X射线衍射图谱分析——介绍
X射线衍射图谱的分析
X射线衍射图谱的分析----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------A 衍射峰的有无、位置B 衍射峰的强度C 衍射峰的峰形E 衍射测试实验条件选择F 其他相关知识----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------A 衍射峰的有无、位置1、衍射方向取决于晶体的周期或晶胞的大小。
2、X射线入射到结晶物质上，产生衍射的充分必要条件是3、第一个公式确定了衍射方向。
在一定的实验条件下衍射方向取决于晶面间距d。
而d是晶胞参数的函数，；第二个公式示出衍射强度与结构因子F(hkl)的关系，衍射强度正比于F(hkl)模的平方，4、F(hkl)的数值取决于物质的结构，即晶胞中原子的种类、数目和排列方式，因此决定X射线衍射谱中衍射方向和衍射强度的一套d和I的数值是与一个确定的结构相对应的。
这就是说，任何一个物相都有一套d-I特征值，两种不同物相的结构稍有差异其衍射谱中的d和I将有区别。
这就是应用X射线衍射分析和鉴定物相的依据。
5、若某一种物质包含有多种物相时，每个物相产生的衍射将独立存在，互不相干。
该物质衍射实验的结果是各个单相衍射图谱的简单叠加。
因此应用X射线衍射可以对多种物相共存的体系进行全分析。
6、一种物相衍射谱中的(是衍射图谱中最强峰的强度值) 的数值取决于该物质的组成与结构，其中称为相对强度。
当两个样品的数值都对应相等时，这两个样品就是组成与结构相同的同一种物相。
DNA分子的X射线衍射图谱介绍
0)8分子的9射线衍射图谱介绍岳春光!!四川省南充高级中学!南充!I"MK$%"摘!要!U Q F分子的d射线衍射图谱本质上是两个夫琅禾费单缝衍射图谱的叠加$由于d射线在照射U Q F分子时#先后经两个互成角度单缝后发生衍射#因此形成的衍射图谱呈,d-形#据此可以推测U Q F分子结构呈螺旋形$关键词!U Q F!d射线衍射图谱!夫琅禾费单缝衍射!!人教版高中生物学教材必修'!'$%K版"第"章第'节,U Q F分子的结构-在介绍U Q F分子的d射线衍射图谱时#已经将插图更换为著名的,#%号照片-$该照片是著名女科学家罗莎琳德+富兰克林实验组拍摄的第#%张U Q F分子d射线衍射照片#也是对于破解U Q F分子结构最关键的一张照片$教材在该插图下添加了注解),d-型意味着U Q F分子是螺旋的$一线教师在使用过程中#普遍不能理解其原理#因此本文将简要介绍如何根据,d-型判断U Q F分子是螺旋的$!"衍射及夫琅禾费单缝衍射衍射!1+T T0.-2+/3"是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象$光在传播过程中#遇到障碍物或小孔时#光将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象#叫光的衍射!1+T T0.-2+/3/T,+A;2"!图%"$图%!单缝衍射示意图如果障碍物是一条狭缝#光源和光屏到障碍物的距离都很大#此时入射光为平行光#波面是平面#衍射光也是平行光$这种衍射称为夫琅禾费单缝衍射$其特点是中央有一条特别明亮的亮条纹#相邻的亮条纹之间有一条暗条纹$如果以相邻暗条纹之间的间隔作为亮条纹的宽度#则两侧的亮条纹是等宽的#而中央亮条纹的宽度是其他亮条纹的两倍$在特定条件下#狭缝的宽度)%狭缝与光屏的距离>%光的波长 %相邻衍射暗条纹间距08近似满足如下关系))@08>据上式可知#通过测量>%08#结合已知的光的波长 #即可计算出狭缝宽度)$#"9射线透过0)8分子形成的衍射图案 可以看做两个夫琅禾费单缝衍射的叠加以红色激光水平照射竖直弹簧来模拟d射线透过U Q F分子)光线在通过弹簧时#先后照到两小段倾斜的细丝!用图'中间黑色线段和灰色线段表示"#两段细丝呈现交叉状#分别产生与单缝衍射相同的条纹$由于黑色线段向左倾斜#形成的狭缝衍射条纹即向左倾斜!走向与黑色线段垂直#即图'右侧F所示"#而灰色线段代表的铁丝向右倾斜#形成的狭缝衍射条纹向右倾斜!走向与灰色线段垂直#图'右侧8所示"#因此最终图谱呈现,d-形$通过几何关系不难看出#衍射图谱中,d-形夹角与黑色线段和灰色线段的夹角是相等的$换言之#若衍射图像呈现,d-形#则预示障碍物呈螺旋形$图'!红色激光水平照射竖直弹簧形成衍射图谱分析注)引自第三十五届全国中学生物理竞赛复赛第六题%K%"年#劳厄想到#如果晶体中的原子排列是有规则的#那么晶体可以当作是d射线的三维衍射光栅$d射线波长的数量级是%$m%$m%$m I厘米#这与固体中的原子间距大致相同$果然试验取得了成功#这就是最早的d射线衍射$d射线的本质与光一样是电磁波#在遇到障碍物时同样会衍射$如果我们把U Q F分子看作一段螺旋的铁丝#而忽略其是两条链构成的细节#当d射线在透过U Q F分子时#同样会形成分别垂直于黑色色块和灰色色块!图"中间"的%呈,d-形交叉的衍射图案!图"右侧"$因此我们就不难理解为何,d-形衍射图谱意味着U Q F分子呈螺旋形了$+%M+生物学教学'$'%年!第HI卷"第I期试探新冠肺炎的战 疫 思维胡克海!!