南京工业大学材料分析与表征 第二讲 物相定性和定量分析分析-2015
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化合物结构表征课件第二章XRD定量相分析
布拉格方程
衍射波的角度与晶面间距 、X射线波长和晶面取向有 关，可以用布拉格方程表
示。
晶体结构与XRD
晶体结构的周期性导致X射 线衍射现象的出现，不同 的晶体结构具有独特的衍
射图谱。
XRD定量相分析的方法
相对强度法
通过测量各衍射峰的强度，利用已知 纯物质的标准谱图进行对比，计算各 相的相对含量。
绝对强度法
晶体结构的解析
晶体结构类型
根据衍射数据确定晶体所属的晶系和 空间群。
晶胞参数
通过晶格常数计算晶胞参数，如晶格 类型、晶格常数等。
定量相分析的计算方法
峰面积法
通过测量各物相衍射峰的 面积或高度，计算各物相 的相对含量。
线性组合法
通过测量各物相衍射峰的 角度位置，利用线性组合 计算各物相的相对含量。
案例三：矿物材料的XRD定量相分析
总结词
通过XRD技术对矿物材料的晶体结构和相组成进行定量分析，有助于了解矿物的形成过程和演化历史 。
详细描述
矿物材料是由地质作用形成的天然矿石和矿物集合体，其晶体结构和相组成反映了地球的形成和演化 历史。XRD技术可以对矿物材料的晶体结构和相组成进行定性和定量分析，从而了解矿物的形成过程 和演化历史，为地质学和地球科学的研究提供重要依据。
案例二：陶瓷材料的XRD定量相分析
总结词
利用XRD技术对陶瓷材料的晶体结构和相组成进行定量分析，有助于优化陶瓷 材料的制备工艺和提高其性能。
详细描述
陶瓷材料广泛应用于电子、能源、环保等领域，其性能与晶体结构和相组成密 切相关。XRD技术可以对陶瓷材料的晶体结构和相组成进行定性和定量分析， 从而优化制备工艺，提高陶瓷材料的性能和稳定性。
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第4讲_物相定性和定量分析_
★3.34x 4.264 1.822 1.542 2.461 2.281 1.381 2.131 a-SiO2 54-490
每个条目中，衍射线的相对等级分为10个等级，最强线为100用X表示， 其余者均以小于10倍的数字表示，写在面间距d值的右下角处。参比 强度I/Ic是被测相与刚玉(a- Al2O3)按1:1质量配比时，被测相最强相峰 高与刚玉最强线(六方晶系，113衍射线)峰高之比(衍射线的峰高比近 似地等于积分强度比) 整个手册将面间距d值，从大于1nm到0.1nm分成45组(1982年版本)， 每组的d值范围连同它的误差标写在每页的顶部。每个条目由第一个面 间距d1值决定它属于哪一组。每组内按d值递减顺序编排条目。对d2值 相同的条目，则按d1值递减顺序编排。不同d值的对应误差列于下表
两相物相实例分析
用衍射扫描测量衍射花样 由2θ角计算的d值和测量的相对强度I/I1值，列于下表
1）从表中选取三强线的d-I/I1，值为:3.35100，2.5594，2.O99l
2）假定所选的三强线属同一个相，利用三强线的d-I/I1值去查Hanawalt数值 索引。在索引的3.39-3.32(±0.02)d值组中，按第二个d值组中，按第二个 d 值递减顺序查找。结果没查到与所选三强线数据相符合的条目。说明 所选的三强线不属于同一个相，必须重新选取其他种类的相搭配的三强 线
①获得衍射花样：可以用德拜照相法，透射聚焦照相法和衍射 仪法。从提高精确度和灵敏度出发，最好使用透射聚焦照相 法和衍射仪法 ②计算面间距d值和测定相对强度I/I1值(I1为最强线的强度)： 定性分析以2θ<900的衍射线为主要依据。要求d值有足够的 精度，2θ角和d值分别给出0.0100 和0.001位有效数字 ③检索PDF卡片：对所计算的d值给出适当的误差 d之后，用 三强线的d-I/I1值在PDF卡片索引的相应d值组中查到被测相 的条目，核对八强线的d-I/I1值。当八强线基本符合时，根 据该条目指出的卡片编号取出PDF卡片，将其中的全部d-I/Il 值与被测的衍射花样核对，给出与被测相对应的PDF卡片。 检索PDF卡片可以用人工检索，也可以用计算机自动检索 ④最后判定：有时经初步检索和对卡后不能给出唯一准确的卡 片，可能给出数个乃至更多的候选卡片，这就需要实验者有 其它方面的相关资料和实践经验，判定对被测相唯一准确的 PDF卡片
材料研究方法物相定性分析
PDF卡片结构图
二 、PDF（The Powder Diffraction File）卡片
说明：
