X射线衍射方法-精
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X射线衍射方法
利用X射线在晶体中衍射显示的图像特征 分析晶体结构及与结构有关的问题称为X 射线物相分析。 晶体不是任何情况下都产能生衍射。 实验中设法连续地变化λ或θ，满足衍射 几何要求，达到产生衍射线的目的。 实际工作中有许多衍射实验方法。
1
实验方法分类
粉末多晶体衍射
德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法
利用特征X射线时， 连续谱的背底增加背景
I标 Bi(V VK )1.5
I连
KiZV 2
V=（3～5）VK时，I标/I连最大。 铜靶的工作电压？
32
辐射选择的原则
不产生强烈的荧光，否则会引起信噪比下降 衍射线的数量、位置、强度符合分析要求 X射线的入射深度符合分析要求 Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti会强烈吸收CuK ，样 品中含这些元素时应更换X射线管
26
封闭管
稳定性好
真空密闭
不可更换 灯丝，光 管一次性。
功率小
27
旋转阳极开放管
功率大， 产生的X 射线强， 有利于产 生高质量 的衍射图 形 可更换灯 丝 需要抽真 空
28
对X射线源的要求
稳定
对衍射花样的测量为“非同时测量”，即按顺序进行
强度大
提高光源强度可提高检测灵敏度、衍射强度测量的精 确度、实现快速测量
单晶体衍射方法
劳埃法 周转晶体法 四圆衍射仪
7
多晶法
单色X射线照射多晶体或粉末试样的方法。
粉末多晶法广泛应用
粉晶XRD制备样品简单 图谱解析简单，有规范的PDF库 许多化合物得不到单晶体
8
粉晶法衍射原理：空间圆锥体
一个“衍射锥” 代表晶体中一组 特定的晶面。
不同晶面产生衍 射，只是锥角不 同。
底片
12
实验方法分类
粉末多晶体衍射
德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法
针孔法 衍射仪法
单晶体衍射方法
劳埃法 周转晶体法 四圆衍射仪
13
德拜法
14
德拜照相机
15
德拜法
底片安装：正装、倒装、不对称 底片处理：显影、定影 衍射花样的测量和计算： 测量：衍射线条的相对
位置和相对强度 计算：θ和dHKL
17
数据处理
对照片中所有的线条进行编号、标注同 一衍射环的对称圆弧标以同一的号数， 列表。 用肉眼估量线条强度（根据黑度）。
18
德拜法误差分析
系统误差来源： 相机半径不准、底片收缩、试样偏心、 实验的吸收等。 误差校正方法： 应用数学处理法（图解外推法、最小二 乘法）
19
实验方法分类
粉末多晶体衍射
2θ
22
X射线衍射仪工作原理图
23
X-射线衍射-光路部分
光源
入射 光路
测角仪
探测器 衍射 光路 样品台
24
25
衍射仪
X射线源（产生稳定X射线光源） 测角及探测控制系统（测量衍射花样，使 光源、试样、探测器满足一定的几何和衍 射条件） 记录（X射线探测器）和数据处理系统（微 机和软件） 电源设备 自动控制、指示装置 防护装置
圆锥的数目等于
满足（？）的晶 面数。
X 射线
样品
2
可调节
9
粉末多晶法
衍射花样采用照相底片记录，称粉末照相 法。 衍射花样采用I～θ曲线记录，称衍射仪法。
10
衍射照片及衍射图
11
样品制作
研磨、过筛、制样。 颗粒平均粒径控制在为5~50µm。 在加工过程中，防止由于外加物理或化学 因素影响试样原有的性质。 防止样品取向性。
德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法
针孔法 衍射仪法
单晶体衍射方法
劳埃法 周转晶体法 四圆衍射仪
20
X射线衍射仪法
按多晶衍射原理，用测角仪和光子探测 器来计录衍射线位置及强度，I～θ曲线 记录衍射花样，进行晶体衍射实验的设 备称为X射线衍射仪。
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X射线衍射图
In the paste On the interface
光源的强度取决于管子的比功率，即管子的功率与管 焦斑大小的比值
光谱纯度
光谱不纯，轻则增加背底，重则增加伪衍射峰，增加 分析难度
29
光源的选择
焦点（焦斑）
阳极靶上被电子束轰击的区域 其形状和大小对X射线衍射图样的形状、清晰度、分辨率有影响