山东省汶上县第一中学!济宁!'M'#$$"摘!要!利用学生对新冠肺炎的关注热度#本文以战疫热点为主线#通过分析%解决问题的思路#归纳所渗透的科学思维#引领学生,消化吸收-战疫中的思维营养$关键词!新冠肺炎!科学思维!生物学课程!!突发于'$%K *'$'$年之交#在全球大流行的新冠肺炎!7J b PU %K "已导致全球上亿人染病#两百余万人死亡$和海外疫情持续暴增的态势不同#中国在短时间就控制住了疫情$中国的战疫成功主要源于对疫情的科学防控$新冠肺炎是突发的新发疾病#对其认知并无模板可循#但中国医生和科学家尝试在战疫中认识并逐步完善战疫策略$科学战疫的过程就是运用科学思维不断攻克时坚的过程#中国的战疫历程就是现实版运用科学思维呵护生命%解决现实生存危机的教科书$科学思维是生物学学科核心素养的重要组成内容#归纳并解读新冠肺炎战疫中的科学思维能充分发挥新冠肺炎触发的心理热度#激发并维持学生的学习动机#深化学生对重要科学思维方法的理解和运用$!"科学思维的内涵及范畴,科学思维-是指尊重事实和证据#崇尚严谨和务实的求知态度#运用科学的思维方法认识事物%解决实际问题的思维习惯和能力$科学思维有两个层面的含义)一是求知态度#要求做到尊重事实和证据#崇尚严谨和务实(二是思维习惯和能力#要求认识事物和解决问题时要运用科学的思维方法包括归纳与概括%演绎与推理%模型与建模%批判性思维%创造性思维等&%'$中国科学家新冠肺炎的战疫历程是科学思维有效运用的系统体现#为如何践行正确的求知态度和运用科学的思维方法提供了现实模板$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$图"!U Q F 分子d 射线衍射图谱分析"#"点 明新冠肺炎战疫始末 感悟科学思维的引领':%!热点一 >F O >7/b ' 新冠肺炎病原体 的发现!'$%K 年%'月下旬#张继先主任领衔的湖北省中西医结合医院呼吸内科陆续收诊了M 位有流感症状或者普通肺炎症状的患者#79检查结果不同于普通肺炎(做流感%>F O >7/b 等已发现病原体检测均为阴性(做流调显示#有H 位去过华南海鲜市场$张继先主任认为患者来源极不寻常#建议并会同医院领导及时上报$湖北省%市卫健委疾控处接到医院的报告后快速响应#指示武汉市疾控中心%金银潭医院和江汉区疾控中心#来到湖北省中西医结合医院#开始流行病学调查$%'月"$日#武汉市卫健委下发了一份.关于报送不明原因肺炎救治情况的紧急通知/#将新发肺炎称为,不明原因的肺炎-$%月"日*#日#专家将,不明原因的肺炎-正式排除流感%禽流感%腺病毒感染等常见呼吸道疾病以及严重急性呼吸综合征!>F O >"和中东呼吸综合征!@B O >"等呼吸道传染病$%月M 日#,不明原因的肺炎-病原学鉴定取得初步进展$基因组测序显示#病原体为一种新型冠状病毒!世卫组织将其命名为>F O >7/b '"$战疫思路)观察现象#获取信息%经验回顾#新旧对比%厘清差异#提炼规律!病原体检测异常#H 位患者去过华南海鲜市场"%突破常规#大胆质疑!该肺炎不是已经发现的疾病"%提出设想#技术求证!该肺炎为,不明原因肺炎-#对病原体分离进行基因组测序"%锁定,发现-#实践运用!,不明原因肺炎-由新型冠状病毒引起"$思维关键)立足于事实和证据#大胆质疑#突破常规#提出新的设想#然后求证于试验和调查$思维标签)批判性思维$':'!热点二 新冠肺炎潜伏期及临床症状的认定!'月K 日#钟南山团队在医学杂志)<1O R +S 上发表了标题为,中国'$%K 年>F O >7/b '感染的临床特征-的论文#公开了团队的研究流程$研究团队截取了%$KK 例患者!发病时间介于%月%日*%月'K 日之间#并且注重了职业%动物接触史%武汉人员接触史等方面覆盖面"#通过流行病学调查和观察检测#对潜伏期和临床特征进行回顾性梳理$研究团队对获得的数+'M +生物学教学'$'%年!第HI 卷"第I 期。
X射线衍射-福建
单位晶胞
是指能够充分反映整个晶体结构特征的最小单位。晶胞的 形状大小可由一组晶胞参数来表示。 由一个晶胞出发，借助平移群能够重复出整个晶体结构。
图中a、b、c、α、β、 γ 为晶胞参数
类质同象（同晶替代）
—— 是指在矿物晶体结构中，某些质点（离子、原子 、络离子等）被性质相似的其它质点部分地置换，仅使晶 胞参数发生不大的变化，但结构形式并不改变的现象。
钾饱和—110oC—300oC-550oC 镁-甘油饱和
提胶—DCB去铁
氧化铁矿物X射线衍射分析
针铁矿
赤铁矿
纤铁矿
不同尺寸（2线～6线）水铁矿合成与结构表征
不同时间的氧化铁-高岭石复合物XRD图谱
不同温度时氧化铁-蒙脱石复合物的XRD图 谱(R=0.06、初始pH 7、反应时间120 h)
（原子间距离——晶胞间距）
当X射线进入晶体之后，可以发生多种现象,而其
中对晶体结构研究最主要的是其衍射现象(或称绕射现
象)：
射入晶体的X射线(原始X射线)投射到一组原子上 时，每个原子都将对入射的X射线发生散射。 亦即每 个原子均以自身为中心向四周发出波长不变的散射X射 线---次生X射线， 这种现象又称为古典或相干散射。
Requires synchrotron radiation.
