XRD晶体结构分析 2
单晶XRD分析
X-射线源
✓ Cu 光源的散射强度= 6-10 倍Mo光源 ✓ 所以 60秒Mo光源的数据收集 ≈ 10秒Cu光源数据收集 ✓ Cu光源对测试小或散射弱的晶体有很大的帮助
但是...
Cu光源的吸收效应 大于Mo光源
体样品。 ——请记住，常常小晶体的质量会更好。 ➢ 挑选面/角清晰的晶体；避免挑选有裂缝和表面有缺陷的晶体；从簇状或
薄片状晶体中分离出单颗晶体(小心处理以免损坏晶体)。 ➢ 将挑选好的晶体转移到合适的上样工具上—尽量少裹油、尽量减少样品转
移到衍射仪上的时间、尽量减少在转移过程中对晶体的损坏。 ➢ 对心—确认晶体处于低温气流中，并通过一幅衍射照片来快速评估晶体质
重金属 (Pt, Pb, Hg, Bi 等)将导致强的吸 收效应。所以，常 常使用Mo光源来测 试这类样品。
应用方向 无机晶体/有机金属配合物 大/超分子 绝对构型（有机晶体） 高压应用 小/衍射弱的晶体 蛋白质 电子密度 强吸收晶体 准晶 粉末
Mo Cu ✓
✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓✓
晶体
测试分析
更多仪器和测试操作将在上机演示中讲解
个人观点供参考，欢迎讨论
HK L ; I
-1 2 4 ; 3678 -2 0 2 ; 2354 1 2 -4 ; 3496
X-rays
衍射
晶体大小<0.5 mm
数据处理与结构精修
已收到的衍射点： HK L ; I -1 2 4 ; 3678 -2 0 2 ; 2354 1 2 -4 ; 3496
结构解析 Cycle 2 : R1 = 11.28% Cycle 3 : R1 = 8.49% Cycle 4 : R1 = 7.21% Cycle 5 : R1 = 5.73% (final refined structure)
材料分析方法-2(XRD)
诺贝尔奖之最
❖ 第一个诺贝尔奖获得者：伦琴1901年获物理奖 ❖ 最年轻的诺贝尔奖获得者：小布拉格1915年获
奖时仅25岁，是剑桥大学的学生 ❖ 唯一的父子同时获奖：布拉格父子共同荣获
3. X射线衍射的基本原理
衍射（Diffraction）：波遇到障碍物或小孔后通过散射 继续传播的现象
光的衍射：光在传播路径中，遇到不透 明或透明的障碍物或者小孔（窄缝）， 绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象 称为光的衍射。如果采用单色平行光， 则衍射后将产生干涉结果。
衍射图样：衍射时产生的明暗条纹或光 环。
4. X射线衍射的实验方法
❖ 50年代以前的X射线衍射分析，绝大多数是利用 底片来记录衍射线的（即照相法）
❖ 近几十年来，用各种辐射探测器（即计数器）来 记录已日趋普遍。目前专用的X射线衍射已在各 个主要领域中取代了照相法。颜色已具有方便， 快速，准确等优点，它是近代以来晶体结构分析 的主要设备。
小晶体（晶粒）
由亚晶块组成
由N个晶胞组成
使得晶体中稍有位相 差的各个亚晶块有机 会满足衍射条件，在 θ±Δθ范围内发生衍 射，从而使衍射强度 并不集中于布拉格角θ 处，而是有一定的角 分布。
（2）实际X射线也并非严格单色（具有一个狭长 的波长范围），也不严格平行（或多或少有一定 发散度）。
因此，衡量晶体衍射强度 要用积分强度的概念。
多晶X射线的衍射强度
I = I0·K·|F|2
I0-单位截面积上入射的单色X射线功率 |F|-结构因子，取决于晶体的结构以及晶体所含原子的性质
K是一个综合因子，它与实验时的衍射几何条件，试样的形状、吸收性质，温 度以及一些物理常数有关。对于粉末衍射仪而言:
材料课堂——XRD常见问题详解（二），超实用！！
材料课堂——XRD常见问题详解（二），超实用！！展开全文衍射峰的强度和很多因素有关，比如样品的衍射能力，性质，还有仪器功率，测试方法，检测器的灵敏度等等。
XRD 衍射强度和峰的宽度与样品颗粒大小，还是与晶体颗粒大小有关？样品中晶粒越小，衍射峰的峰高强度越来越低，但是峰越来越宽，实际上利用X 射线衍射峰的宽化对样品的结晶颗粒度分析就是根据这个原理的（Scherrer 公式）。
晶粒大小和颗粒大小有关系，但是其各自的含义是有区别的。
一颗晶粒也可能就是一颗颗粒，但是更可能的情况是晶粒抱到一起 , 二次聚集, 成为颗粒。
