粉末衍射仪法
X-射线粉末衍射法物相定性分析
X 射线粉末衍射法物相定性分析粉末衍射也称为多晶体衍射，是相对于单晶体衍射来命名的，在单晶体衍射中，被分析试样是一粒单晶体，而在多晶体衍射中被分析试样是一堆细小的单晶体（粉末）。
每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体结构。
当X 射线被晶体衍射时,每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样。
利用X 射线衍射仪实验测定待测结晶物质的衍射谱，并与已知标准物质的衍射谱比对,从而判定待测的化学组成和晶体结构这就是X 射线粉末衍射法物相定性分析方法。
一.实验目的及要求（1）学习了解X 射线衍射仪的结构和工作原理;（2）掌握利用X 射线粉末衍射进行物相定性分析的原理;（3）练习用计算机自动检索程序检索PDF(ASTM)卡片库，对多相物质进行相定性分析。
二. 实验原理通过晶体的布喇菲点阵中任意3个不共线的格点作一平面，会形成一个包含无限多个格点的二维点阵，通常称为晶面。
相互平行的诸晶面叫做一晶面族。
一晶面族中所有晶面既平行且各晶面上的格点具有完全相同的周期分布。
因此，它们的特征可通过这些晶面的空间方位来表示。
要标示一晶面族，需说明它的空间方位。
晶面的方位（法向）可以通过该面在3个基矢上的截距来确定。
对于固体物理学原胞，基矢为1a ，2a ，3a ，设一晶面族中某一晶面在3基矢上的交点的位矢分别为1r a ，2s a ，3t a ，其中r ，s ，t 叫截距，则晶面在3基矢上的截距的倒数之比为123111::::r s th h h = 其中123,,h h h 为互质整数，可用于表示晶面的法向，就称123h h h 为该晶面族的面指数，记为123()h h h 。
最靠近原点的晶面在坐标轴上的截距为11/a h ，22/a h ，33/a h 。
同族的其他晶面的截距为这组最小截距的整数倍。
在实际工作中，常以结晶学原胞的基矢a ，b ，c 为坐标轴表示面指数。
此时，晶面在3坐标轴上的截距的倒数比记为111::::r s th k l =整数,,h k l 用于表示晶面的法向，称hkl 为该晶面族的密勒指数，记为()hkl 。
X射线粉末衍射仪法
X射线粉末衍射仪法摘要本实验采用X射线粉末衍射仪法，对样品、薄膜ZnO和二者的混合物等多晶样品进行了X射线衍射扫描。
实验测得的结构为体心立方，ZnO为六角密排结构；由已知和ZnO的质量分数比为1：1的混合物定标得出另外一种混合物中和ZnO的质量分数之比约为2.54:1，实验还测量了ZnO薄膜样品的晶粒大小为。
关键词X射线粉末衍射仪法物相分析PDF卡1．引言X射线是一种波长介于紫外线与射线之间的电磁波，其波长约为0.01~100之间，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。
1912年德国物理学家劳厄(M.Von Laue)发现了晶体的X射线衍射现象。
同年，英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上，提出著名的X射线的布拉格衍射方程，并首次用X射线衍射法测定出氯化钠的晶体结构。
1916年德国科学家德拜和写了提出了X射线粉末衍射仪法，揭开了利用多晶样品进行晶体结构测定的序幕。
X射线衍射法已经成为研究原子、分子和晶体结构的重要手段之一，被广泛用于晶体结构参数测定、材料的物相分析和亚微观晶粒的大小分布测量等方面。
物相分析是X射线衍射在金属中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。
前者把对材料测得的点阵平面间距及衍射强度与标准物相的衍射数据相比较，确定材料中存在的物相；后者则根据衍射花样的强度，确定材料中各相的含量。
在研究性能和各相含量的关系和检查材料的成分配比及随后的处理规程是否合理等方面都得到广泛应用。
本实验学习掌握多晶X射线粉末衍射仪的原理与基本操作，熟悉定性物相分析的步骤及PDF数据库的使用方法，了解定量物相分析，精确测定晶格常数及晶粒大小测量等实验方法。
2．原理2.1理论晶体的粉末X射线衍射图的衍射峰的强度和对应的衍射角是由晶体内部结构特性决定的。
衍射峰对应的衍射角取决于晶胞大小和形状，以此可以对样品组成进行定性物相分析；而你是否的强度取决于晶胞内原子的类型及分布，这是利用X 射线衍射进行定量物相分析的基础。
X射线粉末衍射法
可见光与X射线在晶体上反射的 区别：
• 1。可见光仅在表面反射，X射线在晶体表 面与内部都可以反射。 • 2。可见光在任何角度上反射，X射线仅对 某些角度（布喇格角）有反射。 • 3。可见光在镜面反射可达100%，X射线反 射则很弱。
a(cos1 cos1 ) H
从透射观点出发的劳厄衍射：
• 采用连续光谱。 • 三方程：
a(cos1 cos1 ) H b(cos 2 cos a2 ) K c(cos 3 cos 3 ) L
劳厄法
布喇格衍射：.
