XRD定性物相分析培训

测试角度范围，步长，时间
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多晶X射线衍射仪-光路示意图
B-B测角仪的典型光路布置
Soller 测角仪要求 狭缝 发散 狭缝 样品
接受 狭缝
Soller 狭缝 探测器 狭缝
与Ｘ射线管 的线焦斑联 接使用，线 焦斑的长边 与测角仪中 心轴平行。 采用狭缝光 阑和梭拉光 阑组成的联 合光阑。
光斑大小
实验部分
仪器简介 样品制备 样品测试 数据分析
保存到数据 所在文件夹
实验部分
仪器简介 样品制备 样品测试 数据分析
定性物相分析
利用X射线衍射的方法对试样中由各种元素形成 的具有确定结构的化合物（物相），进行定性和 半定量分析。 X射线物相分析给出的结果，不是试样的化学成 分，而是由各种元素组成 的具有固定结构的物 相。
衍射图谱解析的原则
D8 ADVNCE型衍射仪
X光源，测角仪，探测器 等电路系统。
仪器的高压发生 器等电路系统。
仪器状 态显示
D8 ADVNCE型衍射仪 测角仪 X 光 管
样品台 探测器
LynxEye阵列探测器： 测角仪：配有步进马达加光学编码的精密测角仪， 192个探测通道，探测 X光管Cu靶 光路设置：光源0.4X12mm长线焦斑， Kα 角度重现性±0.0001°，是目前最高精度的测角仪； 2.5°Sollar狭缝，1mmDS狭缝，8mm SS狭缝， λ=1.5418 Å，工作 效率是普通闪烁探测 θ-θ 连续扫描模式，角宽扫描范围：3°-140°， 器的10倍以上，普通 电压40kV，电流 Ni 滤波片， 2.5°Sollar狭缝 Step：0.02°、Speed：0.1s/step， 样品约6分钟左右完成 40mA
注意：开始测试前请务 必确定仪器门已经关闭 并锁死以免光管掉高压。
Theta和2Theta 会自动调整
实验开始后电流 电压会自动升高
返回 Jobs 界面
实验结束后显示 Finished
典型测试图谱
数据相关
数据拷贝 数据存储 数据转换
拷取数据
数据转 换软件
选择UXD进 行数据转换
X射线衍射（XRD）基本原理
衍射花样反映晶体内部的原子分布规律。
1：衍射线的空间分布规律，（称之为衍射几 何），反应晶胞的大小、形状和位向等。 2：衍射线的强度则取决于原子的品种和它们 在晶胞中的位置。 衍射理论所的中心问题: 在衍射现象与晶体结 构之间建立起定性和定量的关系。
布拉格公式的示意图
衍射矢量方程
在描述X射线的衍射几何时，主要是解决两个问 题： （1）产生衍射的条件，即满足布拉格方程； （2） 衍射方向，即根据布拉格方程确定的衍射 角2 θ。 为了把这两个方面的条件用一个统一的矢量 形式来表达，引入了衍射矢量的概念。
衍射矢量方程
如图所示，当束X射线被晶面反射时，假定N 为晶面P的法线方向，入射线方向用单位矢量 S0表示，衍射线方向用单位矢量S表示，则SS0为衍射矢量。 N S S0 θ θ θ S- S0 （衍射矢量图示）
标识X射线
在连续谱基础上叠加若干条具有一定波长的谱 线，它和可见光中的单色相似，亦称单色X射 线。 电压低于临界电压时，只产生连续X射线，当 高于零界电压时则在连续谱的基础上产生波长 一定的谱线。 特征：电压增加时，标识谱线波长不变，强度 随电压增加。
标识X射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的 原子能级结构，是物质的固有特性。
制备方法：将适量的粉 末装入空槽中，用载玻 片轻轻压平，使其上表 面平整，高度与样品架 平齐。
粉末样品制备
粉末样品制备
粉末样品制备
块状样品制备方法
块状样品的要求：测试面清洁平整、可装入直径 为23mm的中空样品架，垂直于测试面的厚度不 超过10mm。
块状样品制备方法
块状样品的制备
取适量橡皮泥放 于样品台背面。 然后将样品放于 橡皮泥上。 放上中空样品 盖，然后用盖玻片 压平，高度与样品 架齐平。
定性物相分析
