XRD实验物相定性分析
关于XRD物相定量分析
关于XRD物相定量分析第一个问题:为什么不能做物相定量?样品往往不是单一物相,因此,人们总想了解其中某种相的含量。
人们的理解总是认为哪怕只是一种近似的结果,也比没有结果要好。
为了要说明定量分析的问题,我们还是了解一下,一张X射线衍射谱图中包含一些什么信息。
这些信息主要有三个方面,也是三个方面的应用:一是衍射峰的位置。
这方面的信息主要用于物相的鉴定、晶胞参数的精修、残余应力的测量。
二是衍射峰的峰高或者面积,我们称之为强度。
这方面的信息主要用于物相的含量、结晶度以及织构的计算。
三是衍射峰的形状,我们称为线形。
这方面的信息又包括两个方面,其一是衍射峰的宽度,我们可以用来计算亚晶尺寸的大小(常被称为晶粒大小)和微观应变的计算。
另一个则是线的形状,主要是指峰形是否对称,这方面用来计算位错、层错等。
不过,后者做的人少,研究也不是很完全,因此,应用不是很广泛。
从上面的了解,我们应当知道,不同的实验目的,实验的观察点不同,也就是强调的对象是不同的,如果仅仅为了鉴定物相,一个常规的实验条件就完全可以应付,如果要做晶胞的精修,则需要严格一些的实验条件。
如果要做定量分析,我们的强调点是峰的强度。
我们为什么能利用衍射谱来做物相的含量分析呢?其原理就是基于物相的含量W与该物相的衍射强度成正比。
可以简单地写成W=CI。
W是物相的质量分数,I是该物相的衍射强度。
C是一个系数,但不是一个常系数。
不过,在一定条件下它是一个常数。
遗憾的是,这个常数通常不能通过理论计算得出,而是需要通过实验来测量,每当实验条件改变(包括样品中的物相种类的改变、任一物相含量的改变、观察峰的改变、甚至于物相产地改变、所用辐射改变、晶粒尺寸改变……如此等等,不一而足)这个系数是变化的。
围绕如何想办法得到这个系数C,历代的大师和小师推导出了十几种具体的测量方法,而这些方法又是在某种环境下能使用在另一种环境下不能使用的。
每种方法的不同要求等于给实验方法本身加上了一把锁,使得人们不能真正好好地、简便地利用它。
XRD-物质的定性分析
2、衍射仪概况
D/max2500
3、X射线衍射仪可测试项目
单相物质晶型分析
物质物相定性分析
物相定量分析
点阵常数精确测定 应力分析
4、X射线管的结构
封闭式X射线管实质上就是一个大的真空二极管。基本组成包括:
衍射仪原理、 物相定性科学与工程学院实验中心
1、衍射仪概况
1. 日本株式会社理学,D/max2500。 2. 聚焦法光学系统和平行光束法光学系统可轻松切换。 3. 自由组合各种附件,适合多种样品的各种测试。
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8、衍射图谱
材料没有明显的衍射峰,说明材料。
9、试验报告
1、实验目的 2、X射线衍射仪工作原理
3、分析测试物质物相
4、分析晶体和非晶体衍射图谱的区别
江苏大学材料学院江苏省示范实验中心
PDF卡片介绍
卡片编号 三强线面间距
相对强度 实验条件 最大面间距 化学式及英文名称
晶体结构参数 一些物理性质
晶面间距 相对强度
其他相关资料
Al2O3PDF卡片
46-1212 Corundum, syn Al2 O3 Radiation=CuKa1 Lambda=1.540562 Filter= Calibration= 2T=25.578-88.994 I/Ic(RIR)= Ref: Huang, T., Parrish, W., Masciocchi, N., Wang, P. Adv. X-Ray Anal., v33 p295 (1990) Rhombohedral - (Unknown), R-3c (167) Z=6 mp= CELL: 4.7587 x 4.7587 x 12.9929 <90.0 x 90.0 x 120.0> P.S=hR10 (Al2 O3) Density(c)=3.987 Density(m)=3.39A Mwt=101.96 Vol=254.81 F(25)=357.4(.0028,25/0) Ref: Acta Crystallogr., Sec. B: Structural Science, v49 p973 (1993) Strong Lines: 2.55/X 1.60/9 2.09/7 3.48/5 1.74/3 1.24/3 1.37/3 1.40/2 2.38/2 1.51/1 NOTE: The sample is an alumina plate as received from ICDD. Unit cell computed from dobs. 2-Theta d(?) 25.578 3.4797 35.152 2.5508 37.776 2.3795 41.675 2.1654 43.355 2.0853 46.175 1.9643 52.549 1.7401 57.496 1.6016 59.739 1.5467 61.117 1.5151 61.298 1.5110 66.519 1.4045 68.212 1.3737 70.418 1.3360 74.297 1.2756 76.869 1.2392 77.224 1.2343 80.419 1.1932 80.698 1.1897 83.215 1.1600 84.356 1.1472 85.140 1.1386 86.360 1.1257 86.501 1.1242 88.994 1.0990 I(f) ( h k l) Theta 1/(2d) 2pi/d n^2 45.0 ( 0 1 2) 12.789 0.1437 1.8056 100.0 ( 1 0 4) 17.576 0.1960 2.4632 21.0 ( 1 1 0) 18.888 0.2101 2.6406 2.0 ( 0 0 6) 20.837 0.2309 2.9016 66.0 ( 1 1 3) 21.678 0.2398 3.0131 1.0 ( 2 0 2) 23.087 