第4章 X射线衍射仪.
第4章多晶体分析方法-课件
X 射线衍射仪主要由 X射线发生器、测角仪、辐射探测器、 记录单元和自动控制单元等组成，其中测角仪是仪器的核 心部件
14
第三节 X射线衍射仪
一、 X射线测角仪
(一) 概述
图4-12是测角仪示意图，平板试样D安装在可绕轴O旋转 的试样台H上，S处发射的一束发散X射线照射到试样上时，
正比计数器输出的脉冲峰 值与所吸收的光子能量成 正比，强度测定较可靠
图4-17 正比计数管及其基本电路
反应快、能量分辨率高、 背底脉冲低、计数率高、 性能稳定；但对温度比较 敏感，电压稳定度要求高
20
第三节 X射线衍射仪
二、探测与记录系统
(一) 探测器
2) 闪烁计数器(SC) 如图4-18， 闪烁计数器主要由磷光体和 光电倍增管组成。磷光体一般为加入约0.5% 的铊活化的碘 化钠单晶体；光电倍增管有光敏阴极和10个联极，每个联 极递增100V正电压，最后一个联极与测量电路连接
图4-8 对称聚焦照相法 1-光阑 2-照相机壁 3-底片 4-试样
11
第二节 其他照相法简介
二、背射平板照相法(针孔法)
平板照相法分为透射和背射两种，图4-9为背射平板照相 法示意图，由于聚焦圆直径很大，一般采用平面试样。该法 要求试样、光阑和衍射环A与B四点共圆，且试样与圆相切
其衍射花样由同心衍射环组 成，由于衍射环太少，不适 用于物相分析，用于研究晶 粒大小、择优取向、晶体完 整性，及点阵参数精确测定
7) 查卡片 根据d系列和I系列，对照物质标准卡片。如果这 两个系列均与卡片符合很好，则可确定物相。其中d 系列 是物相鉴定的主要依据
X射线衍射仪实验报告（范文模版）
X射线衍射仪实验报告（范文模版）第一篇：X射线衍射仪实验报告（范文模版）基本构造：（1）高稳定度X射线源提供测量所需的X射线, 改变X射线管阳极靶材质可改变X射线的波长, 调节阳极电压可控制X射线源的强度。
（2）样品及样品位置取向的调整机构系统样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。
（3）射线检测器检测衍射强度或同时检测衍射方向, 通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。
（4）衍射图的处理分析系统现代X射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统, 它们的特点是自动化和智能化。
操作：第一步：检查真空灯是否正常，左“黄”右“绿”为正常状态，如果“绿”灯闪或者灭的状态表明真空不正常；第二步：冷却水系统箱，打开其开关（冷却水的温度低于26℃为正常）。
如果“延时关机”为开的状态要关闭。
“曲轴加热”一般在寒冬才用，打开预热10min 后即可继续以下操作。
（此外，测试实验完成后，打开“延时关机”按钮，而冷却水的“关闭”按钮不关，30min后冷却水会自动关闭）第三步：打开机器后面“右下角”的“测角仪”（上开下关），而“左下角”的开关一般为“开”的状态，除有允许不要动；第四步：电脑操作，桌面“右下角”有“蓝色标示”说明电脑和机器已经连接，否则“左击”该标示选择“初始化”即可；第五步：装样品，载物台一般用“多功能”的，粉体或者块体装上后，使其平面与载物台面相平。
如果是粉体还要在滑道上铺层纸，避免掉料污染滑道；第六步：在机器中放样品前，按“Door”按键，听到“嘀嘀”声时，方可打开机器门；第七步：点击“standard measurement”中的运行按钮即可运行机器进行测试中。
第八步：实验完成后，先降电流后降电压，20mA/5min至10mA，5kV/5min至20kV；关闭各个软件，关闭“测角仪”开关。
冷却水箱上的开关可以直接打开“延时关机”开关，而冷却水“关闭”按钮不关，30min后自动关闭冷却水。
x射线衍射仪工作原理
x射线衍射仪工作原理
x射线衍射仪是一种常用的分析仪器，广泛应用于材料科学、
结构生物学等领域。
它的工作原理是基于x射线的衍射现象。
首先，x射线衍射仪会通过一个x射线管产生一束高能的x射线。
这束x射线会经过一个束限器，使得只有一束直线状的射线从出口射出。
接下来，这束x射线会进入一块晶体或者一束平行的晶体。
晶体的晶格结构会使得入射的x射线遇到晶格中的原子时发生衍射现象。
根据布拉格定律，x射线在晶体晶面上的散射角度与
晶面的间距有关。
这意味着，不同晶面的散射角度是不同的。
在x射线衍射仪中，会放置一个底片或者探测器来捕捉散射光的信息。
当散射光到达底片或者探测器时，会形成一种特殊的衍射图样，称为衍射图。
衍射图上的每个峰代表着不同的晶面。