随着计算机运算能力的提高，一些复杂的 算法程序应用到定性物相分析中。一般最 新的分析软件都采用全谱直接比对法，从 PDF标准卡片库中挑选一组卡片来匹配待 测样品的谱图。 这种方法较之传统的D-I值法，检出率更 高，使复杂多相图谱分析更加简便。
物相分析的要点
必须是结晶态，可以判断非晶物的存在； 固溶现象、类质同构、化学成份偏离等情况的 存在，待分析样组成物的衍射数据与PDF数据 不一致。这个时候可考虑被检物相的结构特 点，允许有较大的偏差。 “似是而非”物质的物相鉴定,有关样品的成份、 处理过程及其物理化学性质资料对确定鉴定结 论十分重要，同时也应充分利用其它实验方法 相配合。
晶体学基础
正点阵与晶体结构相关，描述的是晶体中物质 的分布规律，是物质空间，或正空间， 倒易点阵与晶体的衍射现象相关，它描述的是 衍射强度的分布。 1921年厄瓦尔德（Ewald P.P.）将倒易点阵 方法引入衍射领域。现在倒易点阵方法已成为 一种解释各种衍射问题非常有用的工具。
X射线的物理学基础
X射线的物理学基础
由X射线管发射出来的X射线可以分为两 种类型： (1) 连续X射线： (2) 标识X射线：
连续X射线
具有连续波长的X射线，构成连续X 射线谱，它和可见光相似，亦称多色 X射线。 连续X射线谱的强度随波长的变化而 连续变化，每条曲线都有一个强度最 大值，并在短波方向有一个波长极 限，称为短波限。
块状样品制备方法
块状样品制备方法
块状样品制备方法
块状样品的制备
较大或形状怪异样品的制备
特殊样品制备方法
特殊样品：极少量的微粉、非晶条带、液体样 品等。 制备方法：一般采用特 殊低背景样品架，将微 粉或液体在其单晶Si片 上均匀分散开即可。 非晶条带也是平铺在单 晶Si片上，尽可能与其 贴合。
厄尔瓦德图解
凡是落在反射球面 上的倒易阵点，这 些阵点与球心链接 起来，即是可能发 生衍射的方向。 这个只是衍射方 向，衍射线并不是 从A点发出的，而 是从O点发出的。 A P
O
多晶材料的衍射原理
多晶材料的衍射原理
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
实验部分
仪器简介 样品制备 样品测试 数据分析
仪器简介
X射线衍射仪的基本组成： 1.X射线发生器； 2.衍射测角仪； 3.辐射探测器； 4.测量电路； 5.控制操作和运行软件的电子计算机系 统。
样品制备
根据测试样品的类型，制备方法可分为以 下三种： （1）粉末样品制备； （2）块状样品制备； （3）特殊样品制备。
样品制备
粉末要求：干燥、在空气中稳定、粒度小 于20um。一般可以用研磨的方法制备。
实验准备
粉末样品的装样台
样品制备
粉末样品一 般填装在有 开槽的平整 玻璃板或塑 料板上；装 样品时注意 使颗粒方向 随机分布。
X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是 波长短而已，因此具有波粒二相性。 X射线的波长范围：0.01~100 Å；（1）波长较短的为 硬X射线，能量较高，穿透性较强；（2）波长较长的 为软X射线，能量较低，穿透性弱。 晶体分析中所用X射线只在0.5-2.5 Å这个范围，与晶 体点阵面间距大致相当，在此范围内原子的三维周期 排列正好作为光榄。 大于2.5干涉差，小于0.5干涉重叠不易分辨。
实验部分
仪器简介 样品制备 样品测试 数据分析
实验过程
开机过程 打开总电源； 打开仪器的循环水冷机； 开启稳压电源的红色复位开关； 打开衍射仪的总电源开关； 开启衍射仪的高压； 开启仪器的D8tools软件做光管老化；
打开D8 tools 程序：
打开 D8 TOOLS
点击Online X光管老化过程 Status
X射线的物理学基础
X射线与物质相互作用时，产生各种不同 的和复杂的过程。就其能量转换而言，一 束X射线通过物质时，可分为三部分： 一部分被散射； 一部分被吸收； 一部分透过物质继续沿原来的方向传播。
X射线衍射（XRD）基本原理