• 从反射观点考虑的布喇格法。一晶面干涉 总是加强。二晶面干涉加强公式： 2dsinθ =nλ .
连续谱的特征
• 3. 短波限λ 0变小。
1 hc m 2 hv max 2 0 0 : 短波限 eV
hc 6.625 1034 3 108 12.42 0 1010 ( A) 19 eV V 1.60 10 V
mZ. • 连续谱线总能量： I K iV 1 连续 • 效率：1%左右 9 ~ 1.4 10 9 , m 2 K 1 . 1 10 • 经验规律λ m=1.5λ 0 1 λ m:连续谱中强度最大处的波长。管电流仅对 连续谱的强度有影响。
X光的发现
• 1895 年 , 德 国 物 理 学 家 伦 琴 (W.C.R0ntgen,1845-1923) 发 现:阴极射线管被包好，远距离 一镀有铂氰酸钡的屏出现微弱 荧光。显而易见的特点:它能穿 过不透明物质.人类历史上第一 次观察到了人手骨骼的影象。 • 以数学上惯用的假定词 X 作为 它的代名词.
• • • • • • • 可见光——光栅 X射线——晶体：X射线晶体学 绝大多数固体物质都是晶体. 晶体特点: 单晶,多晶.可分为七个晶系，14种晶胞。 晶轴、晶面、晶格（常数） 如人的指纹.
南京大学物化实验系列X射线粉末衍射法测定晶胞常数
实验二十九X射线衍射法测定晶胞常数—粉末法一．实验目的和要求1、了解X射线衍射仪的基本原理、简单结构和操作方法。
2、掌握X射线粉末法的原理，测定NaCl或NH4Cl的晶体点阵形式、晶胞参数以及晶胞中内含物的个数。
二．XRD技术的原理和仪器简单介绍1、X射线的产生在抽至真空的X射线管中，钨丝阴极通电受热发射电子，电子在几万伏的高压下加速运动，打在由金属Cu (Fe、Mo) 制成的阳靶上，在阳极产生X射线，如书上P256图III-8-1所示。
众所周知，X射线是一种波长比较短的电磁波。
由X射线管产生的X射线，根据不同的实验条件有两种类型：(1) 连续X射线(白色X射线)：和可见光的白光类似，由一组不同频率不同波长的X射线组成，产生机理比较复杂。
一般可认为高速电子在阳靶中运动，因受阻力速度减慢，从而将一部分电子动能转化为X射线辐射能。
(2) 特征X射线(标识X射线)：是在连续X射线基础上叠加的若干条波长一定的X射线。
当X光管的管压低于元素的激发电压时，只产生连续X射线；当管压高于激发电压时，在连续X射线基础上产生标识X射线；当管压继续增加，标识X射线波长不变，只是强度相应增加。
标识X射线有很多条，其中强度最大的两条分别称为Kα和Kβ线，其波长只与阳极所用材料有关。
X射线产生的微观机理：从微观结构上看，当具有足够能量的电子将阳极金属原子中的内层电子轰击出来，使原子出于激发态，此时较外层的电子便会跃迁至内层填补空位，多余能量以X射线形式发射出来。
阳极金属核外电子层K-L-M-N…，如轰击出来的是K层电子(称为K系辐射)，由L层电子跃迁回K层填补空穴，就产生特征谱线Kα，或由M层电子跃迁回K层填补空穴，就产生特征谱线Kβ。
当然，往后还有L系、M系辐射等，但一般情况下这些谱线对我们的用处不大。
2、X射线的吸收在XRD实验中，通常需要获得单色X射线，滤去Kβ线，保留Kα线。
[提问：为什么不能用含有多种波长的多色X射线? 事实上就是通过提问对后面的思考题第1题作适当提示。
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射线粉末衍射仪 XRD 原理、应用与进展篇
X射线粉末衍射仪 XRD 原理、应用与进展篇X射线粉末衍射仪 XRD 原理、应用与进展篇1.衍射分析技术的发展与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单自1896年X射线被发现以来，可利用X射线分辨的物质系统越来越复杂。
从简单物质系统到复杂的生物大分子，X射线已经为我们提供了很多关于物质静态结构的信息。
此外，在各种测量方法中，X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。
由于晶体存在的普遍性和晶体的特殊性能及其在计算机、航空航天、能源、生物工程等工业领域的广泛应用，人们对晶体的研究日益深入，使得X射线衍射分析成为究晶体最方便、最重要的手段。
本文主要介绍X射线衍射的原理和应用。
1.1基本构造及原理1.1.1基本构造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, 图4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。