颗粒不是衍射的基本单位, 但是微小的颗粒能产生散射。
你磨的越细, 散射就越强.。
对于晶粒, 你磨过头了, 晶体结构被破坏了, 磨成非晶, 衍射能力就没有了。
磨得太狠的话，有些峰可能要消失了，而且相邻较近的衍射峰会由于宽化而相互叠加，最终会变成1 个或几个'鼓包'。
一般晶面间距大的峰受晶粒细化的影响会明显一些，因为 d 值大的晶面容易被破坏。
衍射强度变弱本质的原因是由于晶体颗粒变小，还是样品颗粒变小？强度除了和晶粒度有关外,还和晶粒的表面状态有关。
一般颗粒越细,其表面积越大，表面层结构的缺陷总是比较严重的。
结构缺陷将导致衍射强度降低和衍射峰宽化。
XRD 研究的应该是晶粒、晶体的问题，与晶体结构关联的问题，不是样品颗粒的大小问题，谢乐公式算的应该也是晶粒的大小。
样品颗粒的大小要用别的方法测定.，例如光散射、X 射线散射、电镜等。
细针状微晶粉末样品做 XRD 重复性很差。
（制作粉末衍射样品片）怎么可以避免择优取向？择优取向是很难避免的，只能尽力减少他的影响。
首先，你要讲样品磨得尽量细（但要适度，要注意样品的晶体结构不要因研磨过度而受到损坏）；不要在光滑的玻璃板上大力压紧（压样时可以在玻璃板上衬一张粗糙的纸张），样品成形尽可能松一些；制样过程中也可以掺一些玻璃粉，或加一些胶钝化一下样品的棱角。
单晶XRD分析
相变研究：单晶XRD分析 可以用于研究物质在不同 温度和压力下的相变行为， 有助于揭示相变机制和材 料性能的演化规律。
确定化合物的组成和结构 区分不同化合物之间的差异 确定混合物中各组分的含量和比例 对化合物进行定性分析，确定其化学性质和物理性质
PART THREE
选取单晶样品 清洗单晶样品 单晶样品的固定 单晶样品的放置
实验步骤：选取单 晶样品，固定在样 品台上；调整X射 线源和探测器，使 X射线照射到样品 上；记录衍射角度 和强度数据；分析 数据，得出晶体结 构信息
实验注意事项： 选取高质量的单 晶样品；确保实 验环境干燥、无 尘；注意安全防 护，避免X射线对 人体造成伤害
实验设备：单晶 样品、X射线源、 探测器、样品台、 衍射仪等
需要专业的知识和技能进行 解读
对于复杂结构或非晶体材料 的解析存在困难
需要与其他表征手段结合使 用以获得更全面的分析结果
温度：温度变化会影响晶体结构，从而影响XRD分析结果 压力：压力变化会影响气体分子的排列，影响XRD分析结果 仪器误差：仪器本身的误差会影响XRD分析结果的准确性 实验操作：实验操作不规范也会影响XRD分析结果的可靠性
先进陶瓷材料：通过单晶XRD分析，深入了解陶瓷材料的晶体结构和性能，为陶瓷材料的制备 和应用提供指导。
生物医学材料：利用单晶XRD分析，研究生物医学材料的晶体结构和生物学效应，为生物医学 领域的发展提供支持。
汇报人：XX
参数选择依据：根据不 同的实验需求和样品性 质，选择适合的实验参 数可以提高分析效果。
参数调整：在实验过程 中，根据实际情况对实 验参数进行调整，可以 获得更好的分析结果。
实验前准 备：确保 实验室环 境、仪器 设备、样 品等符合 要求
XRD,以及晶体结构的相关基础知识
XRD,以及晶体结构的相关基础知识(ZZ)Theory 2009-10-25 17:55:42 阅读355 评论0 字号：大中小做XRD有什么用途啊，能看出其纯度?还是能看出其中含有某种官能团？X射线照射到物质上将产生散射。
晶态物质对X射线产生的相干散射表现为衍射现象，即入射光束出射时光束没有被发散但方向被改变了而其波长保持不变的现象，这是晶态物质特有的现象。
绝大多数固态物质都是晶态或微晶态或准晶态物质，都能产生X射线衍射。
晶体微观结构的特征是具有周期性的长程的有序结构。
晶体的X射线衍射图是晶体微观结构立体场景的一种物理变换，包含了晶体结构的全部信息。
用少量固体粉末或小块样品便可得到其X射线衍射图。
XRD（X射线衍射）是目前研究晶体结构(如原子或离子及其基团的种类和位置分布，晶胞形状和大小等)最有力的方法。
XRD 特别适用于晶态物质的物相分析。
晶态物质组成元素或基团如不相同或其结构有差异，它们的衍射谱图在衍射峰数目、角度位置、相对强度次序以至衍射峰的形状上就显现出差异。
因此，通过样品的X射线衍射图与已知的晶态物质的X射线衍射谱图的对比分析便可以完成样品物相组成和结构的定性鉴定；通过对样品衍射强度数据的分析计算，可以完成样品物相组成的定量分析；XRD还可以测定材料中晶粒的大小或其排布取向（材料的织构）...等等，应用面十分普遍、广泛。