二 、PDF（The Powder Diffraction File）卡片
新版删除了旧版中的1栏、2栏和5栏的内容。
三 、卡片的检索
1）字母索引
按物质英文名称的第一个字母顺序排列，每一行包括以下几个主要部分：质量标志、物相 名称、化学式、三强线晶面间距值、相对强度、卡片序号等
例如： i Copper Molybdenum Oxide CuMoO4 3.72X 3.268 2.717 22-242 O Copper Molybdenum Oxide Cu3Mo2O9 3.28X 2.638 3.396 22-609
2）数字索引
在未知待测相的任何信息时，使用数字索引（Hanawalt）检索卡片。每行代表一张卡片， 共有七部分：1-卡片质量标志；2-八强峰的晶面间距，下标表示相对强度，x表示最强峰定为 10，其余四舍五入为整数。3-PSC(Pearson Sympol)表示物相所系布拉菲点阵；4-化学式；5矿物名或普通名；6-PDF卡片号；7-I/Ic参比强度。
X射线的衍射分析是以晶体结构为基础的。X射线衍射花样反映了晶体中的晶 胞大小、点阵类型、原子种类、原子数目和原子排列等规律。每种物相均有 自己特定的结构参数，因而表现出不同的衍射特征，即衍射线的数目、峰位 和强度。即使该物相存在于混合物中，也不会改变其衍射花样。尽管物相种 类繁多，却没有两种衍射花样特征完全相同的物相，这类似于人的指纹，没 有两个人的指纹完全相同。因此，衍射花样可作为鉴别物相的标志。
将三强峰所对应的d接近的几行需注意的是在同一大组中各行是按d符合后再对照第三第四直至第八强线若八强峰均符合则可取出该卡片相近的可能有多张对照剩余的d若d值在允许的误差范围内均符合即可定相
二 、PDF（The Powder Diffraction File）卡片
说明：
二 、PDF（The Powder Diffraction File）卡片
新版删除了旧版中的1栏、2栏和5栏的内容。
三 、卡片的检索
1）字母索引
按物质英文名称的第一个字母顺序排列，每一行包括以下几个主要部分：质量标志、物相 名称、化学式、三强线晶面间距值、相对强度、卡片序号等
例如： i Copper Molybdenum Oxide CuMoO4 3.72X 3.268 2.717 22-242 O Copper Molybdenum Oxide Cu3Mo2O9 3.28X 2.638 3.396 22-609
2）数字索引
在未知待测相的任何信息时，使用数字索引（Hanawalt）检索卡片。每行代表一张卡片， 共有七部分：1-卡片质量标志；2-八强峰的晶面间距，下标表示相对强度，x表示最强峰定为 10，其余四舍五入为整数。3-PSC(Pearson Sympol)表示物相所系布拉菲点阵；4-化学式；5矿物名或普通名；6-PDF卡片号；7-I/Ic参比强度。
X射线的衍射分析是以晶体结构为基础的。X射线衍射花样反映了晶体中的晶 胞大小、点阵类型、原子种类、原子数目和原子排列等规律。每种物相均有 自己特定的结构参数，因而表现出不同的衍射特征，即衍射线的数目、峰位 和强度。即使该物相存在于混合物中，也不会改变其衍射花样。尽管物相种 类繁多，却没有两种衍射花样特征完全相同的物相，这类似于人的指纹，没 有两个人的指纹完全相同。因此，衍射花样可作为鉴别物相的标志。
将三强峰所对应的d接近的几行需注意的是在同一大组中各行是按d符合后再对照第三第四直至第八强线若八强峰均符合则可取出该卡片相近的可能有多张对照剩余的d若d值在允许的误差范围内均符合即可定相
材料科学研究：物相定性分析
例如： i Copper Molybdenum Oxide CuMoO4 3.72X 3.268 2.717 22-242 O Copper Molybdenum Oxide Cu3Mo2O9 3.28X 2.638 3.396 22-609
2）数字索引
在未知待测相的任何信息时，使用数字索引（Hanawalt）检索卡片。每行代表一张卡片， 共有七部分：1-卡片质量标志；2-八强峰的晶面间距，下标表示相对强度，x表示最强峰定为 10，其余四舍五入为整数。3-PSC(Pearson Sympol)表示物相所系布拉菲点阵；4-化学式；5矿物名或普通名；6-PDF卡片号；7-I/Ic参比强度。
四、定性分析步骤
四、定性分析步骤
应用举例 例1）已知部分结果的物相鉴定
CPS
b
Al-TiO
2
V=100%
a: a-Al O 23
b:Al Ti 3
b ba
a ba
a
ba
ba b
b aa
a
20 30 40 50 60 70 80 90