图1 X射线衍射仪基本构造1.1.2 X射线衍射原理1912年劳埃等人根据理论预见，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，证明了X射线具有电磁波的性质，成为X射线衍射学的第一个里程碑。
当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。
厦门大学仪器分析-X射线粉末衍射法
图(a) 晶体产生X射线衍射的条件的示意图
图(b) 晶面（hkl）及其X射线衍射点hkl的示意图
三、X射线粉末衍射物相分析
1）取干燥后的部分产品研磨，压片，置于X射线 粉末衍射仪上
2）设置衍射参数（10o-90o，8o/min，0.01o/步)
3）数据处理（平滑，背景扣除，Ka2扣除，寻峰， 匹配） 4）结果分析
1. 连续X-射线谱
2. 特征X-射线谱
特征X射线谱中所有高层电子往n=1层跃迁所产生的X射线称 为K系X射线，所有高层电子往n=2层跃迁所产生的X射线称为L系X 射线，n=3、4…为M、N…系。n=2往n=1层跃迁所产生的Kα又可 分为Kα1和Kα2 。
二、 X射线衍射法
X射线通过晶体时会被晶体中很大数量的原子、离子或 分子散射从而在某些特定的方向上产生强度相互加强的衍射 线。其必须满足的条件是光程差为波长的整数倍: 2dsinθ = nλ ，即布拉格衍射条件。 图(a)：晶体产生X射线衍射的条件的示意图 图(b)：晶面（hkl）及其X射线衍射点hkl的示意图
《仪器分析实验》
X－射线粉末衍射法ethod：XRD
一、X-射线的产生与X-射线谱
产生X射线的方法： 1、用高能电子束轰击金属靶； 2、用一次高能X射线束照射靶（试样）以产生二次 X荧光射线束； 3、让试样暴光于产生X射线的放射源之下。
X光管的构造：
南京大学物化实验系列X射线粉末衍射法测定晶胞常数
南京⼤学物化实验系列X射线粉末衍射法测定晶胞常数实验⼆⼗九X射线衍射法测定晶胞常数—粉末法⼀．实验⽬的和要求1、了解X射线衍射仪的基本原理、简单结构和操作⽅法。
2、掌握X射线粉末法的原理，测定NaCl或NH4Cl的晶体点阵形式、晶胞参数以及晶胞中内含物的个数。
⼆．XRD技术的原理和仪器简单介绍1、X射线的产⽣在抽⾄真空的X射线管中，钨丝阴极通电受热发射电⼦，电⼦在⼏万伏的⾼压下加速运动，打在由⾦属Cu (Fe、Mo) 制成的阳靶上，在阳极产⽣X射线，如书上P256图III-8-1所⽰。
众所周知，X射线是⼀种波长⽐较短的电磁波。
由X射线管产⽣的X射线，根据不同的实验条件有两种类型：(1) 连续X射线(⽩⾊X射线)：和可见光的⽩光类似，由⼀组不同频率不同波长的X射线组成，产⽣机理⽐较复杂。
⼀般可认为⾼速电⼦在阳靶中运动，因受阻⼒速度减慢，从⽽将⼀部分电⼦动能转化为X射线辐射能。
(2) 特征X射线(标识X射线)：是在连续X射线基础上叠加的若⼲条波长⼀定的X射线。
当X光管的管压低于元素的激发电压时，只产⽣连续X射线；当管压⾼于激发电压时，在连续X射线基础上产⽣标识X射线；当管压继续增加，标识X射线波长不变，只是强度相应增加。
标识X射线有很多条，其中强度最⼤的两条分别称为Kα和Kβ线，其波长只与阳极所⽤材料有关。
X射线产⽣的微观机理：从微观结构上看，当具有⾜够能量的电⼦将阳极⾦属原⼦中的内层电⼦轰击出来，使原⼦出于激发态，此时较外层的电⼦便会跃迁⾄内层填补空位，多余能量以X射线形式发射出来。
阳极⾦属核外电⼦层K-L-M-N…，如轰击出来的是K层电⼦(称为K系辐射)，由L层电⼦跃迁回K层填补空⽳，就产⽣特征谱线Kα，或由M层电⼦跃迁回K层填补空⽳，就产⽣特征谱线Kβ。
当然，往后还有L系、M系辐射等，但⼀般情况下这些谱线对我们的⽤处不⼤。
2、X射线的吸收在XRD实验中，通常需要获得单⾊X射线，滤去Kβ线，保留Kα线。
实验三十 X射线衍射法测定晶胞常数——粉末法
南京大学化学实验报告实验题目：X射线衍射法测定晶胞常数——粉末法姓名：院系：日期：一.实验目的1.熟悉X射线衍射仪的基本结构并掌握其使用方法2.掌握X射线粉末法进行物相鉴定二.实验原理晶体是由具有一定结构的原子、原子团（或离子团）按一定的周期在三维空间重复排列而成的。
反映整个晶体结构的最小平行六面体单元称为晶胞。
晶胞的形状和大小可通过夹角和三个边长来描述，因此和称为晶胞常数。
一个立体的晶体结构可以看成是由其最邻近两晶面之间距为d的这样一簇平行晶面所组成，也可以看成是由另一簇面间距为d’的晶面所组成……其数无限。