• XRD • TGA • FTIR • DRS
• Enhanced Visual Analysis: 1. SEM 2. TEM 3. AFM
• Field Plots • Equilibrium Studies • Kinetic Studies • Extractions
成果丰硕
10余次诺贝尔奖。
如X射线的发现、Laue实验、Bragg方程、DNA结构的确定、 青霉素的发明、各种矿物的确定；生物分子、高分子材料、 各种人造晶体和药物的结构必须从其原子排列进行研究 ; 制作 集成电路的单晶硅片的质量检查 ; 纳米材料研究都依靠 X射线 衍射来分析。
X射线衍射图谱的分析
X射线衍射图谱的分析----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------A 衍射峰的有无、位置B 衍射峰的强度C 衍射峰的峰形E 衍射测试实验条件选择F 其他相关知识----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------A 衍射峰的有无、位置1、衍射方向取决于晶体的周期或晶胞的大小。
2、X射线入射到结晶物质上，产生衍射的充分必要条件是3、第一个公式确定了衍射方向。
在一定的实验条件下衍射方向取决于晶面间距d。
而d是晶胞参数的函数，；第二个公式示出衍射强度与结构因子F(hkl)的关系，衍射强度正比于F(hkl)模的平方，4、F(hkl)的数值取决于物质的结构，即晶胞中原子的种类、数目和排列方式，因此决定X射线衍射谱中衍射方向和衍射强度的一套d和I的数值是与一个确定的结构相对应的。
这就是说，任何一个物相都有一套d-I特征值，两种不同物相的结构稍有差异其衍射谱中的d和I将有区别。
这就是应用X射线衍射分析和鉴定物相的依据。
5、若某一种物质包含有多种物相时，每个物相产生的衍射将独立存在，互不相干。
该物质衍射实验的结果是各个单相衍射图谱的简单叠加。
因此应用X射线衍射可以对多种物相共存的体系进行全分析。
6、一种物相衍射谱中的(是衍射图谱中最强峰的强度值) 的数值取决于该物质的组成与结构，其中称为相对强度。
当两个样品的数值都对应相等时，这两个样品就是组成与结构相同的同一种物相。
X射线图谱怎么分析
X射线图谱怎么分析晶体的X射线衍射图像实质上是晶体微观结构的一种精细复杂的变换，每种晶体的结构与其X射线衍射图之间都有着一一对应的关系，其特征X射线衍射图谱不会因为它种物质混聚在一起而产生变化，这就是X射线衍射物相分析方法的依据。
制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化，将待分析物质的衍射花样与之对照，从而确定物质的组成相，就成为物相定性分析的基本方法。
鉴定出各个相后，根据各相花样的强度正比于改组分存在的量（需要做吸收校正者除外），就可对各种组分进行定量分析。
目前常用衍射仪法得到衍射图谱，用“粉末衍射标准联合会（JCPDS）”负责编辑出版的“粉末衍射卡片（PDF卡片）”进行物相分析。
目前，物相分析存在的问题主要有：⑴待测物图样中的最强线条可能并非某单一相的最强线，而是两个或两个以上相的某些次强或三强线叠加的结果。
这时若以该线作为某相的最强线将找不到任何对应的卡片。
⑵在众多卡片中找出满足条件的卡片，十分复杂而繁锁。
虽然可以利用计算机辅助检索，但仍难以令人满意。
⑶定量分析过程中，配制试样、绘制定标曲线或者K值测定及计算，都是复杂而艰巨的工作。
为此，有人提出了可能的解决办法，认为从相反的角度出发，根据标准数据（PDF卡片）利用计算机对定性分析的初步结果进行多相拟合显示，绘出衍射角与衍射强度的模拟衍射曲线。
通过调整每一物相所占的比例，与衍射仪扫描所得的衍射图谱相比较，就可以更准确地得到定性和定量分析的结果，从而免去了一些定性分析和整个定量分析的实验和计算过程。
2、点阵常数的精确测定点阵常数是晶体物质的基本结构参数，测定点阵常数在研究固态相变、确定固溶体类型、测定固溶体溶解度曲线、测定热膨胀系数等方面都得到了应用。
点阵常数的测定是通过X射线衍射线的位置（θ ）的测定而获得的，通过测定衍射花样中每一条衍射线的位置均可得出一个点阵常数值。
点阵常数测定中的精确度涉及两个独立的问题，即波长的精度和布拉格角的测量精度。
X射线衍射分析PPT课件
线。
2021/3/7
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二．特征X射线
由阳极金属材料决定，波长确定 产生机理：高速电子将原子内层电子激发， 再由外层电子跃迁至内层，势能下降而产生 的X射线，波长由原子的能级决定。 如CuK1＝1.5405Å
MoK1＝0.7093Å 在X射线衍射分析工作中，利用的是特
征X射线，而连续X射线只能增加衍射谱图的 背底。
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特征X射线的激发原理
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晶体结构
晶体的定义
由原子或分子在三维空间周期排列而成 的固体物质
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一．晶体结构的特征 晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周