通过测量、分析衍射图中的峰的位置、强度等参数，可以推算出晶体的晶格参数、晶面的间距、晶体的结构等信息。
需要注意的是，为了获得准确的衍射图，x射线衍射仪中各个
部件的位置、角度等参数要进行精确的调整。
并且，在实际应用中，也需要进行数据处理、解析等工作，以获得更详细的晶体结构信息。
总结起来，x射线衍射仪通过向晶体中发射高能的x射线，并
捕捉其衍射光的信息，利用衍射图来研究晶体的结构和性质。
这种衍射现象基于布拉格定律，因此可以通过衍射图的分析来推导晶体的晶格结构参数。
x射线衍射仪的工作原理
x射线衍射仪的工作原理X射线衍射仪的工作原理是基于X射线的散射现象。
当X射线通过物质时，会与物质的原子产生相互作用，通过散射来改变其传播方向和能量。
具体工作原理如下：1. 产生X射线：X射线衍射仪使用X射线管产生X射线。
X射线管中有一个阴极和阳极，当高压施加在两个电极之间时，阴极上的电子会被加速，击中阳极，从而产生X射线。
2. 照射样品：产生的X射线通过选择性选择性照射到待测样品上。
样品中的原子核和电子会与X射线发生相互作用。
3. 散射现象：当X射线与样品中的原子相互作用时，会发生散射现象。
主要有两种类型的散射，即弹性散射和无弹性散射。
- 弹性散射（Rayleigh散射）：在弹性散射中，X射线与样品中的原子表面相互作用，改变传播方向，但不改变能量。
这种散射通常被忽略，因为它对X射线衍射仪的结果没有贡献。
- 无弹性散射（Compton散射）：在无弹性散射中，X射线与样品中的原子内部相互作用，改变了X射线的能量。
这种散射是X射线衍射仪中非常重要的现象，因为它提供了有关样品内部结构和晶体学信息的重要数据。
4. 衍射现象：当经过样品后的X射线进入到探测器时，会发生衍射现象。
衍射是由于入射X射线在样品中被散射后，不同方向上的散射波相互叠加形成的相干波的干涉现象。
5. 探测与记录：探测器将衍射产生的干涉图案转化为电信号，并通过信号处理和记录设备将其转化为可见图像或X射线衍射图谱。
这些图像或图谱可以用于分析样品的晶体结构、晶胞参数、晶体定向和有序结构等信息。
总的来说，X射线衍射仪的工作原理是通过利用X射线与样品中原子的相互作用和散射现象，来获取样品的晶体学信息和结构参数。
衍射图案的形状和强度可以提供关于样品原子排列和晶格结构的重要信息。
X射线衍射仪
显微畸变程度越大，则物理宽化的程度越大。
通常用衍射线的FWHM（半高宽）的大小来
描述宽化的程度。即图（a）中的B。
Ф扫描与ω扫描
2.2案例分析
用ω扫描进行不同晶面取向的 ＲＤＸ
单晶的位错密度研究。
分别对(210)、(200)和(111)晶面 进 行
ω扫 描，扫 描 范 围：(-300~300)
如图，（b）为理
想条件下得到的
衍射强度曲线，
（a）为实际情况
下得到的衍射曲
线。 可见，在实际情况来自，衍射曲线发生了“宽化”。
Ф扫描与ω扫描
影响衍射线宽化通常有三个方面的原因：1、
仪器引起的宽化；2、物理宽化；3、谱线线
形的卷积。
物理宽化：主要与亚晶粒的尺寸以及显微畸
变程度有关。一般来说，亚晶粒尺寸越细、
1.2 连续扫
描
定义：计数管在选定的扫描范围内以一定的
均匀速度进行不停顿的扫描，并扫描的同时
进行计数；仪一定角度间隔内的积累技术作
为间隔的强度值。
如：用连续扫描方式进行一个20°~80°的扫
描，选取计数间隔为0.02°，扫描速度为
4°/min;于是，此次扫描需要（80-20）/4=15
分钟。
连续扫描多用来对晶体进行一些要求不高的
面；B轴位试样表面法线所在轴；C轴为衍射
仪轴，固定。
Ψ角为B轴与C轴之间的夹角，当Ψ =0°时，B
轴与C轴重合；ø为试样表面法线自旋转的角
度。
在衍射过程中，X射线不变。
Ф扫描与ω扫描
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射线衍射仪
X射线衍射仪的形式多种多样，用途各异，但其基本构成很相似，为X射线衍射仪的基本构造原理图，主要部 件包括4部分。
（1）高稳定度X射线源 提供测量所需的X射线,改变X射线管阳极靶材质可改变X射线的波长,调节阳极电压 可控制X射线源的强度。
（2）样品及样品位置取向的调整机构系统 样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。 （3）射线检测器 检测衍射强度或同时检测衍射方向,通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多 晶衍射图谱数据。 （4）衍射图的处理分析系统 现代X射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统,它们 的特点是自动化和智能化。 x射线衍射仪 X射线衍射仪