当某一波长的单色X射线一一定的方向投射到晶体上时，晶体内的晶面像镜面一样反射入射线。
但不是任何的反射都是衍射，只有那些面间距为d，与入射的X射线的夹角为，且两相邻晶面反射的光程差为波长的整数倍n的晶面簇在反射方向的散射波，才会相互叠加而产生衍射，如下图所示。
光程差，而上式即为Bragg方程，其中n称为衍射级数。
如果样品与入射线夹角为，晶体内某一簇晶面符合Bragg方程，那其衍射方向与入射线方向的夹角为2，如图。
对于多晶样品，，在样品中的晶体存在着各种可能概率的晶面取向，拥有与入射X射线成角且面间距为d的晶面簇的晶体不止一个，而是无穷个，且分布在以半顶角为2的圆锥面上，如图。
在单色X射线照射多晶体时，满足Bragg方程的晶簇面不止一个，而是有多个衍射圆锥对应于不同面间距d的晶面簇和不同的角。
当X射线衍射仪的计数管和样品绕样品中心轴转动时，就可以把，满足Bragg方程的所有射线记录下来。
衍射峰位置2与间距（晶胞大小与形状）有关，而衍射线的强度（即峰高）与该晶胞内原子的种类、数目以及他们在晶胞中的位置有关。
由于任何两种晶体其晶胞形状、大小和内含物总存在着差异，所以2和相对强度可作物相分析的依据。
对于绝大多数物质而言，其2角都大于，通常称为广角XRD。
晶胞大小的测定。
以晶胞常数结晶学可推出：对于四方晶体，因，，上式可化简为对于立方晶系，因晶胞参数，从衍射普中各衍射峰所对应的2，通过Bragg方程求得的只是相对的各的值。
照相法和衍射仪法照相法德拜照相法
➢ 粉末法以单色的X射线照射粉末试样为基础的，单色是指 X射线中强度最高的K系X射线。
➢ 粉末法：照相法和衍射仪法。
➢ 照相法（德拜照相法）：是晶体衍射分析中最基本的方法。
➢ 优点 ：衍射角范围大，衍射环的形貌能直观地反映晶体内 部组织的一些特点（如亚晶尺寸、微观应力、择优取向 等），衍射线位的误差分析简单且易于消除，可以达到相 当高的测量精度；
35
(531)
强
55.03 0.6715 35.81
36 (600) (442)
举例：NaCl晶体
1、通过衍射图谱，得到Bragg角hkl ，计算出sin2hkl值的连比, 得面出心本点例阵中形式sin.2hkl 值的连比为3:4:8:11:12:···, 由此确定为立方
2、确定晶胞参数： a
2
h2 k 2 l 2
19
(331)
8
强
37.65 0.3731 19.90
20
(420)
9
强
42.00 0.4477 23.88
24
(422)
10
弱
45.21 0.5037 26.86
27 (511) (333)
11
强
50.61 0.5973 31.85
32
(440)
12 Page 28 13
弱
53.90 0.6528 34.82
当(h2+k2+l2)之比为：
(h2 +k2 +l2) 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 7 : 8 : 9 : 10 :L
德拜谢乐粉末照相法与X射线衍射仪
8
第二节 Ｘ射线衍射仪
粉末衍射仪主要由四 部分组成：具有稳压、 稳流的x射线发生器 （X射线管，高压发生 器）；精密测量2θ的 测角仪；测量x射线强 度的计数(记录)装置辐射探测器；控制计 算装置。测角仪是X射 线衍射仪的核心部分。
出。
图4-12 步进扫描衍射图
16
衍射仪法与德拜法的比较
1. 衍射仪记录花样与德拜法的区别：
接收X射线方面衍射仪用辐射探测器，德拜法用底片 感光；
衍射仪试样是平板状，德拜法试样是细丝/圆柱。 衍射仪法中辐射探测器沿测角仪圆转动，逐一接收衍
射；德拜法中底片是同时接收衍射。
17
2. 优缺点对比
15
（2）步进扫描（阶梯扫描） 该法常用于精 确测定衍射峰的积分强度、位置或提供线形分 析所需的数据。
使计数器与定标器连接，计数器从起始2θ角
按预先设定的步进宽度（例如0.02o）、步进
时间（例如5s）逐点测量各角对应的衍射强度
（每点的总脉冲数除以计数时间），其结果逐
步在计算机上显示并储存，其后可将衍射图输
9
一、Ｘ射线测角仪 当试样和计数管连续转动时，衍射仪就能自动描 绘出衍射强度随2θ角的变化情况。
测角仪构造示意图
G-测角仪圆 S-X射线源 B、I-梭拉狭缝 D-试样 H-试样台 F-接收狭缝光阑
C-计数管 E-支架 K-刻度尺
10
衍射仪工作的过程：
X射线管发出的单色X射线照射到片状试样上， 所产生的衍射线用辐射探测器接收，经检测 电路放大处理后在显示或记录装置上给出精 确的衍射数据和谱线。根据这些衍射信息可 作为各种X射线衍射分析应用的原始数据（晶 体的结构，应力组织等）。
