实验二讲义 X射线粉末衍射法物相分析

实验四 X射线粉末衍射法物相分析（p236实验40）

一、目的要求

1.掌握X射线粉末衍射法的实验原理和技术

2.学会根据X射线粉末衍射图，分析粉晶试样的物相组成

二、X射线粉末法原理

X射线粉末衍射法自从德拜和谢乐首创以来，已经有了很大的发展，其应用范围非常广泛，可用来鉴别矿物的物相，测定点阵常数和晶胞大小，对固溶体进行相的定性与定量分析，还可研究晶粒的大小以及晶体中的残余应力和点阵畸变等，因此X射线粉末衍射法已成为催化、材料科学及矿物研究中常用的实验手段。

由结晶学知道，晶体具有周期性结构。一个立体的晶体结构，可看成是一些完全相同的原子平面网按一定距离d平行排列而成，同时也可以看成是另一些原子平面网按另一距离d’平行排列而成。所以一个晶体必然存在着一组特定的d值（d, d’, d’’, d’’’ ）。结构不同的晶体其d值组绝不相同，所以可用它来表示晶体特征。下面介绍如何用X射线粉末法来测定d值。

假定晶体中某一方向上原子网面之间的距离为d，X射线以夹角θ入射晶体，如1所示，从原子网面1和2上产生的两条衍射线a’和b’，其光程差为BD+DC，而BD=DC=dSinθ，故BD+DC=2dSinθ。我们知道，只有当光程差等于入射光波长λ的整数倍n时，亦即d与θ之间应符合布拉格（Bragg）方程时，才能产生被加强了的衍射线。（参见谢有畅、邵美成编《结构化学》下册，P49）

2dSinθ= nλ（8-1）

图1 原子网面对X射线的衍射

多晶X射线衍射仪器的类型多种多样，但按其设计所采用的衍射几何特点的不同，可分为平行光束型和聚焦型两大类；按X射线的检测记录手段来分也可分为两大类：感光胶片法（照相法）和衍射仪法。本实验所采用的仪器为聚焦型衍射仪。

应用聚焦原理来设计粉末衍射装置，实验时可以使用大发散的点发散X射线束，样品受照射的表面可以很大，大大增加参与衍射的晶粒数目；而由于聚焦作用，样品表层中取向凑巧的晶粒产生的同一衍射却能同时聚焦集中在同一位置上，得到强度高得多的衍射线，有利于测量。而且，由于X射线源的焦点可以达到很小的尺寸，所以聚焦型的衍射仪器有极好的角度分辨能力。

衍射角2θ的测量则通过一台精密的机械测角仪来实现。2θ可以根据检测器转过的角度直接读出。通过检测器上的闪烁计数器还可同时给出各衍射线的衍射强度。进而由计算机数据采集与分析系统以谱图或数据形式给出衍射结果。

每一种结晶物质均有其特定的结构参数，这些参数在X射线衍射图上均有所反映。单相物质的多晶衍射线条的位置和强度是该物相的特有标志。尽管物质的种类很多，但很少能找到衍射图完全相同的两

种物相。

由多相物质组成的试样，所得衍射图是所含单相物质衍射图的简单叠加。根据这一原理，可以从一多相物质粉末衍射图中将各物相鉴别出来，由未知物相的衍射图测算出各衍射线条的晶面间距d值和相应的相对强度值，把这些实测数据与已知物相的相应数据进行比较，如果两者均相同，则待鉴定的物相就是该已知物相。

几十年来，国际粉末衍射标准联合会（简称JCPDS）收集世界各国发表的单相结晶物质的X光粉末衍射图谱，经过审定、整理、汇编成JCPDS粉末衍射卡出版发行。实际工作中只要测得被测物质得粉末衍射图，再去查对JCPDS卡片，现在JCPDS卡片已改成为PDF卡片，通过查对标准卡片即可得知被测物质的化学式、习惯用名、以及有关的各种结晶学数据。因此，这套卡片已成为X射线粉末法物相分析必不可少的工具，目前已有人将其编制成数据库，可在计算机上方便地进行查寻。

三、仪器和试剂

Bruker D8 Advance X射线粉末衍射仪(Cu靶)

玛瑙研钵

样品: Cl/Br/I无机盐的纯物质或混合物

样品架

四、实验步骤

（1）研磨样品用玛瑙研钵将试样研细至手感无颗粒感觉即可。

（2）制样品板将样品架置于一干净的平板玻璃上，把研细的样品填入样品架的内框中，然后用一平面用力压实，样品的背面要均匀平整，作为衍射面。

（3）将装好样品的样品架小心放置到样品架座上。

（4）开启X射线粉末衍射仪设定工作仪器参数和扫描条件。

（5）进行衍射实验和数据采集，采集完后将数据存盘

（6）处理数据，并进行计算机检索。。

五、数据处理及物相鉴定

X射线粉末衍射仪带有一套比较完整的衍射数据处理分析系统，可进行数据处理和样品物相的查卡鉴定。

六、思考题

1.试讨论制样过程中样品颗粒过大对实验结果会有什么影响？

2.沥青和玻璃丝会产生衍射谱图吗？为什么？