每种矿物都具有其特定的X射线衍射图谱，样品中某种矿物含量与其衍射峰和强度成正相关关系。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X射线衍射做相定量分析的基础。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 区分出不同的矿物成分。X射线衍射仪主要采集的是地层中各种矿物的相对含量，并系统采集各种矿物的标准图谱， 包括石英、钾长石、斜长石、方解石、白云石、黄铁矿等近30种矿物成分，通过矿物成分的相对含量就可以确定 岩石岩性，为现场岩性定名提供定量化的参考依据，提高特殊钻井条件下岩性识别准确度。
主要参数
主要参数
三个物理量：从图中可以看出，衍射谱上可以直接得到的有三个物理量，即衍射峰位置(2θ)、衍射峰强度 (I)及衍射峰形状(f(x))。粉末衍射可解决的任何问题或可求得的任何结构参数一般都是以这三个物理量为基础 的。
第四章X射线衍射与散射详解
朱诚身
第四章：X射线衍射与散射
X射线衍射法概述
X射线分析法原理 广角X射线衍射法 多晶X射线衍射在高聚物中的应用 小角X射线散射法 X射线法应用
第一节 X射线衍射法概述
一． X射线的发现 1895年，W．K．Rontgen（1845—1923）发现 了X-Ray。1906年，英国物理学家巴克拉（1874— 1944）确定了不同金属都有自己特征的X-Ray。1912 年，Max ue（劳厄）发现X-Ray在晶体中的干涉现 象。1913年提出布拉格（Bragg）方程，用于晶体结 构分析。不久在20年代即开始应用于聚合物的结构测 定，最大分子确立的基础之一。
二． X射线的性质
1 ．波长范围：0.001~10nm，对高分子有用的是 0.05~0.25nm，最有用的是CuKα线，入=0.1542nm， 与聚合物微晶单胞0.2~2nm相当。
2 . X-Ray的产生 X-射线管效率： E=1.1×10-9 Z V 上面的“E”—效率，“Z”—原子序数，“V” —电压。 电能的0.2%转变为X-Ray，绝大部分变成热，帮阳 极靶须导 热良好，同时水冷。 3 ．连续X-Ray和特征X-Ray （1）连续（白色）X-Ray：由于极大数量的电子射到阳 极时穿透阳极物质深浅程度不同，动能降低多少不一， 产生各种波长的X-Ray。
3.典型聚集态衍射谱图的特征 衍射谱图是记录仪上绘出的衍 射强度（I）与衍射角（2θ）的关 系图。右图中：a 表示晶态试样衍 射，特征是衍射峰尖锐，基线缓平。 同一样品，微晶的择优取向只影响 峰的相对强度。图b为固态非晶试 样散射，呈现为一个（或两个）相 当宽化的“隆峰”。图c与d是半晶 样品的谱图。C有尖锐峰，且被隆 拱起，表明试样中晶态与非晶态 “两相”差别明显；d呈现为隆峰 之上有突出峰，但不尖锐，这表明 试样中晶相很不完整。 四种典型聚集态衍射谱图的特征示意图
x射线衍射仪测量原理
x射线衍射仪测量原理
X射线衍射是一种用来研究晶体结构的重要方法。
X射线衍射仪是用来进行X射线衍射实验的仪器。
其测量原理可以从以下几个方面来进行解释：
1. X射线的衍射现象，当X射线照射到晶体上时，由于晶体的周期性结构，X射线会被晶体中的原子散射，产生衍射现象。
根据布拉格定律，衍射角与晶格间距及入射X射线波长有关。
2. 晶体结构分析，X射线衍射仪利用X射线衍射现象来研究晶体的结构。
通过测量衍射角和X射线波长，可以计算出晶格的间距和晶体的结构信息，如晶格常数、晶胞结构等。
3. X射线衍射仪的构成，X射线衍射仪通常由X射线源、样品台、衍射角度测量装置和衍射图样测量装置等部分组成。
X射线源产生X射线，样品台用于放置待测样品，衍射角度测量装置用于测量衍射角，衍射图样测量装置用于记录衍射图样等。
4. 应用领域，X射线衍射仪广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
例如，用于研究晶体结构、材料的相变行为、生物大分
子的结构等。
总的来说，X射线衍射仪利用X射线衍射现象来研究晶体结构，其测量原理涉及X射线的衍射现象、晶体结构分析、仪器构成和应
用领域等多个方面。
通过对这些方面的全面了解，可以更好地理解
X射线衍射仪的测量原理。
x射线衍射仪的原理
x射线衍射仪的原理
x射线衍射仪是一种用于观察物质内部结构的重要仪器，其原理基于x射线的衍射现象。
具体原理如下：
1. 产生x射线：在x射线衍射仪中，通常使用x射线管来产生x射线。
x射线管中有一个阴极和一个阳极，当阴极受到高电压激发时，会释放出高能电子。