四、定性分析步骤
例2）未知任何信息结果的物相鉴定
CPS
b a:a-Al O
材料研究方法
物相定性分析
课程内容
一
基本原理
二
PDF卡片
三
卡片的检索
四
定性分析步骤
一、基本原理
X射线的衍射分析是以晶体结构为基础的。X射线衍射花样反映了晶体中的晶 胞大小、点阵类型、原子种类、原子数目和原子排列等规律。每种物相均有 自己特定的结构参数，因而表现出不同的衍射特征，即衍射线的数目、峰位 和强度。即使该物相存在于混合物中，也不会改变其衍射花样。尽管物相种 类繁多，却没有两种衍射花样特征完全相同的物相，这类似于人的指纹，没 有两个人的指纹完全相同。因此，衍射花样可作为鉴别物相的标志。
2）数字索引
在未知待测相的任何信息时，使用数字索引（Hanawalt）检索卡片。每行代表一张卡片， 共有七部分：1-卡片质量标志；2-八强峰的晶面间距，下标表示相对强度，x表示最强峰定为 10，其余四舍五入为整数。3-PSC(Pearson Sympol)表示物相所系布拉菲点阵；4-化学式；5矿物名或普通名；6-PDF卡片号；7-I/Ic参比强度。
四、定性分析步骤
四、定性分析步骤
应用举例 例1）已知部分结果的物相鉴定
CPS
b
Al-TiO
2
V=100%
a: a-Al O 23
b:Al Ti 3
b ba
a ba
a
ba
ba b
b aa
a
20 30 40 50 60 70 80 90
四、定性分析步骤
例2）未知任何信息结果的物相鉴定
CPS
b a:a-Al O
材料研究方法
物相定性分析
课程内容
一
基本原理
二
PDF卡片
三
卡片的检索
四
定性分析步骤
一、基本原理
X射线的衍射分析是以晶体结构为基础的。X射线衍射花样反映了晶体中的晶 胞大小、点阵类型、原子种类、原子数目和原子排列等规律。每种物相均有 自己特定的结构参数，因而表现出不同的衍射特征，即衍射线的数目、峰位 和强度。即使该物相存在于混合物中，也不会改变其衍射花样。尽管物相种 类繁多，却没有两种衍射花样特征完全相同的物相，这类似于人的指纹，没 有两个人的指纹完全相同。因此，衍射花样可作为鉴别物相的标志。
材料测试与分析技术-4.1 物相的定性分析
晶体学数据: 晶系、空间群、点阵参数、轴比、晶胞化学式 单位数、参考文献
物理性质: 折射率、正负号、光轴夹角、密度、熔点、颜色
可靠性标志: “★” 表示数据可靠性高； “i”表示经指标化及强度估计．但不如有“★”号者可靠; “O”号表示可靠程度低；
无符号者为一般； “C”表示衍射花样数据来自计算。
光盘卡片
物理性质 ⑥ 不要过于迷信卡片上的数据，特别是早年
的资料，注意资料的可靠性。
注意：
当多相混合物中某相的含量很少时，或某相各晶面 反射能力很弱时，它的衍射线条可能难于显现。因此， X射线衍射分析只能肯定某相的存在，而不能确定某相 的不存在。如在钨和碳化钨的混合物中，仅含 0.1~0.2wt%钨时，就能观察到它的衍射线条；而碳化 钨的含量在不少于0.3~0.5wt%时，其衍射线条才可见。
定性分析 = 信息(花样)的采集处理 + 查找核对标准花样
标准卡片：
衍射花样不便于保存和交流，尤其因摄照条件不 同其花样形态也大不一样，因此，要有一个国际 通用的花样标准。通用的方法是将各种衍射花样 的特征数字化，制成一张卡片或存入计算机，用 待测物质的数据与标准卡片比较。
这 种方法是 J.D. Hanawalt于 1936年创 立的 。 1941年由美国材料试验协会(American Society) 接管数据采集，所以卡片叫ASM卡片或叫粉末 衍射卡组(powder diffraction file,简称PDF), 到 1985 年 出 版 46000 张 ， 平 均 每 年 2000 张 问 世 。 目前“粉末衍射标准联合会“(Joint Committee on powder diffraction standards ， 简 称 JCPDS)和“国际衍射资料中心”(ICDD)联合出 版 。 较 近 期 的 书 刊 也 将 卡 片 称 为 JCPDS 衍 射 数 据卡。
物理性质: 折射率、正负号、光轴夹角、密度、熔点、颜色
可靠性标志: “★” 表示数据可靠性高； “i”表示经指标化及强度估计．但不如有“★”号者可靠; “O”号表示可靠程度低；
无符号者为一般； “C”表示衍射花样数据来自计算。
光盘卡片
物理性质 ⑥ 不要过于迷信卡片上的数据，特别是早年
的资料，注意资料的可靠性。
注意：