目前XRD主要适用于无机物，对于有机物应用较少。
关于XRD的应用，在[技术资料]栏目下有介绍更详细的文章，不妨再深入看看。
如何由XRD图谱确定所做的样品是准晶结构？XRD图谱中非晶、准晶和晶体的结构怎么严格区分？三者并无严格明晰的分界。
在衍射仪获得的XRD图谱上，如果样品是较好的"晶态"物质，图谱的特征是有若干或许多个一般是彼此独立的很窄的"尖峰"（其半高度处的2θ宽度在0.1°~0.2°左右，这一宽度可以视为由实验条件决定的晶体衍射峰的"最小宽度"）。
XRD图谱分析最终版
XRD图谱分析最终版XRD图谱分析解析X射线衍射谱图中，d是晶体晶格中相邻两个晶面的面间距，一般以埃为单位。
晶体的空间结构可以用三轴坐标系表示，也可以用四轴定向表示，尤其是三方、六方晶系用四轴定向表示有其独到的便利。
在三轴定向中，在不同晶向，相邻两个晶面间的晶面间距都可以用d表示。
d的脚标用其所描述的正点阵或倒易点阵的相应晶面指标(hkl)表示。
如:d(100),d(020),d(002),等。
在研究石墨状微晶、多晶石墨或碳纳米管、碳纤维等类石墨结构等材料的X射线衍射测定中，发现石墨、类石墨晶体结构的X射线衍射谱的峰并不多。
常用d002代表石墨状微晶的平均层层间距;用Lc表示微晶层面沿c轴方向(有时刚好也就是002晶面指数，可以使用 002 峰参数进行计算)的堆积厚度;用La表示沿a轴方向的微晶宽度或直径等面间距，使用100峰或110峰(要视具体晶体而定)进行计算。
对于晶体或部分晶体样品的X射线衍射谱解析讨论中，三个晶向上的晶面间距都可以用d表示之，而不论它是否经过拉伸或加温处理而改变晶格结构与否，它都是作为一个一个晶体样品、晶体对象存在的。
但如果在一个系列中，主要研究点是通过加力、加温而使晶体发生变化，再用d表示三轴方向上的面间距就不如使用另一些字母以显示其特点而避免与常规面间距d混淆，La,Lc就是这样应运而生了。
X射线衍射分析，是以布拉格定律(公式)为基础的。
布拉格公式: 2d sinθ=nλ，式中λ为X射线的波长(Cuka 波长为0.15406nm，Cuka1 波长为0.15418nm。
)n为任何正整数，并相应称为n级衍射。
θ是掠射角(也称布拉格角，是入射角的余角)，2θ才是衍射角。
当X射线以掠射角θ入射到某一点阵平面间距为d的原子面上时,在符合上式的条件下，将在反射方向上得到因叠加而加强的衍射线。
布拉格定律简洁直观地表达了衍射所必须满足的条件。
当X射线波长λ已知时(选用固定波长的特征X射线)，采用细粉末或细粒多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中，从每一个θ角符合布拉格条件的反射面得到反射。
xrd分析2篇
xrd分析2篇第一篇：X射线衍射（XRD）分析X射线衍射（XRD）是一种常见的非破坏性分析技术，可用于确定晶体结构及其组成成分。
XRD分析方法的原理基于晶体中的原子或离子对于X射线的反射。
在XRD实验中，样品被置于一个被称为X射线衍射仪的仪器中。
该仪器通过一个小孔射出高能X射线束，该束被定向到通过样品的X射线探测器上。
当X射线进入样品时，它们会与样品中的原子或离子相互作用，并发生散射。
这种散射会以特定的角度返回到探测器中，并产生X射线衍射图谱。
这个图谱显示出了在特定角度处的衍射强度。
每个晶体结构对应的衍射角度和强度都是唯一的。
因此，通过比较实验结果与已知晶体结构库中的标准谱图，可以确定样品的晶体结构和成分。
XRD分析方法在许多领域都有广泛的应用，例如材料科学、地质学、生物学和环境科学等。
它可以用于确定化合物、制备材料和表征材料的性质。
由于XRD是一种非破坏性分析方法，因此它可以在不破坏样品的情况下提供与样品相关的宝贵信息。
总之，XRD分析方法是一种可靠的技术，具有许多广泛的应用。
通过使用XRD，可以轻松确定晶体结构和成分，并帮助科学家更好地理解材料和化合物的性质。
第二篇：X射线衍射（XRD）分析的优势和限制X射线衍射（XRD）是确定晶体结构和成分的常见技术。
尽管这种分析有许多优点，但它也存在一些局限性。
首先，XRD分析具有高分辨率和高灵敏度。
它可以确定极小的结构细节，并区分具有类似晶体结构的样品。
此外，由于XRD是一种非破坏性分析方法，因此可以在不破坏样品的情况下获得所需信息。