这些电子在阳极上的金属靶上产生碰撞，从而产生x射线。
2. 准直：产生的x射线是一个由许多不同波长的电磁波构成的连续光谱。
为了让x射线能够射向样品并形成衍射图样，需要使用准直器来滤除非衍射光线，只保留所需的波长。
3. 衍射：经过准直后的x射线会照射到样品上。
样品中的原子和晶体结构会对x射线进行散射，这种散射就是衍射。
根据布拉格公式，衍射角与晶格间距和入射角度有关。
4. 探测器：x射线衍射仪上通常装有一种特殊的探测器，如闪烁屏幕或固态探测器。
这些探测器可以测量入射x射线和散射x射线之间的角度差，从而确定晶格间距。
5. 分析和解释：通过记录散射角和强度的数据，可以通过数学算法来解析和解释衍射图样。
根据不同晶体结构和晶格参数的特征，可以确定和确认样品的内部结构。
总结起来，x射线衍射仪的原理是利用x射线的衍射现象来观察并分析物质的内部结构。
通过产生x射线、准直、衍射、探
测和分析等步骤，可以获得有关样品晶格参数和晶体结构的重要信息。
第4章 X射线衍射仪实验技术与应用.
samples
very short measuring times
intensity versus 2θ by
integration of the data
核心部件与功能
2.核核心部件
1高压发生器与X光管
2精度测角仪与B-B衍射几何
3光学系统及其参数选
择对采集数据质量影响
with DAVINCI.DESIGN
DAVINCI.DESIGN: A revolutionary 3-level design
DAVINCI.MODE
Component Recognition
DAVINCI.SNAP-LOCK
Tool-free Change of Optics
DIFFRAC.DAVINCI
电压20-
60kV;最大额定电流450 mA;电流电压稳定度优于
±0.01% (外电压波动10%时, X光源自旋转阳极;光
源震动0.2微米以下;焦斑尺寸0.5 x 10 mm
测角仪:扫描方式θ/2θ测角仪,测角仪垂直放置;
测角仪采用光学编码器技术;角度重现性0.0001︒,驱动方式:步进马达驱动;最高定位速度:1500︒/min
•Software validated instrument configuration with real-time conflict detection
Dynamic list displaying all currently mounted
components
Component
Component
Push-button selection of any of the slits configured for the present instrument, e.g.
第四章_X射线衍射分析(4)测定方法
装样时将粉末一点一点放进试样填充区， 重复这种操作，使粉末试样在架里均匀分布并 压实。要求试样面与玻璃表面齐平。 如果试样的量少到不能充填满试样充填 区（大致小于70mm3、100～200mg以下） 时，在玻璃样架凹槽里先滴一薄层用醋酸戊酯 稀释的火棉胶溶液，然后将粉末试样撒在上面， 待干燥后测试。为了避免2在25附近处出现 玻璃的漫散射衍射峰，可将发散狭缝改细，使 入射X射线不致过多地为玻璃所散射。
PDF卡片的内容（6）
（8）矿物学名称。右上角的符号标记表 示：＊—数据高度可靠；i—已指标化和 估计强度，但可靠性不如前者；O—可 靠性较差；C—衍射数据来自理论计算。 （9）晶面间距，相对强度和干涉指数。 （10）卡片的顺序号。
应用方法
根据英文名称的第一字母顺序编排。在名称后面列出物质 的化学式、其衍射图样中三根最强线的d值和相对强度，以 及物质的卡片序号。检索者一旦知道了试样中的一种或数 种化学元素时，便可以使用这种索引。被分析的对象中所 可能含有的物相，往往可以从文献中查到或估计出来，这 时便可通过字母索引将有关卡片找出，与待定衍射花样对 比，即可迅速确定物相。 当待测样品中的物相或元素完全不知时，可以使用数字索 引。该索引将已经测定的所有物质的三条最强线的面间距 d1值从大到小按顺序分组排列。考虑到影响强度的因素比 较复杂，为了减少因强度测量的差异而带来的查找困难， 索引中将每种物质列出三次。分别以d1d2d3、d2d3d1、 d3d1d2进行排列。每条索引包括物质的三强线的d和I/I1、 化学式、名称及卡片的顺序号。
3
S.G. A Z C
9
9
4
eγ Color Sign
5
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。 （2）2a、2b、2c、2d,分别为上述各 衍射线的相对强度，其中最强线的强度 为100.