X射线粉末衍射仪(XRD)
X射线粉末衍射仪(XRD)介绍一.衍射分析技术的发展自1896年X射线被发现以来，可利用X射线分辨的物质系统越来越复杂。
从简单物质系统到复杂的生物大分子，X射线已经为我们提供了很多关于物质静态结构的信息。
此外，在各种测量方法中，X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。
由于晶体存在的普遍性和晶体的特殊性能及其在计算机、航空航天、能源、生物工程等工业领域的广泛应用，人们对晶体的研究日益深入，使得X射线衍射分析成为探究晶体最方便、最重要的手段。
二.基本构造及原理2.1基本构造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,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。
X射线衍射仪按其X射线发生器的额定功率分为普通功率（2~3kW）和高功率两类，前者使用密封式X射线管，后者使用旋转阳极X射线管(12kW以上)。
所以高功率X射线衍射仪又称为高功率旋转阳极X射线衍射仪。
（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。
X射线衍射仪按其测角台扫描平面的取向有水平（或称卧式）和垂直（又称立式）两种结构，立式结构不仅可以按q-2q方式进行扫描，而且可以实现样品台静止不动的q-q方式扫描。
（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。
X射线衍射仪使用的X射线检测器一般是NaI闪烁检测器或正比检测器，已经有将近半个世纪的历史了。
现在，还有一些高性能的X射线检测器可供选择。
如：半导体致冷的高能量分辨率硅检测器，正比位敏检测器，固体硅阵列检测器，CCD面积检测器等等，都是高档衍射仪的可选配置。
（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射线粉末衍射法
实验五χ射线粉末衍射法测定药物的多晶型一、实验目的1.熟悉χ-射线粉末衍射法确定药物多晶型的基本原理与方法2.掌握x-射线粉末衍射图谱的分析与处理方法二、基本原理χ-射线衍射是研究药物多晶型的主要手段之一，它有单晶法和粉末χ-射线衍射法两种。
可用于区别晶态与非晶态、混合物与化合物。
可通过给出晶胞参数，如原子间距离、环平面距离、双面夹角等确定药物晶型与结构。
粉末法研究的对象不是单晶体，而是许多取向随机的小晶体的总和。
此法准确度高，分辨能力强。
每一种晶体的粉末图谱，几乎同人的指纹一样，其衍射线的分布位置和强度有着特征性规律，因而成为物相鉴定的基础。
它在药物多晶的定性与定量方面都起着决定性作用。
当χ-射线（电磁波）射入晶体后，在晶体内产生周期性变化的电磁场，迫使晶体内原子中的电子和原子核跟着发生周期振动。
原子核的这种振动比电子要弱得多，所以可忽略不记。
振动的电子就成为一个新的发射电磁波波源，以球面波方式往各个方向散发出频率相同的电磁波，入射χ-射线虽按一定方向射入晶体，但和晶体内电子发生作用后，就由电子向各个方向发射射线。
当波长为λ的χ-射线射到这族平面点阵时，每一个平面阵都对χ-射线产生散射，如图5-1。
图5-1 晶体的Bragg-衍射先考虑任一平面点阵1对χ-射线的散射作用：χ-射线射到同一点阵平面的点阵点上，如果入射的χ-射线与点阵平面的交角为θ，而散射线在相当于平面镜反射方向上的交角也是θ，则射到相邻两个点阵点上的入射线和散射线所经过的光程相等，即PP'=QQ'=RR'。
根据光的干涉原理，它互相加强，并且入射线、散射线和点阵平面的法线在同一平面上。
再考虑整个平面点阵族对χ-射线的作用：相邻两个平面点阵间的间距为d，射到面1和面2上的χ-射线的光程差为CB+BD，而CB=BD=dsinθ，即相邻两个点阵平面上光程差为2dsinθ。
根据衍射条件，光程差必须是波长λ的整数倍才能产生衍射，这样就得到χ-射线衍射（或Bragg衍射）基本公式：2dsinθ =nλ（5-1）θ为衍射角或Bragg角，随n不同而异，n是1，2，3……等整数。
x射线粉末衍射仪原理
探秘X射线粉末衍射仪：原理、特点与应用X射线粉末衍射仪是一种非常常见的测试仪器，被广泛应用于物质表征领域。
X射线粉末衍射仪的原理是利用不同晶面反射的X射线干涉形成强度分布的方法，结合布拉格方程计算得到样品晶体结构信息。
