第4章 X射线衍射仪.

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。
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。
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
（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°。
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。
2．测角仪的Байду номын сангаас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。
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 spectrometer）。
大型样品台
Φ＝4350mm 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。
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。