当多相混合物中某相的含量很少时，或某相各晶面 反射能力很弱时，它的衍射线条可能难于显现。因此， X射线衍射分析只能肯定某相的存在，而不能确定某相 的不存在。如在钨和碳化钨的混合物中，仅含 0.1~0.2wt%钨时，就能观察到它的衍射线条；而碳化 钨的含量在不少于0.3~0.5wt%时，其衍射线条才可见。
定性分析 = 信息(花样)的采集处理 + 查找核对标准花样
标准卡片：
衍射花样不便于保存和交流，尤其因摄照条件不 同其花样形态也大不一样，因此，要有一个国际 通用的花样标准。通用的方法是将各种衍射花样 的特征数字化，制成一张卡片或存入计算机，用 待测物质的数据与标准卡片比较。
这 种方法是 J.D. Hanawalt于 1936年创 立的 。 1941年由美国材料试验协会(American Society) 接管数据采集，所以卡片叫ASM卡片或叫粉末 衍射卡组(powder diffraction file,简称PDF), 到 1985 年 出 版 46000 张 ， 平 均 每 年 2000 张 问 世 。 目前“粉末衍射标准联合会“(Joint Committee on powder diffraction standards ， 简 称 JCPDS)和“国际衍射资料中心”(ICDD)联合出 版 。 较 近 期 的 书 刊 也 将 卡 片 称 为 JCPDS 衍 射 数 据卡。
材料测试与分析技术-4.2 物相定量分析
1.) 外标法（单线条法）
用外标法获得待测相含量，是把多相混合物中待测 相的某根衍射线强度与该相纯物质的相同指数衍射线 强度相比较而进行的。适用于吸收系数相同的同素异 构体的定量分析，如-Al2O3和-Al2O3的定量分析。
待测相强度
纯j相强度
分别测出待测物相及其纯相的强度，就可以计算得该相含量
例1.在由ZnO、KCl、LiF组成的三相混合物中，加入一 定量刚玉粉作为标准物，所得实验数据和计算结果如下：
4.）直接比较法—钢中残余奥氏体含量测定
直接对比较法测定多相混 合物中的某相含量时，是 以试样中另一个相的某根 衍射线条作为标准线条作 比较的，而不必掺入外来 标准物质。因此，它可用 于粉末，又可用于块状多 晶试样，在工程上具有广 泛的应用价值。适用于由 两个化学成分相近的物相 组成的试样。如钢中残余 奥氏体含量测定。
物相定量分析应注意的问题（P58）
（1）标样的选择： ①具有良好稳定性 ②在常用辐射不产生荧光 ③衍射峰较少，不与其他物相衍射峰重叠 ④衍射强度较强
（2）样品的制备： 样品粒度应在1m左右；混样尽量均匀
（3）实验条件的选择
外标法也可用于吸收系数不相同的两相混合物的定量分析。 纯j相强度 待测相强度 若待测物由j和k两相组成,则
分别测出待测物相及其 纯相的强度，若知道两 相的质量吸收系数和密 度，就可计算得其含量。
外标法只适用于上述两 种情况，而且测量在两 个样品分别进行，要求 实验条件完全一致。否 则会产生误差。
2.) 内标法
内标法的试样是在待测试样中掺入一定含量的标准物质 的混合物，把试样中待测相的某根衍射线条强度与掺入 试样中含量已知的标准物质的某根衍射线条强度相比较， 以获得待测相含量。显然，内标法仅限于粉末试样。
化合物结构表征课件第二章XRD定量相分析
形成氢键的羟基 —— 移向低波数，宽而强的吸收
醇、酚：
3600 cm-1附近，中等强度的尖峰
羧酸：
27002500 cm-1附近，峰形宽而钝
H2O 3300 cm-1附近
25
(2) CH
3000 cm-1前后
不饱和CH > 3000 cm-1 饱和CH < 3000 cm-1
CH3 CH2
2962 cm-1，反对称伸缩振动 2872 cm-1 ，对称伸缩振动 2926 cm-1，反对称伸缩振动 2853 cm-1 ，对称伸缩振动
分析等。
参考书:
1、于世林： 波谱分析法，重庆大学出版社
2、吴 刚： 材料结构表征及应用，化学工业出版社
3、陈镜泓： 热分析及其应用，科学出版社
1
第一部分 波谱分析表征技术 第一章 红外光谱
2
1.1 概述
• 红外光谱具有测定方法简便、迅速、所需 试样量少，得到的信息量大的优点，而且仪器 价格比核磁共振谱和质谱便宜，因此红外光谱 在结构分析中得到广泛的应用。
5
1.1.2 红外光谱基本知识
1.各种光谱区域 红外光是一• 近红外区（波长范围0.7-2.5μm）(15000-4000cm-1 )
低能量的电子跃迁及X-H的伸缩与弯曲振动的倍频与组合 频都在此区，与基频相比强度较弱.相差约两个数量级之多， 测定时需要加大样品的浓度。可用于定性定量分析。
根据存在的化学键和官能团以及其他结构 信息，通过与标准谱图的对比推断分子结构， 进行定性分析。
4