然而，XRD分析也有一些限制。
首先，由于样品必须是晶体形式，因此非晶体或无序材料将无法进行XRD分析。
其次，XRD只适用于固体材料，因此液态或气态的样品需要转化为固体形式才能进行分析。
此外，XRD分析也会受到诸如样品晶面朝向、晶粒大小、杂质含量、衍射峰形等因素的影响。
这些因素可能会造成误判或分析结果的不确定性。
总之，XRD分析是一种可靠的技术，但也具有局限性。
XRD分析方法介绍
物体，长波长x射线易被物体吸收。
a
10
1.4.2 X射线的吸收
物质对X射线的吸收指的是X射线能量在通过物质时转变为 其它形式的能量，X射线发生了能量损耗。物质对X射线的 吸收主要是由原子内部的电子跃迁而引起的。这个过程中 除部分转变为热量之外，还发生X射线的光电效应和俄歇 效应。
•光电效应
以X光子激发原子所发生的 激发和辐射过程。被击出的电 子称为光电子，辐射出的次级 标识X射线称为荧光X射线。
x射线管的管壁用玻璃或透明陶瓷制成，管内高 真空可以减少电子的运动阻力。阴极由钨灯丝构成，灯丝 被3~4A的电流加热后发出大量的热电子，电子经聚焦和 5000~8000v的电压加速后撞击阳极金属靶时，电子的猝然 减速或停止运动，使大部分能量以热辐射的形式耗散掉， 少部分能量则以x射线形式向外辐射，并产生x射线谱
2.3 衍射线分离
2.3.1 Kα双线宽化效应及分离 实验中常用的 Kα 辐射线，实际是包含了 Kα1 与
Kα2 双线，导致衍射谱线增宽。 当衍射谱线 Kα 双线完全分开时，可直接利用 Kα1
线形，否则必须进行 Kα 双线分离。 即使无物理宽化因素的标准样品，其衍射线形也
往往不能将双线分开，实测曲线宽度是 Kα 双线的 增宽效果。 为了得到单一 Kα1 衍射线形，需要进行 Kα 双线分 离工作。
XRD晶体结构分析.ppt
矿物学研究
XRD技术应用
地质学研究
添加标题
添加标题
化学分析
添加标题
添加标题
材料科学
XRD晶体结构分析基本 原理
晶体结构基本概念
晶体定义：具有长程有序、长程有序长程有序结构的固体 晶体结构特点：长程有序、长程有序长程有序、长程有序 晶体结构分类：单晶、多晶、非晶 晶体结构分析方法：X射线衍射、中子衍射、电子显微镜等
生物组织XRD分析的原理
添加标题
添加标题
生物组织XRD分析的应用前景
医学影像学XRD分析
XRD晶体结构分 析在医学影像学 中的应用
XRD晶体结构分 析在医学影像学 中的优势
XRD晶体结构分 析在医学影像学 中的局限性
XRD晶体结构分 析在医学影像学 中的未来发展
XRD晶体结构分析在环 境科学中的应用
添加 标题
药物晶体结构分析的方法：采用XRD技术对药物 晶体进行衍射分析，通过测量衍射角度与强度， 推导出药物晶体的晶格常数、原子间距等信息。
添加 标题
药物晶体结构分析在医学中的应用：在医学领域， XRD技术可用于研究药物的生物活性、药代动力 学和药物相互作用等方面，为新药研发、药物疗 效评估和药物安全性评价提供支持。
晶体材料XRD分析
XRD晶体结构分析在材料科学中的应用 XRD晶体结构分析在材料科学中的应用 XRD晶体结构分析在材料科学中的应用 XRD晶体结构分析在材料科学中的应用
XRD晶体结构分析在地 质学中的应用
矿物学XRD分析
XRD在矿物学中的应用：通过X射线衍射技术对矿物进行结构分析，确定矿物的成分、 晶体结构和物理性质。
XRD实验操作流程
数据收集：记录衍射角度与强 度之间的关系，形成衍射图谱
XRD数据与晶体结构分析
辅助设备： 冷却系统、 安全防护 系统、检 测系统等
X-射线产生
原子序数越大，X射线波长越短， 能量越大，穿透能力越强。
焦斑——阳极靶面被电子束轰击的区域
X-射线从焦斑区域出发 焦斑的形状对X-射线衍射图的形状、清晰度、分辨率有较大影响
较小的焦斑 & 较强的强度
在与靶面成 出射角为 3°~6° 处接受X-射线
在人类没有能力测试晶体结构的条件下，从数学
的角度对晶体结构的规律建立的数学模型。
二、X-射线衍射基本原理
X-射线的发现
1895年，德国物理学家伦琴在研究阴极射线过程中偶然发 现了X-射线，为物质结构研究打开了一扇大门，获得首届 诺贝尔物理学奖（1901年）。
Wilhelm Conrad Roentgen