1·三斜晶系（triclinic）a≠b≠c,≠≠≠90 2·单斜晶系(monoclinic)a≠b≠c,==90≠ 3·六方晶系(hexagonal)a=b≠c,==90=120 4·三方晶系(rhombohedral or trigonal)a=b=c,==≠90 5·正交晶系(orthorhombic)a≠b≠c,===90 6·四方晶系(tetragonal)a=b≠c,===90 7·立方晶系(cubic)a=b=c,===90
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二．标准卡片 标准卡片由国际粉末衍射标准协会搜
编，称JCPDS卡，至2005年已搜集到无机 物、有机物近10万张卡片，而且还在不断 增补。
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d 1a 1b 1c 1d 7
X射线衍射图谱分析——介绍 ppt课件
六、X射线衍射仪组成：
带有稳压稳流装置的X射线发生器 精密的测角仪系统
控制及数据处理系统
PPT课件
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（利用单色器得到特征X射线）
PPT课件
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七、数据分析方法
X射线物相分析 晶胞参数的确定 晶粒尺寸的计算 结晶度的测量 晶粒取向测定 ……
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X射线物相分析
① 粉末衍射图谱的获得 ② d 值的测量： 2θ →d 2dsinθ=nλ ③ 相对强度的测量
各衍射线的峰高比——最强线为100 ④ 查阅索引 ⑤ 核对卡片
PPT课件
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1、晶体不同晶面“反射”衍射强度不同,测得的衍射线强度是一组晶 面（hkl）反射的X射线总量，即积分强度。
2、入射X射线不是严格平行而是有一定散度的光束，晶体也非严整的 格子，一组晶面反射的X射线是在θ附近一个小的角度范围内
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二、晶胞参数测定方法
• 间接方法；直接测量某一衍射线的θ 角，然后通 过晶面间距公式、布拉格公式计算出晶格常数。
• 以立方晶体为例，其晶面间距公式为：
•
a d H 2 K 2 L2
• 根据布拉格3 方程2dsinθ =λ，则有：
•
H 2 K 2 L2
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1 横坐标：衍射角2θ 单位 °
2 纵坐标：强度标值 I 单位cps(记数/秒)
3 峰顶标值：网面间距d 单位埃
4 基线：BL
5 衍射强度：去背景后的峰高h 单位cps
可用相对强度 峰值最大为100
6 半高宽：峰高的1/2宽度（表示某些晶体的
结晶度）单位 °
X射线衍射图
X射线衍射分析的实验方法及其应用自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射线衍射分析成为研究晶体最方便、最重要的手段。
本文主要介绍X射线衍射的原理和应用。
1、 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。
这就是X射线衍射的基本原理。
衍射线空间方位与晶体结构的关系可用布拉格方程表示：1.1 运动学衍射理论Darwin的理论称为X射线衍射运动学理论。
该理论把衍射现象作为三维Frannhofer衍射问题来处理，认为晶体的每个体积元的散射与其它体积元的散射无关，而且散射线通过晶体时不会再被散射。
虽然这样处理可以得出足够精确的衍射方向，也能得出衍射强度，但运动学理论的根本性假设并不完全合理。
因为散射线在晶体内一定会被再次散射，除了与原射线相结合外，散射线之间也能相互结合。
Darwin不久以后就认识到这点，并在他的理论中作出了多重散射修正。
1.2 动力学衍射理论Ewald的理论称为动力学理论。
该理论考虑到了晶体内所有波的相互作用，认为入射线与衍射线在晶体内相干地结合，而且能来回地交换能量。
两种理论对细小的晶体粉末得到的强度公式相同，而对大块完整的晶体，则必须采用动力学理论才能得出正确的结果。
材料研究方法三X射线衍射分析PPT课件
结构分析时所采用的就是K系X射线。
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eU=1/2mV2
λmin=hc/eU
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三、X射线与物质的相互作用
➢1.透射。强度减弱，波长不变，方向基本不变； ➢2.吸收。①能量以其他能量形式释放，如光电效应、 俄歇(Auger)效应、荧光效应等。②吸收。类似LB定 律。 ➢3.散射。原子使X射线偏离原来方向。 ①波长不变相干散射-Thomson散射；②有能量交换，波长变长， 非相干散射-Compton散射。
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本章主要内容