下面我们将详细介绍X射线粉末衍射仪的原理、特点和应用。
一、原理
X射线粉末衍射仪利用的就是X射线的衍射现象。
它是通过样品中原子的周期性排列而形成晶体结构的衍射现象。
当X射线遇到样品中的原子排列时，因为不同晶面的间距不一样，X射线会以不同的角度被反射出来。
通过布拉格方程计算，可以得到不同衍射角度的位置和强度，从而得到晶体的结构信息。
二、特点
X射线粉末衍射仪具有高分辨率、高灵敏度、非破坏性、无样品前处理等特点。
它可以对各种物质进行分析，包括无机物、有机物、无序体、多晶体、薄膜等。
此外，X射线粉末衍射仪还具有快速测试、样品处理简单等特点。
三、应用
X射线粉末衍射仪广泛应用于材料科学、化学、生物学、环境科学等领域。
它可以用于晶体结构分析、晶体结构松弛、有序-无序相变研
究、晶格畸变测量等。
另外，它还可以用于质量控制、产品研究开发等。
综上所述，X射线粉末衍射仪具有较高的研究价值和实用性，特别是在新材料研究和开发领域有重要作用。
实验4 X射线衍射法测定晶胞常数—粉末法
实验4 X 射线衍射法测定晶胞常数—粉末法实验目的1掌握晶体对X 射线衍射的基本原理和晶胞常数的测定方法。
2了解X 射线衍射仪的基本结构和使用方法。
3 掌握X 射线粉末图的分析和使用。
实验原理 1 Bragg 方程晶体是由具有一定结构的原子、原子团(或离子团)按一定的周期在三维空间重复排列而成的。
反映整个晶体结构的最小平行六面体单元称晶胞。
晶胞的形状和大小可通过夹角α、β、γ的三个边长a 、b 、c 来描述。
因此, α、β、γ和a 、b 、c 称为晶胞常数。
一个立体的晶体结构可以看成是由其最邻近两晶面之间距离为d 的这样一簇平行晶面所组成, 也可以看成是由另一簇面间距为dˊ的晶面所组成……其数无限。
当某一波长的单式X 射线以一定的方向投射晶体时, 晶体内这些晶面像镜面一样发射入射X 光线。
只有那些面间距为d, 与入射的X 射线的夹角为θ且两邻近晶面反射的光程差为波长为的整数倍n 的晶面簇在反射方向的散射波,才会相互叠加而产生衍射如图1所示。
光程差λn BC AB =+=∆,而θsin d BC AB ==, 则 λθn d =sin 2上式即为布拉格(Bragg)方程。
如果样品与入射线夹角为θ, 晶体内某一簇晶面符合Bragg 方程, 那么其衍射方向与入射线方向的夹角为2θ。
对于多晶体样品(粒度约0.01mm), 在试样中的晶体存在着各种可能的晶面取向, 与入射X 线成θ角的面间距为d 的晶簇面不止一个, 而是无穷个,且分布在以半顶角为2θ的圆锥面上, 见图2。
在单色X 射线照多晶体时, 满足BragG 方程的晶面簇不止一个, 而是有多个衍射圆锥相应于不同面间距d 的晶面簇和不同的θ角。
当X 射线衍射仪的计数管和样品绕试样中心轴转动时(试样转动θ角,计数管转动2θ), 就可以把满足Bragg 方程的所有衍射线记录下来。
衍射峰位置2θ与晶面间距(即晶胞大小和形状)有关, 而衍射线的强度(即峰高)与该晶胞内(原子、离子或分子)的种类、数目以及它们在晶胞中的位置有关。
粉末X射线衍射仪操作流程
粉末X射线衍射仪操作流程射线衍射技术是一种广泛应用于材料科学和矿物学等领域的分析方法。
粉末X射线衍射仪是射线衍射技术中的一种主要设备，用于分析材料的晶体结构和晶格参数。
下面将介绍粉末X射线衍射仪的操作流程。
I. 仪器准备1. 确保粉末X射线衍射仪的电源处于正常工作状态。
2. 检查仪器的冷却系统是否正常工作。
3. 确保仪器的X射线管、样品支架和检测器等部件处于良好的状态，并进行必要的清洁和维护。
II. 样品准备1. 根据实验要求选择合适的样品，并将其研磨成细粉末状。
2. 使用胶带固定样品在样品支架上，确保样品居中并与支架保持平行。
3. 确保样品没有杂质和氧化物等污染物。
III. 测量参数设置1. 打开粉末X射线衍射仪的软件界面，并选择合适的测量模式。
2. 设置X射线管的电压和电流，一般根据样品的特性和实验要求进行调整。
3. 选择合适的扫描范围和步长，一般根据样品的晶体结构和预期的衍射峰进行调整。
IV. 开始测量1. 将样品支架放置在衍射仪的样品台上。
2. 确保样品处于与X射线管垂直的位置，通过调整样品支架和仪器的位置来实现。
3. 在软件界面上点击开始测量按钮，仪器将开始发送X射线并记录衍射信号。
V. 数据处理与分析1. 测量完成后，从仪器上取下样品支架，关闭X射线衍射仪的电源。
2. 使用相关的数据处理软件加载测量得到的数据。
3. 对衍射数据进行背景扣除、峰识别和峰参数计算等处理。