0.2545 3.1987 34.0 ( 0 2 4) 26.274 0.2873 3.6109 89.0 ( 1 1 6) 28.748 0.3122 3.9232 1.0 ( 2 1 1) 29.869 0.3233 4.0624 2.0 ( 1 2 2) 30.558 0.3300 4.1472 14.0 ( 0 1 8) 30.649 0.3309 4.1583 23.0 ( 2 1 4) 33.259 0.3560 4.4735 27.0 ( 3 0 0) 34.106 0.3640 4.5738 1.0 ( 1 2 5) 35.209 0.3743 4.7030 2.0 ( 2 0 8) 37.148 0.3920 4.9259 29.0 ( 1 0 10) 38.435 0.4035 5.0706 12.0 ( 1 1 9) 38.612 0.4051 5.0903 1.0 ( 2 1 7) 40.210 0.4191 5.2660 2.0 ( 2 2 0) 40.349 0.4203 5.2812 1.0 ( 3 0 6) 41.607 0.4310 5.4164 3.0 ( 2 2 3) 42.178 0.4358 5.4769 <1 ( 1 3 1) 42.570 0.4391 5.5181 2.0 ( 3 1 2) 43.180 0.4442 5.5818 3.0 ( 1 2 8) 43.250 0.4448 5.5891 9.0 ( 0 2 10) 44.497 0.4549 5.7170
关于XRD物相定量分析
关于XRD物相定量分析X射线衍射(XRD)是一种常用的分析技术,用于确定材料的物相组成,结构和晶体学信息。
XRD物相定量分析是通过测量样品对入射X射线的散射模式来分析样品中各组分的含量。
本文将详细介绍XRD物相定量分析的原理、方法和应用。
原理:XRD物相定量分析的原理基于布拉格方程:nλ = 2d sinθ,其中n 为整数,λ为入射X射线的波长,d为晶面间距,θ为散射角。
当X射线照射到晶体上时,会与晶体内的晶面相互作用,并产生散射。
不同晶面的晶面间距会导致不同散射角和散射强度的出现。
通过测量样品的散射模式,可以确定样品中的物相组成。
方法:XRD物相定量分析的方法主要有两种:定性分析和定量分析。
1.定性分析:通过比对实验测得的散射模式与已知标准样本的散射模式,可以确定样品中的物相种类。
这种方法常用于未知样品的初步分析和相的鉴定。
2.定量分析:通过测量散射峰的强度和位置,可以确定样品中各组分的含量。
定量分析需要建立标准曲线或参考曲线,以确定散射峰的位置和强度与物相含量之间的关系。
常用的定量分析方法有内标法、峰面积法和相对比例法等。
常用仪器:进行XRD物相定量分析需要使用X射线衍射仪。
X射线衍射仪由X射线源、样品台、衍射角度测量器和X射线探测器组成。
X射线源通常使用钴、铜或铬等发射入射X射线的金属。
应用:XRD物相定量分析在材料科学、地质学、矿物学、纺织业等领域具有广泛的应用。
1.材料科学:XRD物相定量分析可以用于研究材料的结构性质,例如晶胞参数、晶体结构和晶格畸变等。
它可以用于分析晶体中的杂质、晶形和晶轴取向等信息,并对材料的性能和性质进行评估和改善。
2.地质学和矿物学:XRD物相定量分析可用于矿石和岩石中矿物的鉴定和定量分析。
它可以确定矿物的种类、含量和分布情况,进而研究地质历史和矿床形成机制。
3.纺织业:XRD物相定量分析在纺织品中的应用主要用于分析纤维结构和纤维取向。
它可以评估纤维材料的质量和性能,并优化纺织工艺。
XRD物相定量分析
XRD物相定量分析X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)是一种常用的材料物相分析方法,可以确定材料的结晶结构、晶格参数以及物相比例等信息。
通过测量材料对入射X射线的衍射,可以得到衍射谱图,通过对谱图的分析计算,可以得到材料的物相及其定量分析结果。
本文将介绍XRD物相定量分析的基本原理、常用方法和数据处理过程。
X射线衍射的基本原理是由入射的X射线通过晶体与晶体原子或分子发生散射而产生的。
根据布拉格定律,当入射角度满足2dsinθ=nλ时,其中d是晶格面间距,θ是入射和散射光束夹角,n是整数,λ是X射线波长,就会发生衍射。
不同晶体具有不同的晶格参数和晶体结构,因此它们会在不同的衍射角(θ值)出现不同的衍射峰,通过测量衍射角可以获得晶体的结构信息。
XRD物相定量分析的实验步骤主要包括样品的制备、衍射谱图的测量和数据处理等。
首先,样品需要制备成适当的形式,通常是粉末状或薄片状。
对于晶体较大的样品,可以直接进行测量;而对于晶体粒度较小的样品或非晶体样品,需要进一步进行研磨和退火等处理,以提高样品的结晶度。
制备完成后,将样品放置在X射线衍射仪的样品台上,进行衍射谱图的测量。
衍射谱图的测量通常采用旋转或倾斜方式,分别称为旋转衍射和倾斜衍射。
在旋转衍射中,样品台固定,X射线管和检测器绕着样品台进行旋转,测量不同角度下的衍射强度。
在倾斜衍射中,样品台和检测器保持固定,X射线管进行倾斜照射,测量不同角度下的衍射强度。
通过测量一系列角度下的衍射强度,可以得到样品的衍射谱图。
XRD物相定量分析方法有许多种,常用的包括全谱法、内标法、正交试验法、铺峰法等。
全谱法是通过将衍射谱图进行全范围积分来定量分析各个物相的含量,适用于物相含量差异较大的样品。
内标法是通过在样品中加入已知物相作为内标,根据内标峰的强度比值来计算其他物相的含量,适用于物相含量差异不大的样品。
正交试验法是通过设计一系列正交试验样品,根据试样中各物相峰的强度来计算各物相的含量,适用于物相含量差异较大的样品。
XRD物相分析实验报告
XRD物相分析实验报告一、引言X射线衍射(XRD)是一种用来研究物质的晶体结构和晶体衍射现象的重要实验方法。
XRD物相分析实验可以通过测定物质的衍射图案,确定样品中的晶体结构以及晶格参数,进而分析物质的组成和性质。
本实验旨在通过XRD物相分析,对实验样品的晶体结构进行研究。
