多晶体分析方法
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2
S1 57.30 4R
d HKL
2 sin HKL
由计算出的每一根衍射线的θ值，再根据Bragg方程计算出d值。衍射线束 的强度以德拜线的黑度来表示。黑度用黑度计或目测法。目测结果可分为 很强、强、中、弱、很弱五级。德拜照相法的角分辨率(Δ2θ)为0.4°-0.8°。 设备简单、照片直观，但不易自动化。
德拜法
德拜法示意图
德拜法成像示意图
每一组具有一定晶面间距的晶面，都将分别地形成各自的衍射锥。如果通 过圆柱形底片截取这些衍射锥，将得到一系列衍射弧对，每个弧对都可以 用相应的干涉指数HKL标记。
德拜法
德拜法样品制备原则是： 均匀，无宏观织构、无内应力，使衍射线均匀而连续， 以利于准确测量衍射线的位置和强度。 装片法：
衍射花样的指标化
目的：确定每个衍射圆环所对应的干涉指数（点阵类型）。
以立方晶系为例：
dhkl
a h2 k2 l2
sin2 (h2 k 2 l2 ) 4 2
两式中，a和hkl是两组未知数，消去后，得：
sin2 1 : sin2 2 : sin2 3...... N1 : N2 : N3.....
步进扫描最小步长；0.01°(2θ)/步； 测角仪2θ角误差：0.01°
岛津XRD-7000S
1.X射线发生器：功率：3KW管电压：20-60KV 管电流：2-80mA 2.测角仪： 采用水平样品型扫描方式连续或步进扫描方式，θs—θd联动或θs、 θd单动方式；最小步进角度0.0001°(θ)， 0.0002(2θ)；角度重现性0.0001 °(2θ)；扫描范围：-6°- +82°（θs）-6°- +132°(θd) 3.探测器： 闪烁晶体计数器，线性范围≥3×105cps，配有具有前置信号增强功 能的多毛细管系统，可增加强度有利于计数统计。
衍射仪的衍射花样均来自于与试样表面相平行的那些反射 面的反射，这一点与粉末照相法是不同的。
在测角仪的测量动作中，计数器并不沿聚焦圆移动，而是 沿测角仪圆移动逐个地对衍射线进行测量。所以无论衍射 条件如何改变，最多只能有一个(hkl)衍射线聚焦到F点接 受检测。
早期的衍射仪聚焦通常存在误差△θ，而新式衍射仪可以使 计数管沿FO方向径向移动，并与θ-2 θ联动，使F始终在焦 点上。
德拜法
纯铝的多晶体德拜相及德拜相的标定 （铜靶、铝试样、不对称装片法、负片）
德拜法
Bragg角度的测定 S： 弧间对的距离， R： 底片弯成圆柱面的半径， Θ：各衍射线相应的Bragg角度
德拜法
据德拜相衍射弧对间的距离，可以算出各衍射线对应的Bragg角θ：
S1 R 4
＝
S1 4R
3600
衍射仪附件
→ 多用途附件： 可做薄 膜样品的表层物相鉴定；
→ 微区衍射附件：最小可 做φ10μm的物相分析；
→ 高温附件： 试样处于 室温至1500℃状态下的结 构分析。
D/max 2550V X 射线衍射仪
X射线衍射仪的结构原理
1）测角仪 2）信号记录和处理系统 3）电源及控制系统。
样品台与探测器绕测角仪中心Ｏ始终保持１:２转速 比连续或步进、正或反向运动。
4-3 X射线衍射仪
X射线衍射技术的发展历程
劳埃相机
德拜相机
X射线衍射技术
什么是X衍射仪？ 利用对X射线辐射敏感的探测器，记录试样衍射线的位置、强 度和峰形的仪器射仪 荷兰帕纳科公司PANalytical B.V. 技术指标： 测角仪衍射范围：6～140° (2θ)；
（此外还有聚焦法、针孔法等粉末衍射法）
4-2 粉末衍射图象的形成原理
如果以入射线为轴，使晶粒转动，则衍射线也将绕入射线转动， 形成一个衍射圆锥面，其顶角等于4θ。