3.定量分析 红外光谱适用于一些异构体和特殊体系的
定量分析，它们的红外光谱尤其是指纹区的光 谱各有特征，因此可利用各自特征吸收峰的强 度定量。 4.鉴定无机化合物
现代分析方法2015(4)-物相分析
Li4Ti5O12/TiO2
Li4Ti5O12/TiO2
举例
有一白色固体混合物粉末, 化学法测定存在: K+, Na+, Cl-, NO3-。到底是KCl, NaNO3还是 KNO3,NaCl, 化学方法不能直接给出。XRD则可以 简单地解决这一问题。 再比如: Al2O3有各种变体,性质差异很大,-Al2O3( 刚玉)比表面积为1 m2/g, 而-Al2O3（活性Al2O3）比 表面积100200 m2/g。化学分析法无法确定物相， XRD则可以简单地解决这一问题。
1 物相定性分析 基本步骤
制备待分析物质样品； 用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样； 利用索引检索PDF卡片； 核对PDF卡片与物相判定。
粉末衍射卡片
目前常用衍射仪法得到衍射图谱，用“国际粉末衍 射标准联合会(Joint Committee on Powder Diffraction Standards) ”负责编辑出版的“粉末衍 射卡片(PDF卡片) ”进行物相分析。 标准物质的粉末衍射卡片是由J. D. Hanawalt 于 1936 年创立的。1964 年由美国材料试验协会 (Amerian Society for Testing Materials) 接管，所 以过去称为ASTM 卡片或PDF 卡片(Powder Diffraction File) 。
当待测相含量用质量分数表示时：
XRD定量分析方法
XRD定量方法有直接法、内标法、外标法、K 值法、增量法和无标定量法等，其中常用的是 内标法。 衍射强度的测量用积分强度或峰高法。XRD定 量方法的优势在于它能够给出相同元素不同成 分的含量，这是一般化学分析不能达到的。
外标法
标准物质不加到待测试样中，通常以某纯待测 为标样，制成一系列外标试样，测绘工作曲线 ，进行定量分析。 优点：待测样品不混入标准物质 缺点：强度不是同时测量的，会影响测量准确 度
南京工业大学材料分析与表征 第二讲 物相定性和定量分析分析-2015
过程
• 把晶体全部进行衍射或照相，再将其存档（标准数 据库）；a large collection of XRD patterns from a number of materials • 实验时只要把试样的衍射花样与标准的衍射花样对 比，选择相同者即可；Compare and match
• 定性分析实验就是信息（花样）的采集处理和查找 和查找核对标准花样两件事情。
第二讲 物相定性和定量分析
内容回顾
• 材料科学与材料表征 • 材料表征原理 • XRD知识回顾
– – – – X Ray 晶体 衍射条件和衍射强度 衍射谱信息及应用
位置
强度 峰宽 峰形 背底
结 构 测 定
指标化 结构类型
立方晶系
Class 4
晶参测定
六方晶系
晶参精确测定 晶粒尺寸测定
Class 3Байду номын сангаас
衍射仪的工作方式 步进扫描, 步长(步宽)表示每步扫描的角度,停留时 间改变调节扫描速度的快慢。 无滞后和平滑效应。峰位准确分辨力好。
X-射线物相定性分析
• • • • • 原理 卡片 索引 定性分析的步骤 定性分析的注意事项
X射线物相定性分析
概 念 相：材料中的一种结晶物质（广义上包括一种均匀的非晶态物质） 物相分析：研究材料中包括哪几种结晶物质，或是某种物质以何种结晶
提纲
• 衍射数据的获取
– 衍射仪:靶材、光路、探测器
– 衍射仪的构造和衍射几何 – X射线衍射仪测角仪简图（光路系统示意图） – 衍射仪的工作方式
• XRD物相定性分析
– – – – 原理 PDF卡片 PDF卡片索引方法 步骤和注意事项
Recording the XRD pattern with…
材料科学研究方法第四章物相分析方法
1
各种已知物相衍射花样的规范化工作于1938年由哈那瓦特(J. D. Hanawalt)开创。
2
他的主要工作是将物相的衍射花样特征(位置与强度)用d(晶面间距)和I(衍射线相对强度)数据组表达并制成相应的物相衍射数据卡片。
3
卡片最初由“美国材料试验学会(ASTM)”出版，大约1300多张，称ASTM卡片。
和
(5)
两者相除则消去未知常数K1，因此，外标法定量分析的基本关系式为：
(6)
利用此式，测出后 ，由已知的各相质量吸收系数，就可算出各相的相对含量