电离； 能透过可见光不能透过的物体； X-射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转， 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；
能够杀死生物细胞组织，对生物有很厉害的生理作用。
X-射线的产生
X- 射 线 光管 ， 真空度10-4Pa
30~60kV的加 速电子流，冲击金 属靶面产生 常用Mo-Kα射线，包括Kα1和Kα2两种射线 （强度2:1），波长0.71073 Å Cu-Kα射线的波长为1.5418 Å
XRD数据与晶体结构分析
Crystal Structure Analysis
主要内容
晶体的概念 X-射线衍射基本原理
1 2
3 晶体结构测试解析及晶体学参数
4
晶体结构表达及常用软件简介
一、晶体的概念
晶体学基础——什么是晶体？
晶体是一种原子有规律地重复排列的固体物质
A crystal is a solid in which the constituent
XRD的基本应用、物相分析和晶体分析
材料研究方法
哈 那 瓦 特 索 引 的 形 式
x 射线衍射分析
材料研究方法
x 射线衍射分析
哈那瓦特索引的形式
面网间距及相对强度
物相
Fiche No
2.34x 2.025 1.222 1.432 0.931 0.91 0.831 1.171
A1 4-787 I-16-E2
哈那瓦特索引的使用
材料研究方法
x 射线衍射分析
X射线物相定性分析的思路：比对
X射线物相定性分析的思路是： 用待测物质的衍射数据——衍射线的相对强 度（I/I1）和衍射面的面网间距（d）与已 知物质的标准衍射数据进行对比。
如果被测物质的衍射数据（I/I1－d 值）与某一已知物相的标准衍射数据相同， 则被测物质就是该已知物相。
2020/4/28
材料研究方法
x 射线衍射分析
一、X射线物相定性分析的原理
特定的结晶物质 （萤石、石英、方解石）
特定的晶体结构
（晶格类型、晶胞大小、晶 胞中原子、离子或分子的数 目和位置总有一些与其它晶 体不同的地方）
特定的衍射花样 （位置、强度和数量固定的衍
射线组合）
而对于多相样品的衍射峰是各物相的机械叠加。
材料分析： 化学成分分析： 如某一材料为Fe96.5%,C 0.4%,Ni1.8%或 SiO2 61%, Al2O3 21%,CaO 10% FeO 4%等。 物相分析： 如一材料C，是由金刚石还是由石墨 组成。 一个物相是由化学成分和晶体结构两部分所决定 的。 X射线的分析正是基于材料的晶体结构来测定物相 的。
2020/4/28
材料研究方法
x 射线衍射分析
电子版PDF卡式样
材料研究方法
XRD及其晶体结构的相关知识
XRD及其晶体结构的相关知识X射线荧光衍射：利用初级X射线光子或其他微观离子激发待测物质中的原子，使之产生荧光(次级X射线)而进行物质成分分析和化学态研究的方法。
按激发、色散和探测方法的不同，分为X射线光谱法(波长色散)和X射线能谱法(能量色散)。
当原子受到X射线光子(原级X射线)或其他微观粒子的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。
较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，因此，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。
根据色散方式不同，X射线荧光分析仪相应分为X射线荧光光谱仪(波长色散)和X射线荧光能谱仪(能量色散)。
X射线荧光光谱仪主要由激发、色散、探测、记录及数据处理等单元组成。
激发单元的作用是产生初级X射线。
它由高压发生器和X光管组成。
后者功率较大，用水和油同时冷却。
色散单元的作用是分出想要波长的X射线。
它由样品室、狭缝、测角仪、分析晶体等部分组成。
通过测角器以1∶2速度转动分析晶体和探测器，可在不同的布拉格角位置上测得不同波长的X射线而作元素的定性分析。
探测器的作用是将X射线光子能量转化为电能，常用的有盖格计数管、正比计数管、闪烁计数管、半导体探测器等。
记录单元由放大器、脉冲幅度分析器、显示部分组成。
通过定标器的脉冲分析信号可以直接输入计算机，进行联机处理而得到被测元素的含量。
X射线荧光能谱仪没有复杂的分光系统，结构简单。
X射线激发源可用X射线发生器，也可用放射性同位素。