二、实验步骤1.将待测样品研磨成细粉,并用乙醇进行清洗和过滤,使得样品表面平整且无杂质。
2.将样品放置在刚度良好的样品钢环中,并用理石粉填充其余空间,以保持样品的平整性和稳定性。
3.将样品钢环固定在X射线测量装置上的样品架上,确保样品与X射线发射源、接收器和探测器之间的距离合适,并开启仪器。
4.使用仪器提供的程序选择适当的测量参数,如测量范围、步长等,进行XRD测试。
5.测量结束后,根据实验结果进行数据处理和分析,绘制出衍射图案,通过对衍射峰进行配对和标定,确定样品的物相信息。
三、实验结果与分析根据实验测得的衍射图案,可以清晰地观察到一系列衍射峰。
根据布拉格衍射公式d = λ / (2sinθ),其中d是晶面间距,λ是入射X射线波长,θ是衍射角度,我们可以计算出样品的晶面间距。
通过对衍射峰的标定和配对,我们可以确定样品中的物相信息。
根据国际晶体学数据库(ICDD)提供的数据,我们可以进行衍射峰的比对和匹配,确定样品中的晶体结构和晶格参数。
四、讨论与结论通过实验测定和分析,我们可以得出以下结论:1.样品中存在的晶体结构和晶格参数:(列举样品中的物相,以及其晶格参数,如晶格常数a,b,c以及晶胞参数等)2.样品的组成和性质:根据物相信息,可以推断出样品的组成和性质,如化合物的化学组成和晶体的热稳定性等。
3.实验结果的可靠性:对于确定样品物相和晶体结构的可靠性,除了比对和匹配实验结果外,还应考虑并确定实验条件和控制因素的合理性以及实验数据的准确性。
总之,XRD物相分析实验是一种常用的方法,可以研究物质的晶体结构和晶格参数。
通过实验测量和分析,我们可以得出样品中存在的物相信息并推断出样品的组成和性质。
关于XRD物相定量分析
关于XRD物相定量分析X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)是一种常见的物相分析技术,可以用于准确测定材料中的晶体结构、晶格参数和晶体取向。
它是通过将束缚在一个固定平面的晶体样品,用X射线进行照射,并测量和分析散射的X射线来实现的。
XRD物相定量分析是一种将XRD技术与定量分析方法相结合的技术,旨在确定材料中各种不同晶相的存在量。
这种分析方法在材料科学、地质学、矿物学和结构化学等领域具有重要的应用价值。
XRD物相定量分析主要分为两个步骤:第一步是通过X射线衍射图谱的处理和分析来确定各种晶相的存在和优先方向。
第二步是根据衍射峰的强度和峰面积来定量计算每个晶相的相对含量。
下面将详细介绍这两个步骤。
在XRD物相定量分析的第一步中,需要进行X射线衍射图谱的处理和分析,以确定各种晶相的存在和优先方向。
通常使用的工具是X射线衍射图谱,可以通过它来获得物样品的晶格常数和相位辅助信息。
在这一步中,需要使用的方法包括傅立叶变换、谱分析和红外线色散等。
这些方法可以将衍射峰的波长与晶体结构的特征相结合,以确定晶体中晶格参数和晶相的存在。
在第二步中,根据衍射峰的强度和峰面积来定量计算每个晶相的相对含量。
通常使用的方法是相对强度法和内部标定法。
相对强度法是通过比较不同晶相的强度峰来计算相对含量。
而内部标定法则是将一种已知晶相作为内部标定物质,通过测量其相对峰强来计算其他晶相的相对含量。
这种方法需要准确的内部标定物质来进行校准。
除了这两个步骤外,还需要考虑一些影响XRD物相定量分析的因素。
例如,样品制备和衍射仪的性能等。
样品制备需要保证样品的纯度、颗粒大小和十分的均匀性,以避免峰重叠和多相分析误差。
而衍射仪的性能则涉及到亮度、解析度和角度精确度等因素,对结果的准确性和精度有着重要的影响。
总体来说,XRD物相定量分析是一种重要的材料表征技术,可以准确测定材料中各种晶相的相对含量,并为材料的特性和性能提供重要的信息。
XRD实验物相定性分析解析
XRD实验物相定性分析解析X射线衍射(XRD)是一种非常常用的实验技术,用于物相的定性和定量分析。
通过观察材料中X射线的衍射图案,我们可以确定材料的晶体结构、晶体定向和晶格参数等信息。
本文将详细介绍XRD实验物相定性分析的原理和解析过程。
nλ = 2dsinθ其中,n是衍射阶次,λ是入射X射线的波长,d是晶格间距,θ是入射角。
通过测量衍射角θ和计算晶格间距d,我们可以确定材料的晶体结构。
在进行XRD实验时,我们首先需要准备待测物样品,通常是一块固体材料。
然后,我们将样品放置在X射线束下,以使X射线通过样品,发生衍射。
衍射的X射线通过样品后,会被X射线探测器测量,产生衍射谱图。
在解读衍射谱图时,我们需要关注以下两个关键参数:衍射角(2θ)和衍射强度(I)。
衍射角是X射线的入射角度,是由仪器测量得到的,而衍射强度则表示材料中的晶体结构和取向。
通常,衍射强度与晶体的晶格性质、晶体结构以及晶体定向有关。
通过比对样品的衍射谱图与数据库中的标准衍射谱图,我们可以确定材料的物相。
数据库中包含了各种材料的XRD衍射谱图,包括金属、陶瓷、无机晶体等。
对于未知物相的样品,我们可以通过计算其衍射角和衍射强度与数据库中的标准进行比对,从而找到与其相匹配的物相。
此外,我们还可以通过拟合样品的衍射谱图,计算出材料的晶格参数。
常用的拟合方法有布拉格法、勒貌法和整形法等。
这些方法利用了衍射角和衍射强度的信息,通过数学模型计算出最适合样品的晶格参数。
需要注意的是,XRD实验在物相定性分析上具有一定的局限性。
例如,对于非晶态或粘土等无定形材料,XRD无法提供明确的物相信息。
此外,XRD实验还无法确定材料中不同晶体相的相对含量,只能进行物相定性分析。
综上所述,XRD实验是一种常用的物相定性分析技术。
通过观察样品的衍射谱图,并与数据库中的标准进行比对,我们可以确定材料的物相。
此外,通过拟合样品的衍射谱图,我们还可以计算材料的晶格参数。
X射线衍射物相定性分析
对于点阵参数精确测量方法的研究,人们 总是希望能获得尽可能高的精确度和准确度。