德拜法
德国科学家德拜与谢乐1916年发明德拜相机，首创X射线粉末 照相法，把物质晶体结构测量实用化。德拜法设备简单，测量 精度高，全世界几万种物质的标准物相大都由德拜法测出。
测角仪
测角仪
测角仪
Tube Divergence slit
Sample stage
测角仪
Goniometer Receiving slit
Monochromator
Detector
测角仪的光学布置
光学布置要求： 1）X射线管的线状焦点的长边方向与测角仪的中心轴平行。 2）采用狭缝光阑和梭拉光阑组成的联合光阑， 光学布置目的：控制X射线的发散度。
X射线衍射仪的基本构成
X射线发生器(稳流、稳压的特性) 衍射测角仪(精密测量2θ角) 辐射探测器(测量X射线强度) 测量电路 控制操作和运行软件的电子计算机系统
X射线管
测角仪
测角仪的构造示意图
测角仪是衍射仪的核心部件， 相当于粉末法中的相机。
测角仪的构造特点
➢ 试样台位于测角仪中心，试样台的中心轴与测角 仪的中心轴垂直。
其中N为整数， N h2 k 2 l 2
衍射花样的指标化
将干涉指数hkl按 h2 k 2由小l 2到大得顺序排列，并考虑到系统消光，可
得到：
hkl 100 110 111 200 210 211 220 221 310 311 点阵 N 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 简单 N － 2 － 4 － 6 8 － 10 － 体心 N － － 3 4 － － 8 － － 11 面心 指数化标定的步骤： 1）算出各衍射线的sin2θ顺序比。 2）与不同晶体结构物相的干涉指数(hkl)进行对比。 3）确定晶体结构类型，推断出各衍射线条的干涉指数。 4）如是立方晶体，可利用布拉格定律计算晶格常数。
➢ 试样台既可以绕测角仪中心轴转动，又可以绕自 身中心轴转动。
➢ 试样和记数管按1:2的角速度关系连续转动,这一
动作称为θ-2θ联动。
测角仪的衍射几何
测角仪的衍射几何的关键问题有二： 1）满足布拉格衍射条件。 2）满足衍射线的聚焦条件。
正因为“聚焦”作用，衍射仪可以测量强度较弱的衍射线。
测角仪的衍射几何
多晶体分析方法
4-1 引言
粉末法是所有衍射法中应用最广的一种方法。它是以单色 X射线照射粉末试样(真正的粉末或多晶试样)。
粉末法主要可以分为： ➢ 德拜－谢乐(Debye-Scherrer)照相法
特点：圆棒状试样，用乳胶片记录衍射数据， 现在已不常用
➢ 粉末衍射仪法 特点：用电子探测器记录衍射数据
S1 57.30 4R
d HKL
2 sin HKL
由计算出的每一根衍射线的θ值，再根据Bragg方程计算出d值。衍射线束 的强度以德拜线的黑度来表示。黑度用黑度计或目测法。目测结果可分为 很强、强、中、弱、很弱五级。德拜照相法的角分辨率(Δ2θ)为0.4°-0.8°。 设备简单、照片直观，但不易自动化。
德拜法
德拜法示意图
德拜法成像示意图
每一组具有一定晶面间距的晶面，都将分别地形成各自的衍射锥。如果通 过圆柱形底片截取这些衍射锥，将得到一系列衍射弧对，每个弧对都可以 用相应的干涉指数HKL标记。
德拜法
德拜法样品制备原则是： 均匀，无宏观织构、无内应力，使衍射线均匀而连续， 以利于准确测量衍射线的位置和强度。 装片法：
衍射花样的指标化
目的：确定每个衍射圆环所对应的干涉指数（点阵类型）。
以立方晶系为例：
dhkl
a h2 k2 l2
sin2 (h2 k 2 l2 ) 4 2
两式中，a和hkl是两组未知数，消去后，得：
sin2 1 : sin2 2 : sin2 3...... N1 : N2 : N3.....