X射线衍射分析方法
e−2D
A(θ)
I1 = R1 C1 I2 R2 C2
对于两相： C1 + C2 = 1
18
实线为理论计算值
19
20
哈氏无机数值索引： 每一种物质占一行、依次为8条强线的晶面间距及相对强度（用数 字表示,其中x为100％），化学式，卡片号，显微检索号
哈氏索引的编制是按各种物质三条强线中第一个d值的递减次序划 分成51个小组（即51个晶面间距范围），每一小组第一个d值的变 化范围都标注在哈氏数值索引各页的书眉上，以便查阅。
µβ ρβ
)+
µβ ρβ
16
二、外标法
X射线物相的定量分析
若混合物中含有n相（n大于2），各相的μm不相等，此时可往 试样中加入标准物质，把试样中待测相的某根衍射线条强度与 标准物质的某根衍射线条强度相比较，从而求得待测相含量。 仅适用于粉末试样。
设加入的标准物质用S表示，其质量分数为Ws。被分析的相在
第一篇 X射线衍射分析
第一章 X射线的产生和性质 第二章 X射线的衍射原理 第三章 X射线衍射分析方法
X射线衍射仪的构造及几何光学 X射线衍射仪的测量方法和实验参数
第四章 X射线物相分析
1
2
X射线衍射仪的构造及几何光学
X射线衍射仪包括X射线发生器，测角仪，探测器和测 量记录系统。其中测角仪和探测器是两个关键部件 一、测角仪
一、计数测量方法
1、连续扫描测量法 2、阶梯扫描测量法法 二、实验参数的选择
1、光阑的选择 梭拉光阑固定不变 发散狭缝光阑 1/300，1/120，1/60，1/40，1/20，10，40
发散狭缝光阑B1是用来限制入射线在与测角仪平面平行 方向上的发散角，它决定射线在试样上的照射面积和强 度。对发散光阑B1的选择应以人射线的照射面积不超过 试样的工作表面为原则。
第四章 X射线衍射方法的实际应用
X射线物相定性分析原理
• X射线物相分析是以晶体结构为基础，通过比较晶体 射线物相分析是以晶体结构为基础， 衍射花样来进行分析的。 衍射花样来进行分析的。 • 对于晶体物质中来说，各种物质都有自己特定的结 对于晶体物质中来说， 构参数（点阵类型、晶胞大小、 构参数（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 ），结构参数不同则 的数目、位置等），结构参数不同则X射线衍射花样 也就各不相同，所以通过比较X 也就各不相同，所以通过比较X射线衍射花样可区分 出不同的物质。 出不同的物质。 • 当多种物质同时衍射时，其衍射花样也是各种物质 当多种物质同时衍射时， 自身衍射花样的机械叠加。它们互不干扰， 自身衍射花样的机械叠加。它们互不干扰，相互独 立，逐一比较就可以在重叠的衍射花样中剥离出各 自的衍射花样，分析标定后即可鉴别出各自物相。 自的衍射花样，分析标定后即可鉴别出各自物相。
X射线物相定性分析
• 1969年起，由ASTM和英、法、加拿大等国家的 1969年起， ASTM和英、 年起 和英 有关协会组成国际机构的“ 有关协会组成国际机构的“粉末衍射标准联合 委员会” 负责卡片的搜集、校订和编辑工作， 委员会”，负责卡片的搜集、校订和编辑工作， 所以，以后的卡片成为粉末衍射卡（ 所以，以后的卡片成为粉末衍射卡（the File），简称PDF ），简称PDF卡 Powder Diffraction File），简称PDF卡，或 JCPDS卡 称JCPDS卡（the Joint Committee on Powder Standarda）。 Diffraction Standarda）。
应用字母索引进行物相鉴定的 步骤