然而,从实际应用出发则未必都是如此。高 精度测量要求从实验、测峰位和数据处理的 每一步骤都仔细认真,这只有花费大量的劳 动代价才能取得;对于无需追求尽可能高的 精度时则测量的步骤可作某些简化。甚至, 有时实际试样在高角度衍射线强度很弱或者 衍射线条很少,此时只能对低角衍射线进行 测量与分析。总而言之,在实际应用中应当 根据实际情况和分析目的,选择合适的方法, 既不能随意简化处理;也不许盲目追求高精 度。
物相分析注意事项:
从经验上看,晶面间距d值比相对强度重要。 待测物相的衍射数据与卡片上的衍射数据进行比
较时,至少d值须相当符合,一般只能在小数点后 第二位有分歧。 由低角衍射线条测算的d值误差比高角线条要大些。 较早的PDF卡片的实验数据有许多是用照相法测得 的,德拜法用柱形样品,试样吸收所引起的低角 位移要比高角线条大些;相对强度随实验条件而 异,目测估计误差也较大。吸收因子与2θ角有关, 所以强度对低角线条的影响比高角线条大。 而衍射仪法的吸收因子与2θ角无关,因此德拜法 的低角衍射线条相对强度比衍射仪法要小些
当对某种材料进行物相分析时,只要将实 验结果与数据库中的标准衍射花样图谱进 行比对,就可以确定材料的物相。
X射线衍射物相分析工作就变成了简单的图 谱对照工作。
X射线物相定性分析
1938年由Hanawalt提出,公布了上千种物 质的X射线衍射花样,并将其分类,给出每 种物质三条最强线的晶面间距索引(称为 Hanawalt索引)。
物相定性分析方法:
材料由哪些物相构成可以通过X射线衍射分析 加以确定,这些工作称之物相分析或结构分析。
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 晶体衍射花样来进行分析的。
XRD定性物相分析培训
XRD定性物相分析培训X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)是一种常用的材料分析技术,用于对物质的结构和组成进行定性和定量分析。
XRD分析的原理基于X射线与晶体中的原子相互作用而产生衍射现象,通过测量X射线的衍射图案,可以确定物质的晶体结构和晶格参数,从而推断物相的性质和组成。
1.样品制备:首先要将待测样品制备成粉末状,以便于X射线的穿透和散射。
通常可以通过机械研磨、球磨等方法将样品研磨成细粉,或者使用溶液法将样品溶解后沉淀成粉末。
2.X射线测量:将样品粉末放置在X射线仪器的样品台上,通过调整仪器参数和选择适当的入射角度,照射样品并记录散射的X射线。
一般来说,常用的入射角度为2θ,可以在一定角度范围内连续测量,形成X射线衍射图谱。
3.数据分析:获得X射线衍射图谱后,需要对数据进行分析和解释。
首先要识别出图谱中的各个衍射峰,衍射峰的位置和强度与样品中的晶体结构和晶格参数相关。
可以通过与已知物相的对比,进行峰位和峰形的匹配,以确定样品中存在的物相。
4.物相确定:在与已知物相的对比过程中,如果样品的衍射峰与已知物相的衍射峰一致,并且符合晶体学的规律,可以定性确定样品中存在的物相。
此外,还可以使用X射线衍射数据库,比如国际中心衍射数据,进行更准确的物相确定。
5.数据验证:为了验证物相的结果,可以通过其他技术进行进一步的分析,比如扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等。
这些技术可以提供样品的显微结构和元素成分信息,与XRD分析结果进行比较和验证。
需要注意的是,XRD定性物相分析是基于样品的晶体结构和晶格参数进行推断,对非晶态材料和无定型材料的分析有一定的局限性。
此外,XRD分析还需要考虑样品制备的质量和仪器的校准等因素,以确保分析结果的准确性和可靠性。
XRD物相分析
z 思路
① 首先根据制备样品的过程判断可能出现 的相,以及各相出现的可能性的大小。
② 已先易后难的原则用单相的PDF卡片去 和实验结果对比,排除符合较好的衍射 峰。将剩余的衍射峰再与其他可能出现 的单相PDF卡片比较,标记、排除。
③ 重复这个过程直至所有的峰确定完毕
分析实例
z 样品 在氢气中还原5分钟的钴铁氧体纳米颗粒
最后结果
(110)
(220)
(220)
(400)
CoFe2O4 CoFe2
(440) (511)
(200) (533) (211)
可能存在的问题
z 对反应产物判断不准造成相分析的失误 应对方法:其他手段测定待分析物相的化 学成分,估计可能的物相。
z 可能存在的相由于结构相近,衍射峰重 叠,不易判断。 应对方法:前一相分析完毕,重叠谱线不 做排除,归入待分析谱线中。
z 可能含有的相(依照可能性大小排列)
CoFe2O4 CoXFeY CoO / FeO
母相 还原产物 中间相
z 原始XRБайду номын сангаас衍射谱
z 样品谱线与CoFe2O4 PDF卡片比较
CoFe2O4 Unkown
z 与CoXFeY比较
z 排除FeO/CoO相
z CoFe2晶相的确定 参考了PDF卡片中铁钴合金衍射谱最强峰的d值
XRD多相定性分析浅析
报告的组成部分
z 背景 z 处理思路 z 分析实例 z 可能存在的问题
背景
z 当开发复合材料成为当今新材料研发的重 要领域时,多相分析的地位日益重要。
z 传统材料制备中,分析杂相。
处理思路
z 前提 多相混合物质的衍射谱图是由构成试样各 相的德衍射谱叠加而成的,某一相的衍射 线位置不因其他相的存在而改变。如果各 相的吸收系数类似,则强度也不受其他相 的存在的影响。
XRD物相定量分析
特点:方法简单,精度差
K值法
• 原理:往待测试样中加入一定量标准的内标物质(刚玉)制成复合试
样,测定待测相的某一衍射峰强度与内标物质某一衍射峰强度比。
• K值的测定:预先制备一个待测相j和内标物质重量比为1:1的混合物, 测量两相某衍射峰强度比,则可计算得到K=Ij/Is。
绝热法
• 用试样中的某个相作为标准物质,根据每一个相的RIR值(参比强度) 测量出每一个相的衍射强度,从而计算出物相的质量分数。 • X的质量分数可表示为:
对于没有RIR值的物相,可以自己测量,将质量比为1:1的纯相和标准刚玉混合, 测试混合相的XRD,将待测相的最强峰强度比上刚玉最强峰强度就是RIR值。
Thank You!
