灯丝烧断后管子也就报废了，其寿命一般为1000—2000小时。
1.1.3、转靶式管——这种管采用一种特殊的运动结构以大大增强靶面的冷却，即所谓旋转阳极X射线管，是目前最实用的高强度X射线发生装置。
管子的阳极设计成圆柱体形，柱面作为靶面，阳极需要用水冷却。
这种管的功率能远远超过前两种管子。
对于铜或钼靶管，密封式管的额定功率，一般只能达到2kW,3kW，而转靶式管最高可达90KW。
1.2 X射线衍射信号检测系统常用的X射线衍射信号检测手段如下:1.2.1 荧光板荧光板是将ZnS、CdS等荧光材料涂布在纸板上制成，当X射线信号照射到荧光板上时，荧光板就会发出荧光。
常用荧光板来确认光源产生的原射线束的存在，主要用于仪器零点的调试。
1.2.2 照相方法照相法是最早使用的检测并记录X射线的方法，直到现在仍被采用。
X射线与可见光一样，能够使感光乳剂感光。
当感光乳剂受到X射线照射后，AgBr颗粒离解形成显影核，经过显影而游离出来的单质银微粒使感光处变黑。
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若将一束单色X射线射到一粒静止的
单晶体上，入射线与晶粒内的各晶面族都
有一定的交角θ，其中只有很少数的晶面能
符合布拉格公式Байду номын сангаас发生衍射。如何才能使
各晶面族都发生衍射呢？
劳埃法：以连续X射线照射不动的单晶体样 品，并用平板底片记录衍射信息的衍射方 法． 转晶法：单色X射线照射转动的单晶体样品， 并用圆筒底片记录衍射信息的衍射方法．
单晶X射线衍射仪——四圆衍射仪法
四圆衍射仪法
入射光和探测器在一个平面内（称赤道平面）, 晶体 位于入射光与探测器的轴线的交点，探测器可在此平面内 绕交点旋转，因此只有那些法线在此平面内的晶面族才可
能通过样品和探测器的旋转在适当位置发生衍射并被记录。
如何让那些法线不在赤道平面内的面族也会发生衍射并能 被记录呢？办法是让晶体作三维旋转，有可能将那些不在 赤道平面内的晶面族法线转到赤道平面内，让其发生衍射， 四圆衍射仪正是按此要求设计的。
四圆衍射仪的构成示意图
四圆测角仪是
通过在三维空间
上转动晶体使所 有的面都符合布 拉格公式而发生 反射，从而获得
每一个衍射点的
衍射角和强度。
四圆共有3个轴，这
三个轴与入X射线在空间 上交于一点，晶体安放在 交点上。除三个轴以外， 测角仪还有一个实验坐标 系，其原点为各轴的交点， 采取右手坐标系，当各圆 处于零位时，取ω、和2θ 圆的轴为Z轴，入射X射 线方向为X轴，按右手定 则，在2θ＝90度的方向 为Y轴
晶体
晶胞形状和大小的表示方法
在晶胞中任意指定一个结点为原点，由原点引出 3个向量 a, b, c。将这3 个向量叫晶轴，它可以唯一 的确定晶胞的大小和形状。也可以用晶轴的长度 a, b, c以及相应夹角α，β，γ来表示。
晶格－空间点阵示意图
晶胞的表示方法
2 维点阵平面
a
b
（１，０，０） （０，１，０）
各圆和实验坐标（XL,YL,ZL）的关系
四圆衍射仪法
主要用途
测定晶体结构 晶体对称性 研究未知晶体