根据被测物质的衍射数据，确定各衍射线的d 1. 根据被测物质的衍射数据，确定各衍射线的d值 及其相对强度。 及其相对强度。 根据试样成分和有关工艺条件，或参考有关文献， 2. 根据试样成分和有关工艺条件，或参考有关文献， 初步确定试样可能含有的物相。 初步确定试样可能含有的物相。按照这些物相的 英文名称，从字母索引中找出它们的卡片号， 英文名称，从字母索引中找出它们的卡片号，然 后从卡片盒中找出相应的卡片。 后从卡片盒中找出相应的卡片。 将实验测得的面间距和相对强度， 3. 将实验测得的面间距和相对强度，与卡片上的值 一一对比， 一一对比，如果某张卡片的数据能与实验数据的 某一组数据吻合， 某一组数据吻合，则待分析样中含有卡片记载的 物相。同理，可将其他物相一一定出。 物相。同理，可将其他物相一一定出。
X射线晶体学 第4章 衍射仪及操作 图文
Co 27 1.78892 1.79278 1.7902 1.62075 1.6081 7.71 30
Ni 28 1.65784 1.66169 1.6591 1.50010 1.4880 8.29 30-35
Cu 29 1.54051 1.54433 1.5418 1.39217 1.3804 8.86S2：梭拉光阑由一组互相平行、间隔很 密的重金属（Ta或Mo)薄片组成，用来限制X射线在测 角仪轴向的发散，使X射线束可以近似地看做仅在扫描 圆平面上发散的发散束。
出射线方向s：探测器转动 (2q)
组成部件：
样品台(q)
探测器臂(2q)
光路系统（狭缝，梭拉狭缝）
聚焦圆的作用
测角仪的衍射几何通常按着Bragg-Brentano 聚焦原理设计的。
沿测角仪圆移动的计数器只能逐个地对衍射 线进行测量。
X射线管的焦点F、计数器的接收狭缝G和试 样表面位于同一个聚焦圆上，因此可以使由 F点射出的发散束经试样衍射后的衍射束在
狭缝系统：
狭缝由二个金属条之间的狭缝构成，用于探制光在水平方向 的光路，根据位置的不同，分别称为发散狭缝H（样品台 前）、防散射狭缝M（探测器前）和接收狭缝G（探测器 后）。主要参数为狭缝宽度，在0.05~2mm之间。
梭拉狭缝用于限制垂直方向的发散度，由一组平行的金属板 组成。其长度L和板间距离d决定发散角a的大小。 a = d/L
G点聚焦。
除X射线管焦点F之外，聚焦圆与测角仪圆 只能有一点相交。
按聚焦条件的要求，试样表面应永远保持与 聚焦圆有相同的曲面。
由于聚焦圆曲率半径在测量过程中不断变化， 而试样表面不变，因此只能采用平板试样， 使试样表面始终保持与聚焦圆相切，聚焦圆 圆心永远位于试样表面的法线上。
第四章 X射线衍射与散射
（2）特征X．Ray：由靶的原子序数决定。当高速电子流冲击在阳 极物质上，把其内层电子击出，此时原子总能量升高，原子外层 电子跃入内层填补空位，由于位能下降而发射出X．Ray。K层产 生空位后，L层迁入几率最大，产生的X．Ray称为Kα；因L层有 三个不同能量级，由量子力学选择定则有两个能量级电子允许迁 入K层，故Kα由Kα1和Kα2组成，Kα1 =2Kα2，Kα1 =Kα20.004nm；当分辨率低时两者分不开，则：
干涉指数与晶面指数的明显差别是干涉指数中有公 约数，而晶面指数只能是互质的整数，当干涉指数也互 为质数时，它就代表一族真实的晶面，所以干涉指数是
广义的晶面指数。习惯上经常将HKL混为hkl来讨论问题。
我们设d=dˊ/n，布拉格方程可以写成： 2dsinθ=λ
3 布拉格方程的应用
上述布拉格方程在实验上有两种用途。首先，利用 已知波长的特征X射线，通过测量θ角，可以计算出晶面 间距d。这种工作叫结构分析（structure analysis）,是本 书所要论述的主要内容。其次，利用已知晶面间距d的晶 体，通过测量θ角，从而计算出未知X射线的波长。后一 种方法就是X射线光谱学（X-ray spectroscopy）。
(a)
(b)
(c)
(d)
(4) 作用 从多晶照相可以获知试样中结晶状况。对试样中 有无结晶，晶粒是否择优取向，取向程度等进行定性 判断。因此，多晶照相底片成为直观定性判断试样结 晶状况的简明实证。通过照相底片还可对聚集态结构 进行定量分析，但这部分工作已为后来发展起来的衍 射取代。实际中，因Derby照相较平板照相简便、灵活， 且误差小，所以大都采用Derby照相.