WA=IA/(IA/KAA+IC/KAC+IS/KAS) =6.0/(6.0/1+45.1/2+100/3.41)=0.10
Ws=Is/KAS (IA/KAA+IC/KAC+IS/KAS) =100/3.41(6.0/1+45.1/2+100/3.41)=0.51 Wc=Ic/KAC (IA/KAA+IC/KAC+IS/KAS) =45.1/2(6.0/1+45.1/2+100/3.41)=0.39
XRD物相定量分析
X射线定量分析原理
各相衍射线的强度随其含量的增加而提高,但含量与强度并不成正比,需加以修正。
主要方法:外标法、内标法(K值)、绝热法(自清洗法)
外标法
原理:外标法是将待测样品中i相的某一衍射线条的强度与纯物质i相的相同 衍射峰线条强度进行直接比较,即可求得待测样品中i相的相对含量。 方法: 假设待测样品为α+β两相,则wα+wβ=1 那么
XRD实验物相定性分析解析
XRD实验物相定性分析一、实验目的1、学习了解X射线衍射仪的结构和工作原理。
2、掌握X射线衍射物相定性分析的原理和实验方法。
3、掌握X射线分析软件Jade5.0和图形分析软件OriginPro的基本操作。
二、实验仪器D8 Advance型X射线衍射仪组成: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)测角仪C-计数管;S1、S2-梭拉缝;D-样品;E-支架;K、L-狭缝光栏;F-接受光栏;G-测角仪圆;H-样品台;O-测角仪中心轴;S-X射线源;M-刻度盘;图1. 测角仪结构原理图图2. 测角仪的光路图X射线源S是由X 射线管靶面上的线状焦斑产生的线状光源。
线状光源首先通过梭拉缝S1,在高度方向上的发散受到限制。
随后通过狭缝光栅K,使入射X射线在宽度方向上的发散也受限制。
经过S1和K后,X射线将以一定的高度和宽度照射在样品表面,样品中满足布拉格衍射条件的某组晶面将发生衍射。
衍射线通过狭缝光栏L、S2和接受光栏F后,以线性进入计数管C,记录X射线的光子数,获得晶面衍射的相对强度,计数管与样品同时转动,且计数管的转动角速度为样品的两倍,这样可以保证入射线与衍射线始终保持2θ夹角,从而使计数管收集到的衍射线是那些与样品表面平行的晶面所产生的。
θ角从低到高,计数管从低到高逐一记录各衍射线的光子数,转化为电信号,记录下X射线的相对强度,从而形成 2—I的关系曲线,即X射线衍射花样。
相对(2)X射线发生器图3. X射线产生装置X 射线管实际上就是一只在高压下工作的真空二极管,它有两个电极:一个是用于发射电子的灯丝,作为阴极,另一个是用于接受电子轰击的靶材,作为阳极,它们被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。
X射线管提供电部分至少包含有一个使灯丝加热的低压电源和一个给两极施加高电压的高压发生器。
当钨丝通过足够的电流使其发生电子云,且有足够的电压(千伏等级)加在阳极和阴极间、使得电子云被拉往阳极。
XRD实验物相定性分析解析
XRD实验物相定性分析解析X射线衍射(XRD)是一种常见的物相分析方法,用于确定材料的晶体结构和相组成。
本文将探讨XRD实验的原理、仪器和样品制备,并介绍其在材料科学中的应用和解析方法。
X射线是一种电磁波,具有较短的波长和高频率,可以穿透物质并与其相互作用。
X射线衍射是指X射线通过物质后的散射现象,当X射线与物质的晶体格子相互作用时,射线会发生衍射,形成一系列衍射峰。
这些衍射峰的位置和强度可以提供关于晶体结构和相组成的信息。
XRD仪器:XRD仪器主要由X射线源、样品台、衍射角探测器和数据采集系统等组成。
X射线源通常是钨或铜的X射线管,通过加热和加电产生连续谱的X射线。
样品台用于固定和旋转样品,以便在各个角度下获取衍射数据。
衍射角探测器一般采用闪烁计数器或曲线探测器,用于检测和测量衍射峰的位置和强度。
数据采集系统负责收集和处理衍射数据,生成XRD图样。
样品制备:样品制备是XRD实验中的重要一步,样品的形态和晶体质量直接影响实验结果。
通常,样品可以是固态、薄膜、粉末或液态,根据不同的样品形态选择相应的方法进行制备。
固态样品通常经过机械切割、打磨和抛光来获得平坦的表面。
粉末样品则需通过高速摇床或球磨机将样品粉碎成粉末。
对于液态样品,则需通过制备薄膜或浓缩溶液后,使用特殊的样品夹具测量。
应用和解析方法:XRD在材料科学领域具有广泛的应用,如无机材料、有机材料、金属材料和生物材料等。
通过XRD实验,可以确定样品的晶体结构、晶格常数、晶胞参数和晶体取向等信息。
对于XRD实验的解析方法,首先需要进行物相定性分析。
这一步骤通常通过与标准物相数据库进行比对,确定样品的物相组成。
在比对过程中,可根据衍射峰的位置和强度进行匹配,并利用标准物相的晶胞参数进行校正。
此外,样品的晶体结构也可以借助衍射数据进行解析。
通过在衍射图样中标记峰的位置,可以计算晶胞参数和晶体取向,从而确定样品的晶体结构。
同时,XRD还可以用于研究晶体中的缺陷、畸变和应力等。
X射线衍射原理操作及结果分析-XRD全面介绍
思考题
1.简述X射线衍射分析的特点和应用; 2.简述X射线衍射仪的结构和工作原理;
X射线衍射一般分为:
单晶X射线衍射 多晶粉末X射线衍射
2. 实验仪器及实验操作
2.由阴极灯丝、阳极、聚 焦罩等组成,功率大部分在1~2千瓦。可拆 卸式X射线管又称旋转阳极靶,其功率比密闭 式大许多倍,一般为12~60千瓦。常用的X射 线靶材有W、Ag、Mo、Ni、Co、Fe、Cr、 Cu等。