若各相的质量吸收系数未知，则配制几种 相含量不同的样品，在相同的实验条件下测出这些样品中的同一根衍射线条的强度 及纯相样品的这一根衍射线强度 ，
05
因A相在原始试样和复合试样中的质量分数xA与xA′之间有下列关系：
01
03
所以，内标法物相定量分析的基本关系式为：
02
又称基体冲洗法，该法利用预先测定好的参比强度K值，在定量分析时不需做定标曲线，利用被测相质量含量和衍射强度的线性方程，通过数学计算就可得出结果。
设待测试样由多相组成，待测相为i，由内标法得
相的体积
为：
式中，V为混合物的体积，
为
相的质量。故
相的体积分数：
将(2)、(3)式代入(1)式，得：
又因
(2)
由于
，所以
(待测试样由同素异构体组成)时两者才是直线关系。
(4)
由式(4)可知，待测相的衍射强度随着该相在混合物中的相对含量的增加而增强。但待测相的衍射强度与相对含量之间并非直线关系，仅当
以物质名称为索引(即字母索引), 以d值数列为索引(即数值索引)。
检索手册按检索方法可分为两类：
物相定性分析的原理
物相定性分析的原理
物相定性分析是基于物质在不同温度、压力、组分等条件下的相变规律进行研究和分析的方法。
通过对物质的物相进行观察和研究，可以确定物质的相态及转变温度、压力等重要物理性质。
物相定性分析可以采用多种方法进行，常见方法如下：
1. 热分析法：通过对样品在不同温度下进行加热或冷却，观察其物态变化，如固体的熔化、汽化、升华等，可判断物质的相态。
常用的热分析方法包括差示扫描量热法(DSC)、热重分析
法(TGA)等。
2. 表面形貌观察法：通过显微镜等设备观察物质表面的形貌特征，如晶体形状、晶胞结构等，可初步确定物质的相态。
3. 光学显微镜法：利用光学显微镜观察样品在不同温度、压力下的形态变化，如固体的熔化、液滴的形成等，可辅助确定物质的相态。
4. 表面张力法：利用表面张力测定仪等装置，通过测定样品在不同温度下的表面张力值，如液体的滴状、薄膜的形态等，可以初步判断物质的相态。
5. 电学性质分析法：通过对样品在不同温度、压力下的电学性质进行测量，如电导率、介电常数等，可间接判断物质的相态。
总之，物相定性分析是通过观察和测量样品在不同条件下的物态变化，综合分析各种指标，从而初步确定物质的相态。
这些分析方法可以相互配合使用，以提高分析准确性和可靠性。
物相定量分析
物相检索完成后，选择菜单Report-Peak ID命令，查看衍射峰对应的物相，并删除各物相非最强峰的数据，保存数据为文件 物相定量分析——绝热法
右边是两个物相X和A的RIR值，可以通过实测、计算或查找PDF卡片获得
物相定量分析——绝热法
K X 其中某相X的质量分数可表示为：
熟悉X射线衍射法测量物相含量的实验方法
WA
IA
IA
IB
K
B A
WB
IB
IB IAKA B
1WA
3 实验步骤与方法
• 样品制备与数据测量 按实验45的方法测量样品，并保存结果为 文件 打开Jade,读入数据，并完成物相检索 物相检索结果为两相，其中主相为Al，析出 相为MgZn2
3 实验步骤与方法
• 查找物相的RIR值
查看检索结果中两相的PDF卡片，记录卡片中物 相的RIR值，其中RIRAl=4.3,RIRMgZn2
实验46 物相定量分析
1 实验目的
• 掌握多相样品X射线衍射强度与物 相含量的关系
• 熟悉X射线衍射法测量物相含量的 实验方法
2 实验原理
• 物相定量分析——绝热法
在一个含有N个物相的多相体系中，每 一个相的RIR值（参比强度）均为已知 的情况下，测量出每一个相的衍射强 度，可计算出其中所有相的质量分数：
在一个含有N个物相的多相体系中，每一个相的RIR值（参比强度）均为已知的情况下，测量出每一个相的衍射强度，可计算出其中所 有相的质量分数：
实验46 物相定量分析Fra bibliotek根据实验内容写出实验报告
物相定量分析——绝热法
右边是两个物相X和A的RIR值，可以通过实测、计算或查找PDF卡片获得
物相检索完成后，选择菜单Report-Peak ID命令，查看衍射峰对应的物相，并删除各物相非最强峰的数据，保存数据为文件
右边是两个物相X和A的RIR值，可以通过实测、计算或查找PDF卡片获得
物相定量分析——绝热法
K X 其中某相X的质量分数可表示为：
熟悉X射线衍射法测量物相含量的实验方法
WA
IA
IA
IB
K
B A
WB
IB
IB IAKA B
1WA
3 实验步骤与方法
• 样品制备与数据测量 按实验45的方法测量样品，并保存结果为 文件 打开Jade,读入数据，并完成物相检索 物相检索结果为两相，其中主相为Al，析出 相为MgZn2