周转晶体法
三.粉末法
粉末法用单色的X射线照射多晶体试样，利 用晶粒的不同取向来改变θ，以满足布拉格方程。
《材料现代分析技术》第4章 X射线应用
四、计数器
计数器：是X射线仪中记录衍射相对强度的重要器件。 组成：由计数管及其附属电路组成。 分类：正比计数器 闪烁计数器 锂漂移硅Si（Li）计数器 位敏计数器等。
X射线的衍射分析是以晶体结构为基础的。X射线衍射花样反映了晶体中的晶 胞大小、点阵类型、原子种类、原子数目和原子排列等规律。每种物相均有 自己特定的结构参数，因而表现出不同的衍射特征，即衍射线的数目、峰位 和强度。即使该物相存在于混合物中，也不会改变其衍射花样。尽管物相种 类繁多，却没有两种衍射花样特征完全相同的物相，这类似于人的指纹，没 有两个人的指纹完全相同。因此，衍射花样可作为鉴别物相的标志。
课程内容 — 二 三 四 — 二
X射线衍射仪 测角仪 测角仪聚焦圆 计数器 计数电路 X射线衍射仪的常规测量
一、X射线衍射仪
DX-2000（卧式） DX-2500（立式）
附件
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
1．正比计数器
正比计数管的结构及其基本电路
四、计数器
组成：阴阳两极、入射窗口、玻璃外壳以及绝缘体。 阴极：金属圆筒 阳极：金属丝 窗口：铍或云母等低吸收材料制成 注意：1）阴阳两极间由绝缘体隔开，并加有600～900V直流电压；
2）阴阳两极共轴，并同罩于玻璃壳内； 3）壳内为惰性气氛（氩气或氪气）。 计数器的原理: X衍射线→进入金属筒内→惰性气体电离→产生的电子在电场作用下向阳极加速运动→ 高速运动的电子又使气体电离→连锁反应即雪崩现象→出现一个可测电流→电路转换→计 数器有一个电压脉冲输出。 电压脉冲峰值与X光子的强度成正比，反映衍射线的相对强度。
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一、X射线衍射仪构造及几何光学
X射线(多晶体)衍射仪是以特征X射线照射 多晶体样品，用探测器记录衍射信息的衍 射实验装置。 X射线发生器、
X射线测角仪、 探测器 探测电路 控制操作系统 计算机系统
X射线衍射仪的组成
1. X射线发生器
2．测角仪的构造
（1）样品台H：位于测 角仪中心，可以绕O轴 旋转，O轴与台面垂直， 平板状试样C放置于样 品台上，要与O轴重合， 误差≤0.1mm （2）X射线源由X射线管 靶子上的线状焦点S发 出，S垂直于纸面，位 于以O为中心的圆周上， 与O轴平行。 大转盘(测角仪圆) H-样品台 C-样品 O-测角仪中心
测角仪的聚焦几何
1—测角仪圆 2—聚集圆
在测角仪的测量动作中，计数器并不沿聚焦
圆移动，而是沿测角仪圆移动逐个地对衍射线进 行测量。除X射线管焦点S之外，聚焦圆与测角仪 圆只能有一个公共交点F，所以，无论衍射条件如 何改变，最多只可能有一个（hkl）衍射线聚焦到
F点接受检测。
①光源 S 固定在机座上，与试 样 C 的直线位置不变，而计数 管G和接收光阑F在测角仪大圆 周上移动，随之聚焦圆半径发 生改变。2θ增加时，弧SF接近， 聚焦圆半径 r 减小；反之， 2θ 减小时弧SF拉远，r 增加。 当θ=0时，聚焦圆半径为∞； θ=90°时，聚焦圆直径等于测 角仪圆半径，即2r=R。新式衍 射仪可使计数管沿FO方向径向 运动，并与θ－2θ连动，使F始 终在焦点上。
3．测角仪的光学布置
测角仪光学布置要求与X射线管的线状焦点的长边方向与测角仪的中心 轴平行。X射线管的线焦点S 的尺寸一般为1.5 mm×l0mm，但靶是倾 斜放置的，靶面与接受方向夹角为3°，这样在接受方向上的有效尺寸为 0.08mm×10mm。采用线焦点可使较多的入射线照射到试样。
窄缝光阑与梭拉光阑组成的联合光阑系统
2．测角仪的衍射几何
衍射几何：