➢ 1. X 射线介绍 ➢ 2. X 射线与物质的作用 ➢ 3. X 射线衍射仪器 ➢ 4. X 射线衍射分析方法 ➢ 5. X 射线衍射应用
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一、X-射线的性质
➢ ①肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧光
板发光和使气体电离； ➢ ②能透过可见光不能透过的物体； ➢ ③这种射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转， 在通过物体时不发生反射、折射现象，通过普通光栅 亦不引起衍射； ➢ ④这种射线对生物有很厉害的生理作用。
穿透能力强，一般条件下不能被反射，几乎完全不发
生折射——X射线的粒子性比可见光显著的多
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二、X-射线的产生
1.产生X-射线的方法：是使快速移动的电子(或 离子)骤然停止其运动，则电子的动能可部分转 变成X光能，即辐射出X-射线。
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*X射线发生器的主要部件
➢ (1)阴极：钨灯，电流3-4A，加速电压5-8KV ➢ (2)阳极靶材：Cu/Mo/Ni等熔点高、导热性好的金属 ➢ (3)Be窗：d=0.2mm，可透过X射线。
X 射
铅 屏
底
线
晶体
射线衍射图谱分析介绍演示文稿
• 根据布拉格3 方程2dsinθ=λ，则有：
•
H 2 K 2 L2
a
2 sin
（钙钛矿结构材料——锶钛矿）
衍射仪给出的数据： 晶面指数、衍射峰的峰位 、相对衍射强度（最大值100）
各衍射线的峰高比——最强线为100 ④ 查阅索引 ⑤ 核对卡片
1、晶体不同晶面“反射”衍射强度不同,测得的衍射线强度是一组晶 面（hkl）反射的X射线总量，即积分强度。
2、入射X射线不是严格平行而是有一定散度的光束，晶体也非严整的 格子，一组晶面反射的X射线是在θ附近一个小的角度范围内
1 横坐标：衍射角2θ 单位 ° 2 纵坐标：强度标值 I 单位cps(记数/秒) 3 峰顶标值：网面间距d 单位埃 4 基线：BL 5 衍射强度：去背景后的峰高h 单位cps
注：寻峰测量网面间距时，由于X射线的吸收问题使衍射线向高角度偏
离，在低角度区域比较明显，可与标样校正曲线（石英 NaCl)校正
二、晶胞参数测定方法
• 间接方法；直接测量某一衍射线的θ角，然后通 过晶面间距公式、布拉格公式计算出晶格常数。
• 以立方晶体为例，其晶面间距公式为：
•
a d H 2 K 2 L2
二是确定这些元素的存在状态，即是什么物相 —物相分析
物相定量分析：确定各组成相的含量
方法：经典：与 PDF标准卡片对照 现代： 计算机检索
➢ 成分分析：C元素 ➢ 物相分析：石墨、金刚石、C60
定量分析的程序（衍射仪法）
① 粉末衍射图谱的获得 ② d 值的测量： 2θ→d 2dsinθ=nλ ③ 相对强度的测量
射线衍射图谱分析介绍演示文 稿
（优选）射线衍射图谱分析介 绍.
一、衍射方法 X射线衍射 电子衍射 中子衍射 同步辐射
现代材料分析-X射线衍射介绍PPT课件
产生机理
❖ 能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞 碰撞一次产生一个能量为hv的光子
短波限
❖ 连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短 波限λ0，它是由光子一次碰撞就耗尽能量所产生的 X射线。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。
❖ 相互关系为：
❖ 式中：ee为V电子h电ma荷x ，he=0c1.662 18920×110V.-2194C；(nm)
样品托
5.4 X射线衍射方法在材料研究中的应用
5.4.1 结晶高分子材料的定性鉴别
HDPE和LDPE的X射线衍射谱 （a）HDPE（高密度聚乙烯） （b）LDPE（低密度聚乙烯）
（a）含α型晶体的IPP X射线衍射图 （b）含β型晶体的IPP X射线衍射图 （c）被鉴定的IPP X射线衍射图
5.4.2 取向度测定
❖ 非相干散射分布在各个方向，强度一般很低， 但无法避免，在衍射图上成为连续的背底， 对衍射工作带来不利影响。
5.2 X射线衍射原理（布拉格方程）
1913年英国布拉格父子（W.H .bragg .WL Bragg)建立了一个公式—布拉格公式。能用于对晶体 结构的研究。
布拉格父子认为当能量很高的X射线射到晶 体各层面的原子时，原子中的电子将发生强迫 振荡，从而向周围发 射同频率的电磁波， 即产生了电磁波的 散射，而每个原子 则是散射的子波波 源。
❖ 晶体的定义：由原子、分子或离子等微粒在空间按 一定规律、周期性重复排列所构成的固体物质。
晶态结构示意图
非晶态结构示意图
布拉格反射
入射波
散射波
o
dA B
C
晶格常数 d 掠射角
Δ A C CB
2dsin
相邻两个晶面反射的两 X射线干涉加强的条件
X射线衍射分析(05)
第三节X射线衍射分析X射线衍射法是获取物质中结构信息的重要研究方法之一，在研究高分子材料的固态结构，尤其是研究晶体内在结构方面显示出诸多优势。