3 实验步骤与方法
• 查找物相的RIR值
查看检索结果中两相的PDF卡片，记录卡片中物 相的RIR值，其中RIRAl=4.3,RIRMgZn2
实验46 物相定量分析
1 实验目的
• 掌握多相样品X射线衍射强度与物 相含量的关系
• 熟悉X射线衍射法测量物相含量的 实验方法
2 实验原理
• 物相定量分析——绝热法
在一个含有N个物相的多相体系中，每 一个相的RIR值（参比强度）均为已知 的情况下，测量出每一个相的衍射强 度，可计算出其中所有相的质量分数：
在一个含有N个物相的多相体系中，每一个相的RIR值（参比强度）均为已知的情况下，测量出每一个相的衍射强度，可计算出其中所 有相的质量分数：
实验46 物相定量分析Fra bibliotek根据实验内容写出实验报告
物相定量分析——绝热法
右边是两个物相X和A的RIR值，可以通过实测、计算或查找PDF卡片获得
物相检索完成后，选择菜单Report-Peak ID命令，查看衍射峰对应的物相，并删除各物相非最强峰的数据，保存数据为文件
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XRD常用 软件比较
• 4.jade 和highscore相比自动检索功能少差，但 它有比之更多的功能。 （1）它可以进行衍射峰的指标化。 （2）进行晶格参数的计算。 （3）根据标样对晶格参数进行校正。 （4）轻松计算峰的面积、质心。 （5）出图更加方便，你可以在图上进行 更加随意的编辑。
状态存在的问题。
原 理
X射线衍射线的位置
决定
晶胞的形状和大小பைடு நூலகம்
决定
晶面间距d
决定 X射线衍射线的强度
晶胞内原子的种类、数目及排列方式
Basic concept of XRD
• The relationship between the crystal structure and x-ray diffraction phenomena
Sample stage: hot, cold, in situ
样品制备 （Sample preparation）
定性 1~5µ 定量 0.1~2µ
The total number of spherical particles in a cylindrical specimen 10mm In diameter and 0.1mm deep as a function of particle size assuming close Packing of the spheres. D-Diameter, h-specimen depth and d- particle diameter
Crystal structure Unit cell Atomic positions x-ray diffraction pattern
Line positions Line intensities
•The unit cell size and shape determine positions of diffraction peaks, and vice versa •The atom positions determine the peak intensities, and vice versa
过程
• 把晶体全部进行衍射或照相，再将其存档（标准数 据库）；a large collection of XRD patterns from a number of materials • 实验时只要把试样的衍射花样与标准的衍射花样对 比，选择相同者即可；Compare and match
• 定性分析实验就是信息（花样）的采集处理和查找 和查找核对标准花样两件事情。
Grinding and mechanical mill
Infinite number of possible orientation of the particles Powder mounting to avoid orientation
Flat sample holders
衍射仪的工作方式 连续扫描：探测器以一定角速度在选定的角 度范围内连续扫描。 优点：快速、方便。 缺点：峰位偏移、分辨率降低、线型畸变。
• 计算机索引
PDF寻取、注册
原始数据的初步处理
1. 图谱的平滑 2. 背底的扣除 3. 衍射峰的辨认 4. 各晶面族的衍射角2θ的实验值测定 5. 衍射强度I的测量
Index with computer
Very popular and being widely used today!!