晶面间距d与晶胞的形状和大小有关,相对强度则与质点 的种类及其在晶胞中的位置有关。所以任何一种结晶物质 的衍射数据d和I/I1是其晶体结构的必然反映,因而可以 根据它们来鉴别结晶物质的物相。
布拉格方程
此式的物理意义在于:规定了X射线在晶体内产生衍射 的必要条件,只有d、θ、λ同时满足布拉格方程时, 晶体才能产生衍射。
4
O2 (4e)
0.1488(2)
0.9779(1)
0.2382(7)
4
O3 (4e)
0.1709(8)
0.0469(9)
0.0437(1)
4
O4 (4e)
0.1613(1)
0.2622(8)
0.1834(1)
4
O5 (4e)
0.4294(5)
0.0872(5)
0.3307(7)
4
O6 (4e)
0.6965(8)
x, y, z (in units of lattice constants a = 8.6071(1)Å, b = 8.5931(8)Å, c = 12.0410(1)Å and β = 90.587(2)°) for carbon-coated Li3V2(PO4)3
XRD实验物相定性分析报告
XRD实验物相定性分析报告X射线衍射(XRD)是一种常用的非破坏性物相分析方法,可用于定性和定量分析样品的晶体结构、晶体相、晶格常数等信息。
在本次XRD实验中,我们将对一系列样品进行物相定性的分析。
首先,我们选取了五个不同的样品进行实验。
这些样品包括纯净的金属铜、金属铝以及复合样品铜铝合金,以及两种不同的无机化合物(氧化铜和氧化铝)。
实验使用的仪器是一台经典的X射线粉末衍射仪。
在实验中,我们首先对每个样品进行了样品的制备。
对于金属样品,我们使用细砂纸对其进行打磨,以获得光滑的表面;对于化合物样品,我们使用电子天平仔细称取,并在细砂纸上打磨以获得细粉末。
接下来,我们将样品放置在玻璃制的样品台上,并确保样品表面的平整度和均匀性。
然后,我们调整仪器的参数,例如电压和电流,以获得最佳的实验条件。
最后,我们通过旋转样品台来获取样品在不同角度下的衍射图谱。
根据实验得到的衍射图谱,我们可以观察到不同样品之间的显著差异。
在所有样品中,我们观察到了数个有强衍射峰的峰位,这些峰位对应于不同的晶面。
通过与标准晶体数据库进行对比,我们可以确定每个样品的物相。
在金属铜样品中,我们观察到了强衍射峰位于2θ角为43.3°和50.4°左右,这是金属铜的典型衍射峰。
通过与数据库的对比,我们可以确定金属铜的物相。
对于金属铝样品,我们观察到了强衍射峰位于2θ角为38.7°和44.7°左右,这是金属铝的典型衍射峰。
通过与数据库的对比,我们可以确定金属铝的物相。
对于铜铝合金样品,我们观察到了金属铜和金属铝的衍射峰,这表明该样品是铜铝合金。
通过在数据库中查找铜铝合金的物相,我们可以进一步确定其组成和晶体结构。
对于氧化铜样品,我们观察到了强衍射峰位于2θ角为35.5°和38.8°左右,这是氧化铜的典型衍射峰。
通过与数据库的对比,我们可以确定氧化铜的物相。
对于氧化铝样品,我们观察到了强衍射峰位于2θ角为37.8°和43.6°左右,这是氧化铝的典型衍射峰。
XRD定性分析
生物医学领域的应用
生物矿化作用研究
药物释放行为研究
生物材料结构分析
生物分子相互作用研究
对样品的要求
样品必须是晶体
样品必须均匀
添加标题
添加标题
样品必须无杂质
添加标题
添加标题
样品必须无应力
实验条件的影响
温度:温度变化 会影响XRD定性 分析的准确性
湿度:湿度过高可 能导致样品变质, 影响分析结果
注意事项:a. 样品纯度要求高,避免杂质干扰;b. 实验条件要稳定,确保数据准确性;c. 结果分析要严谨,避免误判。
应用范围:广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域,是研究晶体结构的重要手段之一。
衍射峰的识别和比对
结果解读
确定峰位:根据峰位确定物相 峰高分析:通过峰高判断物相含量 峰宽分析:通过峰宽判断晶体结构 半高宽分析:通过半高宽判断晶体取向
高通量XRD技术
定义:高通量XRD技术是一种高效率、高通量的X射线衍射技术,能够快速、准确地获取样品 的晶体结构和相组成信息。
应用领域:广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域,尤其在催化剂、电池材料、药物研发 等领域具有重要作用。
发展趋势:随着计算机技术和探测器技术的不断发展,高通量XRD技术将进一步提高检测速度 和精度,拓展应用领域,为科学研究和技术创新提供更加有力的支持。
未来展望:未来,高通量XRD技术有望与其他分析技术相结合,形成更为强大的综合分析系统, 为解决复杂问题提供更加全面的解决方案。
微区XRD技术
定义:利用微小 区域内的X射线 衍射现象进行物 质结构分析的技 术
应用领域:材料 科学、生物学、 医学等
发展趋势:提高 检测灵敏度、实 现实时动态监测、 拓展应用范围
X射线衍射物相定性分析实验简介
山西大学物电学院
衍射仪常用的粉末样品形状为平板形 粉末样品形状为平板形。 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, 透过试样板(1cm×1.3cm, 2cm×1.3cm)和不 和 的支架有两种 , 即 透过试样板 透过试样板。 透过试样板。 常用制样方法 压片法。 制样方法: 常用 制样方法 : 压片法 。 缺点:易产生择优取向。 缺点:易产生择优取向 择优取向。 其它方法: 涂片法、 其它方法 : 涂片法 、 喷雾 塑合法。 法及塑合法。 若样品是块状且高度无序 取向的微晶粒组成, 取向的微晶粒组成 , 也可直接 使用, 但要加工出一个平面。 使用 , 但要加工出一个平面 。 而这种冷加工又会引入择优取 向或应力。 向或应力。