在纺织材料的研究中，X射线衍射学有着广泛的应用，如鉴别纤维，测定晶体结构，研究晶体的完善性及测定晶体取向及颗粒大小分析等。
一、X射线的性质德国物理学家伦琴偶然发现了非可见，但能使照相底片感光，使荧光物质发光，并有极大穿透能力的射线，即X射线。
1912年，劳厄等人利用晶体作为天然光栅，发现了晶体的X射线衍射现象，并确定了X射线的电磁波性质波长范围100埃～0.01埃。
X射线具有波长短，光子能量大两个基本特性，所以，X射线与物质相互作用时产生的效应和可见光完全不同，在物质的微观结构中，原子和分子的距离（1～10埃左右）正好落在X射线的波长范围内，所以物质（特别是晶体）对X射线的散射和衍射能够反映丰富的微观结构信息，因此，X射线衍射方法是当今研究物质微观结构的主要方法。
X射线的产生，通常是用高速电子束轰击阳极靶面，如果能量足够高，靶内一些原子的内层电子会被轰出，使原子处于能级较高的非稳定激发态，内层轨道上的空位将被离核更远轨道上的电子所补充，从而使原子能级降低，这时，多余的能量便以光子的形式辐射出来，产生了X射线，用照相底片或计数管能定量地测出它的强度。
从X射线管中产生的X射线具有较宽的波长分布，X射线谱分连续X射线谱和特征X射线谱两部分。
连续光谱又称为“白色”X射线，包含了从短波限λm开始的全部波长，其强度随波长变化连续地改变，从短波限开始随着波长的增加强度迅速达到一个极大值，之后逐渐减弱趋向于零，连续光谱的短波限λm只决定于X射线管的工作高压。
特征X射线谱是在连续谱的基础上产生的，它由一定波长的若干X射线谱组成。
如果在X射线管中保持电流一定，将管电压逐渐增加，则在连续谱的基础上产生波长一定的谱线，构成特征X射线谱。
通常将开始产生标识谱线的临界电压称为激发电压。
《X射线衍射》PPT课件
峰于M、N点，直线MN的中点对应
的 2θ角位置为峰位。（适用于峰形
光滑，高度较大情况，此法精度高）
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17
3°查索引，对照卡片
取三条强线，查数值索引 如果试样为单一物相，则实验数据与标准数据均能基本对 应（主要对应d值） 如果试样为多种物相，则先选取最强峰（100）对应的d值 组与标准数据对应，确定物相；剩余d值再做归一化处理，依 次确定物相。
➢ 1938年，哈那瓦特（Hanawalt)等人－－开始收集和摄取各种已 知晶体物相的衍射花样，将其衍射数据进行整理和分类。 ➢ 1942年，美国材料试验协会－－最初出版约1300张衍射数据卡 片－－ASTM卡片。 ➢ 1969年起， “粉末衍射标准联合委员会”（JCPDS）国际机构， －－统一分类和编号，编制标准粉末衍射卡片出版－－PDF卡片。
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23
衍射积分强度公式可简化为： Ia K 1 Ca
Ia为某相的衍射强度，K1为未知常数，Ca为某相的体积分 数，μ为混合物相的线吸收系数。
若混合物中只有两相α和β，其密度分别为ρα、ρβ，线 吸收系数分别为μα、μβ，质量百分比为xα、xβ。
则某物相α的衍射强度为
Ia
K1x
[x(
2区 I/I1 ：上述 各衍射线的相 对强度，其中 最强线的强度 为100；
1a 1b 1c 1d
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6
3区 实验条件：
辐射光源及波长
滤波片（Filler） 相机直径（Dia.） 所用仪器可测最大 面间距（Cut off） 相对强度的测量方 法（I/I1） 参考资料（Ref.）
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度递减顺序排列）； 后面依次排列着化学式，卡片编号，（参比强度）。
藏药“佐太”的粉末X射线衍射指纹图谱分析
藏药“佐太”的粉末X射线衍射指纹图谱分析通过粉末X射线衍射对藏药“佐太”、朱砂、轻粉的粉末X射线衍射（PXRD）谱图进行比对分析，明确了藏药“佐太”中汞主要以黑色的立方晶系β型HgS形式存在，建立了“佐太”粉末X射线衍射法指纹图谱。
“佐太”粉晶主成分黑辰砂和硫的X射线衍射花样以强线d-（I/I0）% 分别表达为：黑辰砂3.356 4/100，2.061 4/55.0，2.911 8/35.0，1.760 1/37.0，1.339 5/12.0，1.304 5/10.0，1.192 0/10.0，1.683 4/7.0，1.458 0/5.6；硫3.824 4/100，3.197 5/40.2，3.442 2/38.1，3.095 6/19.7，5.690 9/16.8，2.851 0/16.3，2.414 4/11.3。
这16条衍射谱线可作为“佐太” 粉末X射线衍射法指纹图谱的主要参考值，对“佐太”的快速、无损分析和“佐太”质量标准的补充具有现实意义。
标签：佐太；粉末X射线衍射（PXRD）；黑辰砂“佐太”是藏语“仁青欧曲佐珠钦木”的简称，又译“佐台”（卫藏、安多语）、“佐塔”（康巴语）。
“佐”是炼制，“太”指灰、粉末，意思是缎烧成灰，合为水银煅灰，也就是在金属汞中加以多种辅助药物，经过洗、浸、煮等多道复杂炮制工艺，去垢、去锈、除汞毒，然后加以多种重金属，煅炭存性而成的水银灰药，谓之佐太[1-2]。