4. 根据衍射峰的位置、强度和形状等信息，分析样品的晶体结构和晶格参数。
VI. 结果解读1. 根据衍射数据的分析结果，解读样品的晶体结构和晶格参数。
2. 将结果与已知的标准数据进行比较，评估样品的纯度和晶体质量。
3. 根据实验目的和要求，对结果进行讨论和总结，并提出可能的进一步研究方向。
VII. 清理和维护1. 清理样品支架和仪器的其他部件，确保仪器处于整洁的状态。
2. 定期维护仪器，例如更换X射线管、校准检测器等。
3. 遵守相关的安全操作规范，确保实验操作的安全性。
粉末衍射仪法知识分享
圆，一般半径是185mm。当试样围绕轴O转动时，接 收狭缝和探测器则以试样转动速度绕O轴转动，转动角 可由转动角度读数器或控制仪上读出。
五、 样品制备
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，亦即通过320目的筛子， 而且在加工过程中，应防止由于外加物理或 化学因素而影响试样其原有的性质。
实验室衍射仪常用的粉末样品形状为平板形。其 支承粉末制品的示。
六、 常用测定条件
P57表1－8
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粉末衍射仪法
一、粉末衍射原理
样品： 粉末状小颗粒
（通常在 320目 以上），在试样槽 中压制成片状。
X 光管 固定
试样中包含了无数个取向不同 但结构一样的小晶粒。
当一束单色X射线照射到样品上 时，对晶体的某一面网（h k l）， 总有某些小晶粒的（h k l）面网能 够恰好满足布喇格条件而产生衍射。 由于试样中小晶粒数量巨大，所以 能够满足布喇格条件的面网
很多，与入射线的方位角都是θ，因而它们的衍射线分布在一 个以入射线为轴，以衍射角2θ为半顶角的圆锥面上。
不同的面网衍射角不同，衍射线所在的圆锥半顶角不同， 从而不同面网的衍射就会共同构成一系列以入射线为轴的同顶 点圆锥。
粉末衍射仪将不同衍射线的衍射角和强度记录下来，通过 布拉格方程换算出d值，从而测定出晶体结构。
b.步进扫描 步进扫描又称阶梯扫描。步进扫描工作是不连续的，试
x射线衍射的三种基本方法
x射线衍射的三种基本方法
X射线衍射作为一种重要的物质结构分析方法，有着广泛的应用。
在进行X射线衍射实验时，有三种基本的方法。
分别是粉末X射线衍射、单晶X射线衍射和表面X射线衍射。
粉末X射线衍射是一种广泛使用的方法，它通过将样品研磨成粉末，然后将粉末散布到衍射仪台面上，用X射线照射样品，观察到的衍射图案可以确定样品的晶体结构。
这种方法适用于大多数晶体物质，而且样品制备比较简单，是一种常用的物质结构分析方法。
单晶X射线衍射是一种更加精确的方法，它能够确定晶体中原子的三维排列方式。
这种方法需要制备出大而完美的晶体，并将其置于X射线束中进行衍射实验。
由于制备过程比较复杂，因此这种方法只适用于某些特殊的物质结构分析。
表面X射线衍射适用于表面结构的分析，它通过将样品放在X射线束中，观察表面的衍射图案来确定表面的晶体结构。
这种方法可用于材料科学、化学、物理、生物学等领域中的表面结构研究。
综上所述，这三种基本的X射线衍射方法有各自的特点和适用范围。
在物质结构分析中，需要根据具体的样品和分析目的选择合适的方法来进行分析。
- 1 -。
粉末衍射仪法
1000
0 30 60
X Axis Title
(c/s)
250 200 150 100 50
Intensity
67.2
67.4 67.6 67.8
68
68.2
68.4 68.6
2-Theta
四、 衍射线峰位的确定
常用方法： (a) 峰顶法
(b) 切线法
(c) 半高宽中点法 (d) 7/8高度法 (e) 中点连线法 (f) 抛物线拟合法
b.步进扫描 步进扫描又称阶梯扫描。步进扫描工作是不连续的，试 样每转动一定的角度Δθ即停止，在这期间，探测器等后续 设备开始工作，并以定标器记录测定在此期间内衍射线的总 计数，然后试样转动一定角度，重复测量，输出结果。无滞 后、平滑效应，峰位准确。
水泥熟料中C3A的X射线衍射谱
C3A
2000
Y Axis Title
六、 常用测定条件
P57表1－8
不同的面网衍射角不同，衍射线所在的圆锥半顶角不， 从而不同面网的衍射就会共同构成一系列以入射线为轴的同顶 点圆锥。 粉末衍射仪将不同衍射线的衍射角和强度记录下来，通过 布拉格方程换算出d值，从而测定出晶体结构。
二、粉末衍射仪组构
衍射仪介绍 X射线粉末衍射仪是采用测角仪和衍射光 子探测器来记录衍射线位置（衍射线角度）及 强度的分析仪器