晶体
7/48
山西大学物遵循 布
喇格公式的:
射线照射到晶体上时, 当X射线照射到晶体上时,组成 射线照射到晶体上时 晶体的每个原子都可看作一个子 晶体的每个原子都可看作一个 子 波源, 向各个方向发出衍射线, 波源 , 向各个方向发出衍射线 , 它们叠加可以分为: 它们叠加可以分为: 2 3 1
晶体中原子排列成有规则的空间点阵,原子 晶体中原子排列成有规则的空间点阵, 的数量级, 射线的波长同数量级 同数量级, 间距为 间距为10-10m的数量级,与X射线的波长同数量级, 的数量级 可以利用晶体作为天然光栅 天然光栅。 可以利用晶体作为天然光栅。
3/48
山西大学物电学院
晶体
晶格
NaCl晶体结构 NaCl晶体结构
晶胞
4/48
山西大学物电学院
三个 晶级 高级 晶系
七大 晶系
点阵常数 a = b = c,α =β = γ = 90° , a = b≠c,α =β = γ = 90° , a = b≠c,α =β = 90°, γ =120° , a = b = c,α =β = γ ≠90° , a≠b≠c,α =β = γ = 90° , a≠b≠c, β = γ =90°, α ≠90° a≠b≠c, α ≠β ≠γ ≠ 90°
XRD定性分析
)
, 使得I KR V
2
两相衍射线条强度比,求得 Cγ/Cα
Iγ / Iα=RγCγ/RαCα
若只有α和γ两相,则Cα+Cγ=1,
即可求出
C%= 1+
100 R •
I
若有第三相碳化物RC 存I 在,加测Ic求Iγ / Ic及Rγ /Rc,求得
Cγ/Cc 因Cγ+ Cα+ Cc = 1,即可定量求出
以物质名为索引
4.物相定性分析措施
人工检索卡片库
原理相同
计算机检索卡片数据库
效率提高
计算机软件全谱拟合
2.09- 2.13 I “三强线” 2.47
1.80
2.09- 2.13 II “三强线” 1.80
1.50
2.09- 2.13 III “三强线” 1.80
1.28
物相定性分析所应注意问题
Iα= K1 Cα/μ
对α和β两相,各自密度分别为ρα和ρβ,线吸收系数为μα和μβ,,质量百分比分别为 xα和xβ。
混合物旳线吸收系数: μ =ρ( xαμα/ρα + xβμβ/ρβ) Cα = Vα/ V = ρxα/ρα
所以, α相旳衍射强度公式: Iα= K1 Cα/μ = K1 xα/ρα( xαμα/ρα + xβμβ/ρβ ) = K1 xα/ρα[xα(μα/ρα- μβ/ρβ) + μβ/ ρβ ] = K1 xα/(A xα+B)
K值法不需作复杂旳原则曲线,无繁杂计算,从而节省了分析时 间,应用较广。但与内标法一样,必须提供纯样品物质,受到一 定限制。
K值法法能够判断样品中是否有非晶物质存在。
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XRD实验物相定性分析一、实验目的1、学习了解X射线衍射仪的结构和工作原理。
2、掌握X射线衍射物相定性分析的原理和实验方法。
3、掌握X射线分析软件Jade5.0和图形分析软件OriginPro的基本操作。
二、实验仪器D8 Advance型X射线衍射仪组成: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)测角仪C-计数管;S1、S2-梭拉缝;D-样品;E-支架;K、L-狭缝光栏;F-接受光栏;G-测角仪圆;H-样品台;O-测角仪中心轴;S-X射线源;M-刻度盘;图1. 测角仪结构原理图图2. 测角仪的光路图X射线源S是由X 射线管靶面上的线状焦斑产生的线状光源。
线状光源首先通过梭拉缝S1,在高度方向上的发散受到限制。
随后通过狭缝光栅K,使入射X射线在宽度方向上的发散也受限制。
经过S1和K后,X射线将以一定的高度和宽度照射在样品表面,样品中满足布拉格衍射条件的某组晶面将发生衍射。
衍射线通过狭缝光栏L、S2和接受光栏F后,以线性进入计数管C,记录X射线的光子数,获得晶面衍射的相对强度,计数管与样品同时转动,且计数管的转动角速度为样品的两倍,这样可以保证入射线与衍射线始终保持2θ夹角,从而使计数管收集到的衍射线是那些与样品表面平行的晶面所产生的。
θ角从低到高,计数管从低到高逐一记录各衍射线的光子数,转化为电信号,记录下X射线的相对强度,从而形成 2—I的关系曲线,即X射线衍射花样。
相对(2)X射线发生器图3. X射线产生装置X 射线管实际上就是一只在高压下工作的真空二极管,它有两个电极:一个是用于发射电子的灯丝,作为阴极,另一个是用于接受电子轰击的靶材,作为阳极,它们被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。
X射线管提供电部分至少包含有一个使灯丝加热的低压电源和一个给两极施加高电压的高压发生器。
当钨丝通过足够的电流使其发生电子云,且有足够的电压(千伏等级)加在阳极和阴极间、使得电子云被拉往阳极。
此时电子以高能高速的状态撞击钨靶,高速电子到达靶面,运动突然收到阻止,其动能的一小部分便转化为辐射能,以X射线的形式放出。
产生的X射线通过铍窗口射出。
改变灯丝电流的大小可以改变灯丝的温度和电子的发射量,从而改变管电流和X射线强度的大小。
改变X光管激发电位或选用不同的靶材可以改变入射X 射线的能量或在不同能量处的强度。
(3)计数器图4. 正比计数管的结构及其基本电路计数器由计数管及其附属电路组成,如图3所示。