在传统藏医药学中，佐太研制经过千百次煅烧炮制成灰后使用，以保留药效，去除毒副作用，其整个炮制工序在藏药中最繁杂，技术难度最大，也最为绝密[3]。
藏医经典名著《四部医典》将佐塔列入珍宝药物，对其炮制有较为详细的记载[4]。
通常认为，藏药“佐太”含有8种金属和8种矿物，这8种金属是金、银、红铜、青铜、黄铜、铁、铅、锡，统称“能持八铁”或称“能持八金属”。
8种矿物是自然铜、金矿石、银矿石、磁石、矾石、雌黄、雄黄、赤云母，统称“能持八元”。
X射线衍射分析(XRD)PPT课件
1845——1923) 面有广泛应用，因此而获得1901年诺贝尔物
理奖。 2021
4
X射线衍射技术的主要应用领域
1，晶体结构分析：人类研究物质微观
结构的第一种方法。
2，物相定性分析 3，物相定量分析
4，晶粒大小分析 5， 非晶态结构分析，结晶度分析
6，宏观应力与微观应力分析 7，择优取向分析
2021
50
40 Mo
30 Cu
Ka 1
20
10 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
1/2 (109 Hz1/2)
1 CZ
K1: C=3*103 =2.9
2021
C1Z
K1: C1=5.2*107 =2.9
37
产生机理
• 特征X射线谱的产生机理与阳极物质的原子内 部结构紧密相关的。
2021
30
当增加X射线管的电压，连续X射线谱有下列特征
1，各种波长的X射线的 相对强度一致增高， 2，最高强度的射线的波 长逐渐变短（曲线的峰 向左移动）， 3，短波极限逐渐变小， 即0向左移动， 4，波谱变宽。
Intensity
50 kV
2
40 kV
1
30 kV
20 kV
0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
•
相互关系为：
eV
hmax
hc
0
或者
0
hc eV
• 式中 e —电子电荷，等于 1.61019C（库仑）
• V—管电压
• h—普朗克常数，等于 6.6251034js
2021
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相关习题
• 试计算用50千伏操作时，X射线管中的电子 在撞击靶时的速度和动能，所发射的X射线 短波限为多少？
X射线衍射分析.ppt
• 2、X射线的本质与特征
• X射线的本质：
• 是电磁波，同时具有波动性和粒子性特征。
• 它的波动性主要表现为以一定的频率和波长在 空间传播；它的微粒性主要表现为以光子形式 辐射和吸收时，具有一定的质量、能量和动量。
• 波长范围一般在0.01-10nm，位于紫外与γ 射线之间。用于衍射分析的X射线波长约为 0.05-0.25nm，与晶面间距相近。
• 2、晶面指数
• 在以基矢a，b，c构成的晶胞内，量出一个晶 面在三个基矢上的截距；写出三个分数截距的 倒数；将三个倒数化为三个互质整数，并用小 括号括起 （hkl）。
• 在任何晶系中，都有若干组借对称联系起来 的等效点阵面，称共组面或晶面族，{hkl}；
• 如立方晶系中{100}包括（100）、（010）、 （001）、（100）、（010）、（001）；
多原子面的散射线间的干涉：
X射线有强穿透力，散射线将来自若干层原子面
入射线
反射线
D
A C B
原子面
d
a
垂直于纸面的一列晶面族，相邻两 个晶面的间距为dhkl（d）
AB BC 2d sin
2d sin
为的整数倍时，反射波干涉加强形成衍射
2d sin n
布拉格定律（公式）
d—晶面间距; —入射波波长 —布拉格角(衍射半角), 入射束、反射束与平面夹角 2—衍射角， n—衍射级数，n=0、±1、±2…；
• 3、目前常用的实验方法：
• 转动晶体法：单色X射线照射转动单晶体；
• 劳厄法： 用多色X射线照射固定不动的 单晶体；
• 多晶体衍射法：用单色X射线照射多晶体 试样。
• 四、X射线衍射束的强度
• 布拉格方程只给出了衍射线的空间方位分布，但 还需要看衍射线的强度分布，才能推算出晶体中 原子或其它质点在晶胞中的分布位置，确定其晶 体结构。
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二、晶胞参数测定方法
• 间接方法；直接测量某一衍射线的θ角，然后通 过晶面间距公式、布拉格公式计算出晶格常数。
• 以立方晶体为例，其晶面间距公式为：
•
ad H 2K2L 2
• 根据布拉格3 方程2dsinθ=λ，则有：
•
H2K2L2
a
2 sin
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（钙钛矿结构材料——锶钛矿）
一是确定材料的组成元素及其含量 —成份分析
二是确定这些元素的存在状态，即是什么物相 —物相分析
物相定量分析：确定各组成相的含量
方法：经典：与 PDF标准卡片对照 现代： 计算机检索
➢ 成分分析：C元素 ➢ 物相整 分理析ppt ：石墨、金刚石、C60
定量分析的程序（衍射仪法）
① 粉末衍射图谱的获得 ② d 值的测量： 2θ→d 2dsinθ=nλ ③ 相对强度的测量
六、X射线衍射仪组成：
带有稳压稳流装置的X射线发生器 精密的测角仪系统
控制及数据处理系统
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（利用单色器得到特征X射线）