当一束X射线照射到晶体上时，被电子散 射。 由于散射波之间的干涉作用，使得空间某 些方向上的波则始终保持相互叠加，于是 在这个方向上可以观测到衍射线。 而另一些方向上的波则始终是互相是抵消 的，于是就没有衍射线产生。
X光管老 化
电脑连接 到仪器
X光管的老化
有助于延长X光管的寿命。 超过24小时进行快速老化 超过72小时进行正常老化
样品测试
打开测试软 打开桌面上的XRD Commander程序， 件XRD Commander 并且设置实验程序。
The/2T he
Y轴显 实验过程 示方式
电压 电流
切换到 Job界面
晶体学基础
布拉维首次证明 了只可能有十 四种空间点阵 存在，所以又 把这十四种点 阵称为布拉维 点阵。
晶体学基础
倒易点阵是由晶体点阵（正点阵、真点 阵）经过一定的转化而构成的，倒易点阵 本身是一种几何构图，倒易点阵方法是一 种数学方法。 倒易点阵是晶体学中极为重要的概念之 一，它不仅可以简化晶体学中的某些计算 问题，而且还可以形象地解释晶体的衍射 几何。
任何一种结晶物质都具有特定晶体结构， 在X射线照射下，每种晶体物质都给出自 己特有的衍射花样。 每一种晶体物质和它的衍射花样都是一一 对应的。 多相试样的衍射花样是由它和所含物质的 衍射花样机械叠加而成。
衍射图谱解析的判据
传统是用d（晶面间距表征衍射线位置） 和I（衍射线相对强度）的数据代表衍射 花样。用d-I作为定性相分析的基本判据。 定性相分析方法是将由试样测得的d-I数据 组与已知结构物质的标准d-I数据组（PDF 卡片）进行对比，以鉴定出试样中存在的 物相。
物相分析的要点
微量相(如<1%wt) 物相鉴定，要利用物理 化学办法分离萃取富集，使有可能出现3 条衍射峰，可进行物相鉴定。 最终人工判断才能得出正确结论。
X 射线衍射技术简介
定性物相分析
主要内容
X射线衍射基本原理简介 X射线衍射仪简介及实验过程 X射线衍射图谱分析简介
导言
X射线衍射（XRD）是目前研究晶体结构 最有力的方法。 X射线衍射有助于我们探究同成份不同相 的材料性能差异。 X射线衍射有助于我们找到获得预想性能 的物质。
晶体学基础
7种晶系的晶胞外形 晶 系（ Crystal system ） 三 单 正 正 六 菱 立 斜（Triclinic） 斜（Monoclinic） 交（Orthorhombic） 方（Tetragonal） 方（Hexagonal） 方（三方，trigonal） 方（Cubic） 晶胞外形特点（ Unit cell shape ） a≠b≠c a≠b≠c a≠b≠c a=b≠c a=b≠c a=b=c a=b=c α ≠ β ≠ γ ≠90o α = β= 90o，γ ≠90o α = β= γ = 90o α = β= γ =90o α = β= 90o，γ =120o α = β= γ ≠90o α = β= γ = 90o
X射线的物理学基础
X射线产生原理：
高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转 换，电子的运动受阻失去动能。 （1％左右）能量转变为X射线， （99％左右）能量转变成热能使物体温度升高。 1：不可见，使荧光发光 2：通过物质不发生反射，折射率小n=1 3：穿透能力强 4：杀伤细胞，对人体有害。
X光管结构示意图
衍射几何-布拉格公式
根据图示，干涉加强的条件是：
2dSinθ = nλ
式中：n为整数，称为反射级数； d为面间距。 λ为X射线的波长。 θ 为入射线或反射线与反射面的夹角，称 为掠射角，由于它等于入射线与衍射线夹角的 一半，故又称为半衍射角，把2θ 称为衍射角。
布拉格公式-选择反射
X射线在晶体中的衍射实质上是晶体中各原子 散射波之间的干涉结果。 只是由于衍射线的方向恰好相当于原子面对入 射线的反射，所以借用镜面反射规律来描述衍 射几何。 但是X射线的原子面反射和可见光的镜面反射 不同。一束可见光以任意角度投射到镜面上都 可以产生反射，而原子面对X射线的反射并不 是任意的，只有当θ、λ、d三者之间满足布拉 格方程时才能发生反射，所以把X射线这种反 射称为选择反射。