其基本原理: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。
三、物相分析基本原理晶体结构可以用三维点阵来表示。
每个点阵点代表晶体中的一个基本单元,如离子、原子或分子等。
空间点阵可以从各个方向予以划分,而成为许多组平行的平面点阵。
因此,晶体可以看成是由一系列具有相同晶面指数的平面按一定的距离分布而形成的。
各种晶体具有不同的基本单元、晶胞大小、对称性。
因此,每一种晶体都必然存在着一系列特定的d 值,可以用于表征不同的晶体。
X 射线入射晶体时,作用于束缚较紧的电子,电子发生晶格振动,向空间辐射与入射波频率相同的电磁波(散射波),该电子成了新的辐射源,所有的电子的散射波均可看成是由原子中心发出的,这样每个电子就成了发生源,它们向空间发射与入射波频率相同的散射波,由于这些散射波的频率相同,在空间将发生干涉,在某些固定方向得到增强或者减弱甚至消失,产生衍射现象,形成了波的干涉图案,即衍射花样。
图5. X-射线的布拉格衍射示意图衍射X 射线满足布拉格方程: λθn d =sin 2 式中:λ是X射线的波长;θ是衍射角;d是结晶面间隔;n是整数。
实验中通过已知波长的X射线来测量样品的衍射角。
根据已知的X射线波长λ和测量出的衍射角θ,通过布拉格方程计算出晶面间距d。
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,将被测物质的X射线衍射谱线对应的d值及计数器测出的X射线相对强度I与已知物相特有的X射相对线衍射d值及I进行对比借以确定被测物质的物相组成。
物相定性分析所使用相对的已知物象的衍射数据(d值以及I值等等),均已编辑成卡片出版,即PDF相对卡片。
如果d和I可以很好的对应,可以认为卡片所代表的物相为待测的物相。
相对四、实验步骤(1)、把氧化铝粉末在玻璃试样架槽中制成试样,并且用玻璃片将氧化铝粉末压结实,原则是少量多次,且要压出一个平面。
(2)、将制好的试样水平放置在衍射仪中。
在衍射仪工作过程中,会有大量X 射线放出,对人体造成损害。
所以一定要关上衍射仪的铅玻璃门。
(3)、在电脑上选择实验参数:扫描角度范围为20°至80°;扫描速度为0.1s/step,电压为40kV,电流为40mA(4)、设备开始工作,并在软件界面上实时显示得到的衍射峰。
(5)、用OriginPro得到图像,用Jade软件分析和处理数据。
五、数据处理物相检索也就是“物相定性分析”。
它的基本原理是基于以下三条原则:(1)任何一种物相都有其特征的衍射谱;(2)任何两种物相的衍射谱不可能完全相同;(3)多相样品的衍射峰是各物相的机械叠加。
因此,通过实验测量或理论计算,建立一个“已知物相的卡片库”,将所测样品的图谱与PDF卡片库中的“标准卡片”一一对照,就能检索出样品中的全部物相。
物相检索的步骤包括:(1)给出检索条件:包括检索子库(有机还是无机、矿物还是金属等等)、样品中可能存在的元素等;(2)计算机按照给定的检索条件进行检索,将最可能存在的前100种物相列出一个表;(3)从列表中检定出一定存在的物相。
一般来说,判断一个相是否存在有三个条件:(1)标准卡片中的峰位与测量峰的峰位是否匹配,换句话说,一般情况下标准卡片中出现的峰的位置,样品谱中必须有相应的峰与之对应,即使三条强线对应得非常好,但有另一条较强线位置明显没有出现衍射峰,也不能确定存在该相,但是,当样品存在明显的择优取向时除外,此时需要另外考虑择优取向问题;(2)标准卡片的峰强比与样品峰的峰强比要大致相同,但一般情况下,对于金属块状样品,由于择优取向存在,导致峰强比不一致,因此,峰强比仅可作参考;(3)检索出来的物相包含的元素在样品中必须存在,如果检索出一个FeO相,但样品中根本不可能存在Fe元素,则即使其它条件完全吻合,也不能确定样品中存在该相,此时可考虑样品中存在与FeO晶体结构大体相同的某相。
当然,如果不能确定样品会不会受Fe污染,就得去做元素分析。
具体步骤如下:(1)、打开Jade5.0软件,首先建立PDF卡片索引打开测量图谱,如下图所示:上图显示了化学式、FOM值、PDF-#、RIR等当鼠标左击到一个矿物时,在X衍射图谱显示栏会显示蓝色的线,选择与X衍射图谱拟合最好的矿物,然后在矿物名称前面勾选。
(2)、扣背底,在元素周期表中选择可能的化学元素在Search\Match窗口中,拖动可以进行全选,鼠标左键改变颜色,选中后,先全部变为红色,改变所选元素的颜色,限定元素种类:红色—排除,绿色—包括,灰色—可能,通常做法是把可能的元素变成灰色。
用化学成分逼近是种好办法。
(3)、在检索结果列表中,根据谱线角度匹配情况,选择最匹配的PDF卡片作为物相鉴定结果。
(4)、用origin软件拟合实验时得到的txt数据,得到图形后,标上每一个峰所对应的晶面指数六、思考题说明物相鉴定的依据,多相样品的物相定性分析存在哪些困难?答:物相鉴定的依据: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。
多相样品的物相定性分析存在的困难:假如一个样品内包含了几种不同的物相,则各个物相仍然保持各自特征的衍射花样不变。
而整个样品的衍射花样则相当于它们的迭合。
除非两物相衍射线刚好重迭在一起,否则二者一般之间不会产生干扰。
这就为我们鉴别这些混合物样品中各个物相提供了可能。
关键是如何将这几套衍射线分开。
不同相的衍射线可能会重叠,导致花样中的最强线不是某相的最强线,而是两项或者多相的弱线叠加,如果以这样的线条作为最强线,将无法找到对应的卡片。
这也是多相分析的难点所在。
可以想象,一个样品中相的数目越多,重迭的可能性也越大。
鉴别起来也越困难。