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七、数据分析方法
X射线物相分析 晶胞参数的确定 晶粒尺寸的计算 结晶度的测量 晶粒取向测定 ……
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X射线物相分析
物相定性分析：确定物质（材料）由哪些相组成
1 横坐标：衍射角2θ 单位 °
2 纵坐标：强度标值 I 单位cps(记数/秒)
3 峰顶标值：网面间距d 单位埃
4 基线：BL
5 衍射强度：去背景后的峰高h 单位cps
可用相对强度 峰值最大为100
6 半高宽：峰高的1/2宽度（表示某些晶体的
结晶度）单位 °
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7、背景B：基线与横坐标之间 的距离 8、峰背比h/B
x射线晶体衍射及分析
姜英昭
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一、衍射方法 X射线衍射 电子衍射 中子衍射 同步辐射
X - ray diffraction electron diffraction neutron diffraction synchrotron radiation
单晶体衍射方法
劳厄法
照相法
转晶法Biblioteka 魏森堡法四圆衍射仪法……
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衍射仪给出的数据： 晶面指数、衍射峰的峰位 、相对衍射强度（最大值100）
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三、晶粒尺寸测定
Dhkl是垂直于（hkl）面方向的晶粒尺 寸（单位为Å）； λ为所用X射线波长； β是由于晶粒细化引起的衍射峰（khl） 的宽化（单位是Rad）； K为一常数。若β为衍射峰的半高宽， 则K=0.89，若β取衍射峰的积分宽度， 则K=1。 适用范围：晶粒尺寸为10~1000 Å。
粉末照相法 多晶体衍射方法
粉末衍射仪法
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二、X射线产生 X射线是由高速移动的电子（或离子）在阳极骤然停止运动，一部分能 量转化成热能，另一部分能量转化为X射线光量子而产生的
三、X射线与物质相互作用
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四、X射线衍射概念：
1、X射线射入晶体将引起晶体中原子的电子振动，振动的电子发出X射线 ————次生X射线（相干散射）
2、次生X射线与入射X射线波长相同 3、单一原子的次生X射线强度较小，周期性重复原子产生的次生X射线会 发
生干涉现象 4、某些方向上光程差等于波长的整数倍时，次生X射线才可以叠加形成衍射线
布拉格定律：2dsinθ=nλ
五、X射线衍射方法
（1）粉晶照相法——徳拜粉晶衍射相机 （2）平面探测器粉晶衍射仪
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si1 2 n M (a• k)si1 2 n M (2h) siM nh (1 2M ) sin 1 2M ()
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Mo 钼靶
k
X射线特征谱K线系（最内层以外各层电子跃迁到内层）中波长 最长、强度最大的谱线
注：离寻，峰在测低量角网度面区间域距比时较，明由显于，X射可线与的标吸样整收校理问正pp题曲t 使线衍（射石线英向N高aC角l)度校偏正
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中子衍射
①X射线是与电子相互作用，因而它在原子上的散射强度与原子序数成正比， 而中子是与原子核相互作用，它在不同原子核上的散射强度不是随值单调 变化的函数，这样，中子就特别适合于确定点阵中轻元素的位置(X射线灵 敏度不足)和值邻近元素的位置（X 射线不易分辨）； ②对同一元素，中子能区别不同的同位素，这使得中子衍射在某些方面， 特别在利用氢-氘的差别来标记、研究有机分子方面有其特殊的优越性； ③中子具有磁矩，能与原子磁矩相互作用而产生中子特有的磁衍射，通过 磁衍射的分析可以定出磁性材料点阵中磁性原子的磁矩大小和取向，因而 中子衍射是研究磁结构的极为重要的手段； ④一般说来中子比X 射线具有高得多的穿透性，因而也更适用于需用厚容 器的高低温、高压等条件下的结构研究。中子衍射的主要缺点是需要特殊 的强中子源，并且由于源强不足而常需较大的样品和较长的数据收集时间。
各衍射线的峰高比——最强线为100 ④ 查阅索引 ⑤ 核对卡片
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1、晶体不同晶面“反射”衍射强度不同,测得的衍射线强度是一组晶 面（hkl）反射的X射线总量，即积分强度。
2、入射X射线不是严格平行而是有一定散度的光束，晶体也非严整的 格子，一组晶面反射的X射线是在θ附近一个小的角度范围内
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