• 1. pcpdgwin
提纲
• 衍射数据的获取
– 衍射仪:靶材、光路、探测器
– 衍射仪的构造和衍射几何 – X射线衍射仪测角仪简图（光路系统示意图） – 衍射仪的工作方式
• XRD物相定性分析
– – – – 原理 PDF卡片 PDF卡片索引方法 步骤和注意事项
Recording the XRD pattern with…
• •
•
•
粉末衍射标准联合委员会：JCPDS（the joint committee on power diffraction standards) 粉末衍射卡组：PDF (the power diffraction file)
PDF 索引（Indexes for PDF）
• 人工索引
– – – – 哈那瓦特索引（Hanawalt Index） 芬克索引（Fink Index） 字顺索引（Alphabetical Index） 矿物名称索引（Mineral Name Index）
衍射仪的工作方式 步进扫描, 步长(步宽)表示每步扫描的角度,停留时 间改变调节扫描速度的快慢。 无滞后和平滑效应。峰位准确分辨力好。
X-射线物相定性分析
• • • • • 原理 卡片 索引 定性分析的步骤 定性分析的注意事项
X射线物相定性分析
概 念 相：材料中的一种结晶物质（广义上包括一种均匀的非晶态物质） 物相分析：研究材料中包括哪几种结晶物质，或是某种物质以何种结晶
标准数据库－JCPDS卡片（PDF）
• 起源：衍射花样不便于保存和交流，尤其拍摄条件不 同，其花样形态也大不一样，因此要有一国际上通用 的花样标准，反映晶体衍射本质不因试验条件而变化 的特征 ，而d- I数据组满足此要求，代替衍射花样。 将衍射花样特征数字化，制成卡片。 1938年，哈那瓦特最先发起以d- I数据组代替衍射花 样制备衍射数据卡片； 1941年，美国ASTM 接管该工作，出版了1300张卡片， 称ASTM卡片或PDF卡片，至1963年出版了13集，以 后每年一集； 1969年，国际粉末衍射标准联合会（Joint Committee on Powder Diffraction Standards)成立，和“国际衍射 资料中心”（ICDD-International centre for Diffraction Data）联合出版； 目前无机70000多张，有机20000多张。
理论依据
• 晶体有特定的晶体结构（参数），包括结构类型、晶 胞形状和大小；晶胞中原子、离子或分子的种类、数 目和位置； • 晶体对一定波长的x射线的衍射产生带有晶体特征的 特定衍射花样，即衍射位置和衍射强度（d- I数据 组），也就是说晶体物质和其衍射花样一一对应， “指纹特征”；Fingerprint = unambiguous identification • 两种或两种以上的晶体的混合物，每种物质特有的衍 射花样不变，相互独立，互不干扰。多相试样的衍射 花样只是所含物质衍射花样的简单叠加。
Class 1 化工
物 相 分 析
定性分析
Class 4
定量分析
Class 2
3
X-ray Diffraction
• XRD is based on the interference effect from the scattered radiation by the different locations of atoms in matter. • XRD method is one of the most powerful nondestructive tools for investigation of structural properties of various materials
2. search match
3. high score 4. jade
Sometimes, data transformation is necessary!!
数据记录处理
XRD常用 软件比较
• 1.pcpdgwin 最原始。它是在衍射图谱标定以后，按照d值检索。一般可 以有限定元素、按照三强线、结合法等方法。所检索出的卡 片多时候不对。一张复杂的衍射谱有时候一天也搞不定。 2.search match 可以实现和原始实验数据的直接对接，可以自动或手动标定 衍射峰的位置，对于一般的图都能很好的应付。而且有几个 小工具使用很方便。如放大功能、十字定位线、坐标指示按 钮、网格线条等。最重要的是它有自动检索功能。可以帮你 很方便的检索出你要找的物相。也可以进行各种限定以缩小 检索范围。如果你对于你的材料较为熟悉的话，对于一张含 有4，5相的图谱，检索也就3分钟。效率很高。而且它还有 自动生成实验报告的功能！
1919 A W Hull, A new method of chemical analysis, J. Am. Chem. Soc. 41(1919),1168
• …every
crystalline substance gives a pattern; that the same substance always gives the same pattern; and that in a mixture of substances each produces its pattern independently of the others, so that the photograph obtained with a mixture is the superimposed sum of the photograph that would be obtained by exposing each of the components separately for the same length of time. This law applies quantitatively to the intensities of the lines, as well as to their positions, so that the method is capable of development as quantitative analysis.
• Suitable radiation • Under Suitable voltage and current condition • Must ensure that…