步进扫描最小步长；0.01°(2θ)/步； 测角仪2θ角误差：0.01°
岛津XRD-7000S
1.X射线发生器：功率：3KW管电压：20-60KV 管电流：2-80mA 2.测角仪： 采用水平样品型扫描方式连续或步进扫描方式，θs—θd联动或θs、 θd单动方式；最小步进角度0.0001°(θ)， 0.0002(2θ)；角度重现性0.0001 °(2θ)；扫描范围：-6°- +82°（θs）-6°- +132°(θd) 3.探测器： 闪烁晶体计数器，线性范围≥3×105cps，配有具有前置信号增强功 能的多毛细管系统，可增加强度有利于计数统计。
衍射仪的衍射花样均来自于与试样表面相平行的那些反射 面的反射，这一点与粉末照相法是不同的。
在测角仪的测量动作中，计数器并不沿聚焦圆移动，而是 沿测角仪圆移动逐个地对衍射线进行测量。所以无论衍射 条件如何改变，最多只能有一个(hkl)衍射线聚焦到F点接 受检测。
早期的衍射仪聚焦通常存在误差△θ，而新式衍射仪可以使 计数管沿FO方向径向移动，并与θ-2 θ联动，使F始终在焦 点上。
德拜法
纯铝的多晶体德拜相及德拜相的标定 （铜靶、铝试样、不对称装片法、负片）
德拜法
Bragg角度的测定 S： 弧间对的距离， R： 底片弯成圆柱面的半径， Θ：各衍射线相应的Bragg角度
德拜法
据德拜相衍射弧对间的距离，可以算出各衍射线对应的Bragg角θ：
S1 R 4
＝
S1 4R
3600
衍射仪附件
→ 多用途附件： 可做薄 膜样品的表层物相鉴定；
→ 微区衍射附件：最小可 做φ10μm的物相分析；
→ 高温附件： 试样处于 室温至1500℃状态下的结 构分析。
D/max 2550V X 射线衍射仪
X射线衍射仪的结构原理
1）测角仪 2）信号记录和处理系统 3）电源及控制系统。
样品台与探测器绕测角仪中心Ｏ始终保持１:２转速 比连续或步进、正或反向运动。
4-3 X射线衍射仪
X射线衍射技术的发展历程
劳埃相机
德拜相机
X射线衍射技术
什么是X衍射仪？ 利用对X射线辐射敏感的探测器，记录试样衍射线的位置、强 度和峰形的仪器射仪 荷兰帕纳科公司PANalytical B.V. 技术指标： 测角仪衍射范围：6～140° (2θ)；
（此外还有聚焦法、针孔法等粉末衍射法）
4-2 粉末衍射图象的形成原理
如果以入射线为轴，使晶粒转动，则衍射线也将绕入射线转动， 形成一个衍射圆锥面，其顶角等于4θ。
德拜法
德国科学家德拜与谢乐1916年发明德拜相机，首创X射线粉末 照相法，把物质晶体结构测量实用化。德拜法设备简单，测量 精度高，全世界几万种物质的标准物相大都由德拜法测出。
测角仪
测角仪
测角仪
Tube Divergence slit
Sample stage
测角仪
Goniometer Receiving slit
Monochromator
Detector
测角仪的光学布置
光学布置要求： 1）X射线管的线状焦点的长边方向与测角仪的中心轴平行。 2）采用狭缝光阑和梭拉光阑组成的联合光阑， 光学布置目的：控制X射线的发散度。
X射线衍射仪的基本构成
X射线发生器(稳流、稳压的特性) 衍射测角仪(精密测量2θ角) 辐射探测器(测量X射线强度) 测量电路 控制操作和运行软件的电子计算机系统
X射线管
测角仪
测角仪的构造示意图
测角仪是衍射仪的核心部件， 相当于粉末法中的相机。
测角仪的构造特点
➢ 试样台位于测角仪中心，试样台的中心轴与测角 仪的中心轴垂直。
其中N为整数， N h2 k 2 l 2
衍射花样的指标化
将干涉指数hkl按 h2 k 2由小l 2到大得顺序排列，并考虑到系统消光，可
得到：
hkl 100 110 111 200 210 211 220 221 310 311 点阵 N 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 简单 N － 2 － 4 － 6 8 － 10 － 体心 N － － 3 4 － － 8 － － 11 面心 指数化标定的步骤： 1）算出各衍射线的sin2θ顺序比。 2）与不同晶体结构物相的干涉指数(hkl)进行对比。 3）确定晶体结构类型，推断出各衍射线条的干涉指数。 4）如是立方晶体，可利用布拉格定律计算晶格常数。
➢ 试样台既可以绕测角仪中心轴转动，又可以绕自 身中心轴转动。
➢ 试样和记数管按1:2的角速度关系连续转动,这一
动作称为θ-2θ联动。
测角仪的衍射几何
测角仪的衍射几何的关键问题有二： 1）满足布拉格衍射条件。 2）满足衍射线的聚焦条件。
正因为“聚焦”作用，衍射仪可以测量强度较弱的衍射线。
测角仪的衍射几何
多晶体分析方法
4-1 引言
粉末法是所有衍射法中应用最广的一种方法。它是以单色 X射线照射粉末试样(真正的粉末或多晶试样)。
粉末法主要可以分为： ➢ 德拜－谢乐(Debye-Scherrer)照相法
特点：圆棒状试样，用乳胶片记录衍射数据， 现在已不常用
➢ 粉末衍射仪法 特点：用电子探测器记录衍射数据