五、 样品制备 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，亦即通过320目的筛子， 而且在加工过程中，应防止由于外加物理或 化学因素而影响试样其原有的性质。
实验室衍射仪常用的粉末样品形状为平板形。其 支承粉末制品的支架有两种，即透孔试样板和不透孔 试样板，如图3-37所示。
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圆，一般半径是185mm。当试样围绕轴O转动时，接 收狭缝和探测器则以试样转动速度绕O轴转动，转动角 可由转动角度读数器或控制仪上读出。
3.4 粉末衍射仪法
最基本的衍射实验方法有：粉末法、劳厄法、转晶法三种 测试手段有照相法和衍射仪法两种
三种基本衍射实验方法
实验 方法
粉末法
所用 辐射单色辐射 Nhomakorabea样品
照相法
衍射仪法
晶体粉末 样品转动或 德拜照相机 粉末衍射仪
固定
劳厄法 连续辐射 转晶法 单色辐射
单晶体 单晶体
样品固定 劳厄相机
样品转动或 转晶-回摆
3、 粉末衍射仪常见相分析测试图谱（石英）
強度
140
120
100
80
60
40
20
0
15
25
35
45
55
65
75
85
2θ (°)
三、 粉末衍射仪的工作方式
a. 连续扫描 连续扫描就是让试样和探测器作匀速圆周运动，在转动
过程中同时将探测器依次所接收到的各晶面衍射信号输入到记 录系统或数据处理系统，从而获得的衍射图谱。快速、方便， 非常适合于大量的日常物相分析工作。但有滞后、平滑效应。
很多，与入射线的方位角都是θ，因而它们的衍射线分布在一 个以入射线为轴，以衍射角2θ为半顶角的圆锥面上。
不同的面网衍射角不同，衍射线所在的圆锥半顶角不同， 从而不同面网的衍射就会共同构成一系列以入射线为轴的同顶 点圆锥。
粉末衍射仪将不同衍射线的衍射角和强度记录下来，通过 布拉格方程换算出d值，从而测定出晶体结构。
六、 常用测定条件
P57表1－8
X射线发生器：产生稳定X射线源（特征X射线 K ，Cu靶1.5418 Å）。
测角仪：测定衍射角度。 探测仪：记录衍射数据，测定接受到的X射线
强度。 电脑及外围设备：自动化显示及数据处理、输出。
常用粉末衍射仪主要由X射线发生系统、测角仪、探测仪 及数据处理输出系统四大部分组成 。
X 光管 固定
2、 粉末衍射仪的光学布置及原理
1000
0
30
60
X Axis Title
Intensity
(c/s)
250 200 150 100 50
67.2 67.4 67.6 67.8 68 68.2 68.4 68.6 2-Theta
四、 衍射线峰位的确定
常用方法： (a) 峰顶法 (b) 切线法 (c) 半高宽中点法 (d) 7/8高度法 (e) 中点连线法 (f) 抛物线拟合法
二、粉末衍射仪组构
衍射仪介绍 X射线粉末衍射仪是采用测角仪和衍射光
子探测器来记录衍射线位置（衍射线角度）及 强度的分析仪器 。
1、 粉末衍射仪的构造
送水装置 水冷
X线管 高压电缆
高压 发生器 X线发生器(XG)
控制驱动装置
测角仪 样品 角度扫描
显示器
数据输出
计数管 ＨＶ
计数存储装置(ECP)
四部分构成
b.步进扫描 步进扫描又称阶梯扫描。步进扫描工作是不连续的，试
样每转动一定的角度Δθ即停止，在这期间，探测器等后续 设备开始工作，并以定标器记录测定在此期间内衍射线的总 计数，然后试样转动一定角度，重复测量，输出结果。无滞 后、平滑效应，峰位准确。
水泥熟料中C3A的X射线衍射谱
CA 3
2000
Y Axis Title
固定
照相机
单晶衍射仪 单晶衍射仪
一、粉末衍射原理
样品： 粉末状小颗粒
（通常在 320目 以上），在试样槽 中压制成片状。
X 光管 固定
试样中包含了无数个取向不同 但结构一样的小晶粒。
当一束单色X射线照射到样品上 时，对晶体的某一面网（h k l）， 总有某些小晶粒的（h k l）面网能 够恰好满足布喇格条件而产生衍射。 由于试样中小晶粒数量巨大，所以 能够满足布喇格条件的面网
五、 样品制备
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，亦即通过320目的筛子， 而且在加工过程中，应防止由于外加物理或 化学因素而影响试样其原有的性质。
实验室衍射仪常用的粉末样品形状为平板形。其 支承粉末制品的支架有两种，即透孔试样板和不透孔 试样板，如图3-37所示。