能量色散用脉冲幅度分析器。
探测器和记录等与X射线荧光光谱仪相同。
X射线荧光光谱仪和X射线荧光能谱仪各有优缺点。
前者分辨率高，对轻、重元素测定的适应性广。
对高低含量的元素测定灵敏度均能满足要求。
后者的X射线探测的几何效率可提高2~3数量级，灵敏度高。
可以对能量范围很宽的X 射线同时进行能量分辨(定性分析)和定量测定。
XRD测试晶体结构
X 光 管
一般产生X光的设备是利用X光管(X一般产生X光的设备是利用X光管(X-ray tube) ,早 期的光管实际上就是阴极射线管X 期的光管实际上就是阴极射线管X光管必须具有高 度真空且同时包含(a)电子来源(b)电子之加速电压 度真空且同时包含(a)电子来源(b)电子之加速电压 (c)金属靶标. 高速电子撞击靶标其动能可依下式 (c)金属靶标 . 计算:
sin θ =
2
λ
2 2
4a
(h + k + l )
2 2 2
sin2θ1:sin2θ2 = h12+k12+l12:h22+k22+l22
立方晶体中之X 立方晶体中之X光绕射线选择律
晶格 简单立方 体心立方 面心立方 钻石立方 有绕射线 所有 (h, k, l) h + k + l=偶数 l=偶数 h, k, l 全为偶数或奇数 h, k, l 全为偶数或奇数, 全为偶数或奇数, 且(h + k + l)不为奇数之两倍 l)不为奇数之两倍
特徵X-Ray 的产生 特徵
分析步骤
厘清那几根peaks 是属於基板的
分析属於薄膜 的绕射讯号
计算薄膜结构
判断出薄膜 为何元素
比对 PDF卡
直接比对 猜测并逐一比对 热处理后薄膜与 基板之间可能形 成的化合物结晶相 PDF卡
h, k, l 为某一结晶面之Miller indices,通常为整 数,若已知某晶体之X-ray入射角度及其波长,可求得 dhkl,代入下式即可求出其晶体结构为何 种结构.XRD-1.EXE
作业
铜为FCC结构,原子半径a=1.28 铜为FCC结构,原子半径a=1.28 Cu Kα=1.54 =1.54 铬为Bcc结构,原子半径a=1.25 铬为Bcc结构,原子半径a=1.25 (a)假设两者均为理想晶体求出铜与铬之晶体常数 (a)假设两者均为理想晶体求出铜与铬之晶体常数 (b)如果X ray使用铜钯,试绘出两者之X ray绕射图 (b)如果X-ray使用铜钯,试绘出两者之X-ray绕射图 形 (c)如将铜与铬混合均匀各占50% ,其 ray绕射图形 (c)如将铜与铬混合均匀各占50% ,其X-ray绕射图形 会有 改变 (d)将钯材更换为Mo靶后, (d)将钯材更换为Mo靶后,需作哪些校正步骤 (e)更换为Mo靶后, (e)更换为Mo靶后,其绕射图形会有何不同
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
单晶XRD分析(教学课件)
(1) 结构因子
晶胞中含两个原子1和2；分数坐标: (x1y1z1), (x2y2z2)；原子 散射因子: f1, f2；晶胞常数:a, b, c。1和2在 hkl 衍射方向上的2个 衍射波的合成振幅绝对值:
[ f1 cos1 f2 cos2 ]2 [ f1 sin 1 f2 sin 2 ]2
劳埃 (Max van Laue, 德国)
布拉格 父子 (W. H. Bragg, W. L. Bragg, 法国)
X-射线晶体结构分析得到发展：无机、有机、生物大分子…
X-ray
e
X-ray
K L M N
封闭式X-光管
常用Mo靶和Cu靶
X-射线源
Mo靶
特征X-射线 白色X-射线
➢ 常规结构测定，尤其是含有重金属的晶体结构测定通 常使用 Mo光源
原子、分子或离子在空间按一定规律周期重复地 排列的固体 (周期性、长程有序)
Bragg公式
θ
θ
掠射角 θ
d
θθ
θ
晶面间距 d
X-Ray波长 λ
光程差
δ = 2dsinθ
衍射条件：δ = nλ (n=1, 2, 3…)
2dsinθ = nλ (n=1, 2, 3…) Bragg公式
X-ray衍射如何确定晶体结构
➢ 蛋白质晶体结构分析/有机物/不含重原子的有机物绝对 构型测定/小和弱的衍射体，使用Cu光源
X-射线源
✓ Cu 光源的散射强度= 6-10 倍Mo光源 ✓ 所以 60秒Mo光源的数据收集 ≈ 10秒Cu光源数据收集 ✓ Cu光源对测试小或散射弱的晶体有很大的帮助
但是...