多采用线焦斑，其长边方向与测角仪平面垂直 线光源的特点
优点：水平发散度小，分辨率高，记录的衍射花样真实 缺点：垂直发散度较大，常用Soller狭缝来改善
针孔法 衍射仪法
单晶体衍射方法
劳埃法 周转晶体法 四圆衍射仪
2
劳埃法
3
劳埃法
连续X射线投射到固定的单晶体试样上产 生衍射的一种实验方法，X射线具有较高 的强度，可在较短的时间得到清晰的衍射 花样。 （λ变） 垂直于入射线束的照相底片记录花样。 衍射花样由衍射斑点组成，有规律分布。 此方法能够反映出晶体的取向和对称性。
一般衍射仪管子的焦斑大小
细焦斑：0.4x8mm2 正常焦斑：1X10mm2 宽焦斑：2X12mm2
30
辐射（阳极靶）的选择
一般选择波长为零点几个nm的特征X射线用 于结构分析，因为物质的点阵常数为零点 几个nm 最常选用的是CuK，其波长为0.1542nm
适用于许多衍射分析 散热性能好
31
X射线管最佳工作电压
4
入射 X射线
转晶法
底片
5
转晶法
单色X射线（K系）照射转动的单晶体试 样的衍射方法。（θ变） 以样品转动轴为轴的圆环形底片记录衍 射花样。 此法用于测定试样的晶胞常数，根据衍 射花样能准确测定晶体的衍射方向和强 度。
6
实验方法分类
粉末多晶体衍射
德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法
针孔法 衍射仪法
33
X射线的单色化
滤波片
选用对K有较大吸收的材料，阻止K进入
晶体单色器
利用晶体衍射获得单色X射线的器件 选定单个晶体（通常为石墨晶体）的某个反射本领强
的晶面，调整晶面与入射束的角度，使之只能反射特 定波长的光子，其余的光子则因不满足Bragg方程不能 被反射，从而获得单色X射线 单色器的效果好于滤波片
16
德拜法
已知相机半径R，（hkl）产生衍射线与底片相交两点的距离是S 和Sˊ。
测量出S即可计算出θ。
S R4
S S 360 S 57.3 4R 4R 2 4R
直径D1 = 57.3 mm 周长L1 = 180 mm
1mm→2°
D2 = 114.6 mm L2 = 360 mm 1 mm→1°
34
单色器
35
测角器－衍射仪的核心组成部分
测角器的作用：精 确测定样品各晶面 的衍射角度 基本结构：
测角圆：X射线管 焦点F和接受狭缝 G所在的圆周。F 固定，G的位置可 精确测量
利用X射线在晶体中衍射显示的图像特征 分析晶体结构及与结构有关的问题称为X 射线物相分析。 晶体不是任何情况下都产能生衍射。 实验中设法连续地变化λ或θ，满足衍射 几何要求，达到产生衍射线的目的。 实际工作中有许多衍射实验方法。
1
实验方法分类
粉末多晶体衍射
德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法
利用特征X射线时， 连续谱的背底增加背景
I标 Bi(V VK )1.5
I连
KiZV 2
V=（3～5）VK时，I标/I连最大。 铜靶的工作电压？
32
辐射选择的原则
不产生强烈的荧光，否则会引起信噪比下降 衍射线的数量、位置、强度符合分析要求 X射线的入射深度符合分析要求 Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti会强烈吸收CuK ，样 品中含这些元素时应更换X射线管
26
封闭管
稳定性好
真空密闭
不可更换 灯丝，光 管一次性。
功率小
27
旋转阳极开放管
功率大， 产生的X 射线强， 有利于产 生高质量 的衍射图 形 可更换灯 丝 需要抽真 空
28
对X射线源的要求
稳定
对衍射花样的测量为“非同时测量”，即按顺序进行
强度大
提高光源强度可提高检测灵敏度、衍射强度测量的精 确度、实现快速测量
单晶体衍射方法
劳埃法 周转晶体法 四圆衍射仪
7
多晶法
单色X射线照射多晶体或粉末试样的方法。
粉末多晶法广泛应用
粉晶XRD制备样品简单 图谱解析简单，有规范的PDF库 许多化合物得不到单晶体
8
粉晶法衍射原理：空间圆锥体
一个“衍射锥” 代表晶体中一组 特定的晶面。
不同晶面产生衍 射，只是锥角不 同。
底片
12
实验方法分类
粉末多晶体衍射
德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法
针孔法 衍射仪法
单晶体衍射方法
劳埃法 周转晶体法 四圆衍射仪
13
德拜法
14
德拜照相机
15
德拜法
底片安装：正装、倒装、不对称 底片处理：显影、定影 衍射花样的测量和计算： 测量：衍射线条的相对
