油菜秸秆的XRD分析

油菜秸秆的XRD分析

在《多晶材料X射线衍射——实验原理，方法和应用》一书中，列举了很多种用XRD来测量结晶度的方法，但是，实际操作起来，还有没有列入的具体操作方法。下面是一种油菜秆的结晶度测量方法。

这个图有它的特点：

首先，在20度左右是峰顶位置，其次，它的主要特点是在18度左右有一个辅峰，认为它是非晶峰的峰顶，其高度即非晶散射强度，而20度的峰顶则是整个谱的总强度。测量出两个位置的高度，可以粗略地计算出结晶度来。下面是它的计算原理。

纤维素在木材细胞壁中呈微纤丝状，略成平行排列。经XRD研究，纤维素是由结晶区和无定形区连接而成的二相体系，在结晶区内，纤维素分子排列具有一定的规则性，呈现清晰的衍射图，其结晶结构属于单斜晶系。结晶区和无定形区无明显的界限，彼此间的过渡是渐变的。结晶度是描述纤维素超分子结构的一个重要参数，木质材料通常随结晶度的增加，纤维抗拉强度、杨氏模量、硬度、密度及尺寸稳定性等随之增加，而保水值、伸长率、染料吸着度、润胀度及化学反应性均随之降低。因此，纤维素的结晶度对于木质纤维材料的加工利用有一定的参考价值。

测定纤维素相对结晶度有多种方法，主要有FTIR法、XRD法、反相色谱法、密度法、核磁共振法和DSC分析法。同一种聚合物的结晶度因测定方法不同而差异很大。其中，XRD法是研究物质结晶结构十分重要的方法。

XRD结晶度分析

X射线衍射条件：Cukα辐射，管压40kV，管流250mA，狭缝DS=SS=1°，步长O.02°，扫描速度8°/min，扫描范围5°～60°，采用Origin软件分析，Turley法计算木材结晶度公式：

C=（I002-Ia)/I002*100%

式中：CrI：结晶度：

I(002)：(002)面晶格衍射角的极大强度，任意单位；

Ia：代表2θ角近于18°时非结晶背景衍射的散射强度，与I(002)单位相同．

微晶大小的测定

在不考虑晶体点阵畸变的影响条件下，无应力微晶尺寸可以由谢乐公式计算

L002=Kλ/β/cosθ

式中：L(002)．垂直于反射面(002)方向微晶的尺寸(A)；

K：球形因子，值为0.9到1.0，测定纤维素的微晶尺寸时，常取O.94：

λ使用的波长，一般为1.54；

β：半峰宽；

O：峰值横坐标的一半。

(002)面即2θ =22 °和(040)面即2 θ=35°是纤维素两个常用的重要晶面。(002)面的X 射线衍射强度较高，而在(040)面的X射线衍射峰强度较低，这是因为纤维素内葡萄糖分子在平面上平行于(002)面。2θ=18°附近出现的波谷，为无定形区衍射强度。

需要说明的是，这是一种比较粗糙的和比较原始的方法。

首先来说，用峰高度来表示散射强度本身就是一种近似。计算出来的结晶度是比较粗糙的，精度没有经过分峰得到的峰面积高。另外，在计算L002时用了整个峰的半高宽，而不是经过分峰后得到的半高度，还有，没有扣除仪器宽度（此时仪器宽度相对就很微小了，确实可以忽略）。

反过来说，虽然，很多东西可以理论上讲得很好，还不如用粗略的方法来做近似处理。结晶度的计算本身就只具有相对性，用粗略的方法来处理未必得到的结果就差很多。所以，我觉得这种操作方法还是可取的。