Cu光源的吸收效应 大于Mo光源
HK L ; I
XRD实验报告
xx大学材料科学实验实验报告实验名称：XRD 测试晶体结构与精修辅导员意见：材料系专业班第实验小组作者学号实验日期年月日成绩：辅导员签名一、实验目的1.学习X-射线衍射物相定量分析的方法和步骤2.了解X-射线衍射精确测定晶胞参数的方法3.掌握Pullprof 晶体结构的精修二、实验原理：X射线在晶体中的衍射光波经过狭缝将产生衍射现象。
狭缝的大小必须与光波的波长同数量级或更小。
由图4-4a可知，当入射X射线与晶面相交θ角时，假定晶面就是镜面（即布拉格面，入射角与出射角相等），那末容易看出，图中两条射线1和2的光程差是AC+ DC，即2dsin θ。
当它为波长的整数倍时（假定入射光为单色的，只有一种波长）2d sin θ = nλ ，n =1，2，布拉格（Bragg）公式在θ 方向射出的X 射线即得到衍射加强。
根据布拉格公式，即可以利用已知的晶体（d 已知）通过测θ角来研究未知X射线的波长；也可以利用已知X射线（λ 已知）来测量未知晶体的晶面间距。
三、实验步骤1. 样品制备2. XRD 测试样品3. 学生自带笔记电脑，安装Fullprof 和UltraEdit 程序（老师给）4. 结构精修5. 结构输出及分析四、晶体结构测试与精修时应注意事项1、晶体的各向异性温度因子是如何定义的？答：晶体中的原子普遍存在热运动，这种运动在绝对零度时也未必停止。
通常所谓的原子坐标是指它们在不断振动中的平衡位置。
随着温度的升高，其振动的振幅增大。
这种振动的存在增大了原子散射波的位相差，影响了原子的散射能力，即衍射强度。
在晶体中，特别是对称性低的晶体，原子各个方向的环境并不相同，因此严格的说不同方向的振幅是不等的，由此引入了各向异性温度因子。
2、在进行Rietveld 结构精修时，是否该对温度因子进行约束？如何约束以及约束范围？答：由于温度因子是随着衍射角的增加而对强度的影响增大，所以，如果要精修温度因子，就一定要收集高角度的数据。
9.X射线衍射法测定晶体结构详解
X射线衍射法测定晶体结构一、实验目的1．了解X射线衍射的基本原理及仪器装置；2．理解粉末衍射的XRD分析测试方法，并应用XRD 数据进行物相分析。
二、实验原理X射线衍射分析（X-ray diffraction，简称XRD），是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。
将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。
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。
晶体对X射线的衍射，归根结底是晶体中原子的电子对X射线的相干散射。
当X射线电磁波作用于电子后，电子在其电场力作用下，将随着X射线的电场一起震动，成为一个发射电磁波的波源，其震动频率与X射线频率相同。
一个单原子能使一束X射线向空间所有方向散射。
但数目很大的原子在三维空间里呈点阵形式排列成晶体时，由于散射波之间的互相干涉，所以只有在某些方向上才产生衍射。
衍射方向取决于晶体内部结构周期重复的方式和晶体安置的方位。
测定晶体的衍射方向，可以求得晶胞的大小和形状。
联系衍射方向和晶胞大小形状间关系的方程有两个：Laue（劳）方程和Bragg（布拉格）方程。
前者以直线点阵为出发点，后者以平面点阵为出发点，这两个方程是等效的，可以互推。
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。
三、仪器设备本实验使用的仪器是Rigaku Ultima X射线衍射仪。
主要由冷却循环水系统、X射线衍射仪和计算机控制处理系统三部分组成。
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中子谱学 中子衍射
晶体的X-射线衍射发展简介
化学键的本质
1962 化学
肯德鲁John Charles Kendrew 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz
蛋白质的结构测定
1962
生理医学
Francis Maurice
H.C.Crick、JAMES h.f.Wilkins
d.Watson、
脱氧核糖核酸DNA测定
1964 化学
Dorothy Crowfoot Hodgkin
XRD晶体结构分析 2
主要内容
1
晶体的概念
2
X-射线衍射基本原理
3 晶体结构测试解析及晶体学参数
4 晶体结构表达及常用软件简介
一、晶体的概念
XRD晶体结构分析 2
❖ 晶体是一种原子有规律地重复排列的固体物质
❖A crystal is a solid in which the constituent atoms, molecules, or ions are packed in a regularly ordered, repeating pattern extending in all three spatial dimensions.