位置和相对强度 计算：θ和dHKL
17
数据处理
对照片中所有的线条进行编号、标注同 一衍射环的对称圆弧标以同一的号数， 列表。 用肉眼估量线条强度（根据黑度）。
18
德拜法误差分析
系统误差来源： 相机半径不准、底片收缩、试样偏心、 实验的吸收等。 误差校正方法： 应用数学处理法（图解外推法、最小二 乘法）
19
实验方法分类
粉末多晶体衍射
2θ
22
X射线衍射仪工作原理图
23
X-射线衍射-光路部分
光源
入射 光路
测角仪
探测器 衍射 光路 样品台
24
25
衍射仪
X射线源（产生稳定X射线光源） 测角及探测控制系统（测量衍射花样，使 光源、试样、探测器满足一定的几何和衍 射条件） 记录（X射线探测器）和数据处理系统（微 机和软件） 电源设备 自动控制、指示装置 防护装置
圆锥的数目等于
满足（？）的晶 面数。
X 射线
样品
2
可调节
9
粉末多晶法
衍射花样采用照相底片记录，称粉末照相 法。 衍射花样采用I～θ曲线记录，称衍射仪法。
10
衍射照片及衍射图
11
样品制作
研磨、过筛、制样。 颗粒平均粒径控制在为5~50µm。 在加工过程中，防止由于外加物理或化学 因素影响试样原有的性质。 防止样品取向性。
德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法
针孔法 衍射仪法
单晶体衍射方法
劳埃法 周转晶体法 四圆衍射仪
20
X射线衍射仪法
按多晶衍射原理，用测角仪和光子探测 器来计录衍射线位置及强度，I～θ曲线 记录衍射花样，进行晶体衍射实验的设 备称为X射线衍射仪。
wenku.baidu.com21
X射线衍射图
In the paste On the interface
光源的强度取决于管子的比功率，即管子的功率与管 焦斑大小的比值
光谱纯度
光谱不纯，轻则增加背底，重则增加伪衍射峰，增加 分析难度
29
光源的选择
焦点（焦斑）
阳极靶上被电子束轰击的区域 其形状和大小对X射线衍射图样的形状、清晰度、分辨率有影响
多采用线焦斑，其长边方向与测角仪平面垂直 线光源的特点
优点：水平发散度小，分辨率高，记录的衍射花样真实 缺点：垂直发散度较大，常用Soller狭缝来改善
针孔法 衍射仪法
单晶体衍射方法
劳埃法 周转晶体法 四圆衍射仪
2
劳埃法
3
劳埃法
连续X射线投射到固定的单晶体试样上产 生衍射的一种实验方法，X射线具有较高 的强度，可在较短的时间得到清晰的衍射 花样。 （λ变） 垂直于入射线束的照相底片记录花样。 衍射花样由衍射斑点组成，有规律分布。 此方法能够反映出晶体的取向和对称性。
一般衍射仪管子的焦斑大小
细焦斑：0.4x8mm2 正常焦斑：1X10mm2 宽焦斑：2X12mm2
30
辐射（阳极靶）的选择
一般选择波长为零点几个nm的特征X射线用 于结构分析，因为物质的点阵常数为零点 几个nm 最常选用的是CuK，其波长为0.1542nm
适用于许多衍射分析 散热性能好
31
X射线管最佳工作电压
4
入射 X射线
转晶法
底片
5
转晶法
单色X射线（K系）照射转动的单晶体试 样的衍射方法。（θ变） 以样品转动轴为轴的圆环形底片记录衍 射花样。 此法用于测定试样的晶胞常数，根据衍 射花样能准确测定晶体的衍射方向和强 度。
6
实验方法分类
粉末多晶体衍射
德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法
针孔法 衍射仪法
33
X射线的单色化
滤波片
选用对K有较大吸收的材料，阻止K进入
晶体单色器
利用晶体衍射获得单色X射线的器件 选定单个晶体（通常为石墨晶体）的某个反射本领强
的晶面，调整晶面与入射束的角度，使之只能反射特 定波长的光子，其余的光子则因不满足Bragg方程不能 被反射，从而获得单色X射线 单色器的效果好于滤波片
16
德拜法
已知相机半径R，（hkl）产生衍射线与底片相交两点的距离是S 和Sˊ。
测量出S即可计算出θ。
S R4
S S 360 S 57.3 4R 4R 2 4R
直径D1 = 57.3 mm 周长L1 = 180 mm
1mm→2°
D2 = 114.6 mm L2 = 360 mm 1 mm→1°
34
单色器
35
测角器－衍射仪的核心组成部分
测角器的作用：精 确测定样品各晶面 的衍射角度 基本结构：
测角圆：X射线管 焦点F和接受狭缝 G所在的圆周。F 固定，G的位置可 精确测量