（1）满足布拉格方程 （2）满足衍射线的聚焦条件。为达到聚焦 目的，X射线管的焦点S、样品表面O、计数 器接收光阑F 位于聚焦圆上。在理想情况下， 试样是弯曲的，曲率与聚焦圆相同。
对于粉末多晶体试样，在任何 方位上总会有一些（ hkl ）晶面 满足布拉格方程产生反射，而 且反射是向四面八方的。但是， 那些平行于试样表面的（ hkl ） 晶面满足入射角=反射角=θ的条 件 ， 此 时反 射线 夹 角为 （ π － 2θ)，(π－2θ)正好为聚焦圆的圆 周角，由平面几何可知，位于 同一圆弧上的圆周角相等，所 以，位于试样不同部位M，O， N 处平行于试样表面的（ hkl ） 晶面，可以把各自的反射线会 聚到F点(由于S是线光源，所以 F 点得到的也是线光源 ) ，这样 便达到了聚焦的目的。由此可 以看出，衍射仪的衍射花样均 来自与试样表面相平行的那些 反射面的反射。
G-计数管 E-支架 F-接收(狭缝)光栏
（3）光路布置：S发出的X 射线，投射到试样上，衍射 线中可以收敛的部分在光阑 F处形成焦点，然后进入计 数管G。A和B是为获得平 行的入射线和衍射线而特制 的狭缝，实质上是只让处于 平行方向的X线通过，将其 余的遮挡住。光学布置上要 求S、G（实际是F）位于 同一圆周上，这个圆周叫测 角仪圆。 滤波片放置在衍射光路 中，一方面限制Kβ线强度， 另一方面减少由试样散射出 来的背底强度。
X射线衍射仪
从历史发展看，首先是有劳埃相机，再有了 德拜相机，在此基础上发展了衍射仪。衍射仪的思 想最早是由布拉格（W. L. Bragg）提出的，原始 叫X射线分光计（x-ray spectromem H＝90mm 可以在样品上选 择任意位置进行 分析。设定分析 的范围后，可以 全自动地画出分 析结果的图像。
（4）测角仪台面：狭缝B、光阑F和计数管G固定于测角仪 台E上，台面可以绕 O轴转动（即与样品台的轴心重合）， 角度可以从刻度盘K上读取。
（5）测量动作：样品台H和测 角仪台面可以分别绕O轴转动， 也可机械连动，机械连动时样 品台转过θ角时计数管转2θ角， 这样设计的目的是使X射线在 板状试样表面的入射角经常等 于反射角，常称这一动作为θ －2θ连动。在进行分析工作时， 计数管沿测角仪圆移动，逐一 扫描整个衍射花样。计数器的 转动速率可在0.125°/min～ 2°/min之间根据需要调整， 衍射角测量的精度为0.01°， 测角仪扫描范围在顺时针方向 2θ为165°，逆时针时为 100°。
为了保证衍射圆环宽度的均匀性，采用由窄 缝光阑与梭拉光阑组成的联合光阑系统。在线焦 点S与试样之间采用由一个梭拉光阑S，和两个窄 缝光阑（a）和（b）组成的入射光阑系统。 在试样与计数器之间采用由一个梭拉光阑S2 一个窄缝光阑组成的接收光阑系统，有时还在试 样与梭拉光阑S2之间再安置一个狭缝光阑，以遮 挡住除由试样产生的衍射线之外的寄生散射线。 光路中心线所决定的平面称为测角仪平面，它与 测角仪中心轴垂直。
R r 2 sin
R 为测角仪半径
②按聚焦条件的要求，试样表面应永远保持与聚焦圆 有相同的曲率。但是聚焦圆的曲率半径在测量过程中 是不断改变的，而试样表面却难以实现这一点。因此， 只能作为近似而采用平板试样，要使试样表面始终保 持与聚焦圆相切，即聚焦圆的圆心永远位于试样表面 的法线上。为了做到这一点，还必须让试样表面与计 数器保持一定的对应关系，即当计数器处于2θ角的位 置时，试样表面与入射线的掠射角应为θ。为了能随时 保持这种对应关系，衍射仪应使试样与计数器转动的 角速度保持 1∶2 的速度比，这便是 θ － 2θ 连动的主要 原因之一。
第 4 章 多晶体分析方法
照相法
多晶体衍射方法 衍射仪法
德拜法（德拜-谢乐法） 聚焦法 针孔法
照相法有三种： 1.德拜法底片位于相机圆筒内表面，试样位于中心轴上。 2.聚焦法底片，试样，X光源都位于圆周上； 3.针孔法底片为平板形与X射线垂直放置，试样在两者之 间。 衍射仪法： 衍射束在反射圆锥面上，圆锥的轴为入射束，各圆锥均是 由特定晶面的衍射形成的。