DNA结构发现者克里克和沃森
DNA双螺旋结构
Ziegler-Natta催化剂的发明
1953年，Ziegler和Natta借助X-射线晶体结构分析手段发明 了可实现α烯烃定向聚合的Ziegler-Natta催化剂，有力促进 了塑料、橡胶的工业化应用。获1962年诺贝尔化学奖。
Karl Waldemar Ziegler Giulio Natta 等规聚合物链结构模型
05
XRD晶体结构分析 2
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理
伦琴Wilhelm Conral Rontgen
X射线的发现
1914 物理
劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
晶体结构的X射线分析
1917 物理
二、X-射线衍射基本原理
X-射线的发现
1895年，德国物理学家伦琴在研究阴极射线过程中偶然发 现了X-射线，为物质结构研究打开了一扇大门，获得首届 诺贝尔物理学奖（1901年）。
Wilhelm Conrad Roentgen
透过X-射线的手像
X-射线衍射现象的发现
1912年，物理学家劳厄发现了晶体X-射线衍射现象，第一次 用X-射线实验证实了晶体结构的重复周期性，晶体结构的研 究从理论推导进入实际测量，获得诺贝尔物理学奖（1914 年）。
(1801-1880)
Auguste Bravais (1811-1863)
晶体结构中的平移重复规律只有14种
XRD晶体结构分析 2
XRD晶体结构分析 2
XRD晶体结构分析 2
❖ 14种布拉维格子、230种空间群，全面、严谨地 描述了晶体内部结构质点排布的对称规律性。
❖ 在人类没有能力测试晶体结构的条件下，从数学 的角度对晶体结构的规律建立的数学模型。
XRD晶体结构分析 2
面角守恒定律
同一物质的不 同晶体，其晶 面的大小、形 状、个数可能 不同，但其相 应的晶面间的 夹角不变。
提出晶胞学说 晶体对称定律
有理指数定律 晶带定律
空间格子学说
大块晶体由晶 晶体只存在 创立了晶面符号 推倒描述
胞密堆砌而成 1、2、3、4、6 五种旋转对称轴
晶面指数都是 晶体上任一晶面
XRD晶体结构分析 2
XRD晶体结构分析 2
XRD晶体结构分析 2
XRD晶体结构分析 2
晶体
多晶(玻璃)
非晶(液体)
长程有序 ＋
短程有序
长程无序 ＋
短程有序
长程无序 ＋
短程无序
XRD晶体结构分析 2
均一性
稳定性
各向异性
最小内能性
对周期性
巴克拉Charles Glover Barkla
元素的特征X射线
1924 物理
卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射线光谱学
1937 物理
戴维森Clinton Joseph Davisson 汤姆孙George Paget Thomson
电子衍射
1954 化学
鲍林Linus Carl Panling
青霉素、B12生物晶体测定
1985 化学
霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle
直接法解析结构
鲁斯卡E.Ruska
电子显微镜
1986 物理
宾尼希G.Binnig
扫描隧道显微镜
罗雷尔H.Rohrer
1994 物理
布罗克豪斯 B.N.Brockhouse 沙尔 C.G.Shull
❖Glass : NOT regularly ordered
XRD晶体结构分析 2
1912 年德国物理学家 Laue 第一次成功获得 NaCl 晶体的 X-射线衍射图案，使研究深入到晶体的内部，从本质上认识 了晶体的特征。
内部质点在三维空间呈 周期性排列是晶体结构最本 质的特征，是晶体具有各种 特性的根源。
Max von Laue
晶体的X-射线衍射图像
布拉格方程的提出
1913-1914年，英国物理学家Bragg父子利用X-射线成功测 定了NaCl晶体的结构并提出了Bragg方程，共同获得1915年 的诺贝尔物理学奖。
n2dsin
Bragg 父子
NaCl晶体及模型
DNA双螺旋结构的发现
1953年，英国科学家沃森等利用X-射线衍射技术成功揭示 了DNA分子具有双螺旋结构，获得了1962年诺贝尔医学奖。
用以表示晶面 空间方向
晶体外形对称性 的32种点群
晶体结构中的 平移重复规律
只有14种
简单整数。 至少同时属于
两个晶带。
推导出描述 晶体结构内部 对称的230个
空间群
1669
斯 丹 诺
丹 麦 学 者
1874
赫 羽 依
法 国 科 学
家
1805 ~1809
1818 ~1839
魏 斯
德 国 学
者
米 勒
德 国 学
者
1830
赫 赛 尔
德 国 学 者
1855
布 拉 维
法 国 科 学
家
1885 ~1898
费 德
德 国 科
洛学
夫家
René Just
Christian
William
Nicolaus Steno
Haüy
Samuel Weiss Hallowes Miller
(1638-1686) (1743-1822) (1780-1856)