第三章多晶体X射线衍射分析方法1.知识讲解

高分辨衍射仪 （D8-Discovre型，Bruker公司1999年产品）
测角仪简介
• 测角仪是X射线的核心组成部分 • 试样台位于测角仪中心，试样台的中心
轴ON与测角仪的中心轴(垂直图面)O垂 直。 • 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。
一、测角仪
• 1、测角仪的构造和工作原理 • 构造： • (1) 样品台（小转盘H）：样
• X射线衍射仪测量的优点：方便、快速、准确、自 动化程度高等。
衍射仪外观图
• X射线衍射仪的基本组成部分：
•
X射线发生器
•
测角仪（核心部分）
•
辐射探测器
•
辐射测量电路
粉末多晶法
-衍射仪法
X射线衍射仪是采用衍射光 子探测器和测角仪来记录衍 射线位置及强度的分析仪器 .
X射线衍射仪的主要组成部 分有X射线衍射发生装置、 测角仪、辐射探测器和测量 系统，除主要组成部分外， 还有计算机、打印机等。
指数。(即每对弧线代表一个(hkl)面网)
1、衍射花样照片的测量与计算
• 衍射线条几何位置的测 量：
• ① 对各弧线对标号； • ② 测量弧线对之间的
距离2L； • ③ 计算出与2L对应的
4θ角。
• 衍射线条强பைடு நூலகம்的测量：
• 德拜花样衍射线弧对的强度通常是相对强度。
• 当要求精度不高时，这个相对强度常常是估计值，按很强 （VS）、强（S）、中（M）、弱（W）和很弱（VW）分成5 个级别。
• 2、阳极靶和滤波片的选择
• 阳极靶的选择：Z靶 ≤ Z样+1，或Z靶 >> Z样。
• 滤波片的选择： • 当Z靶 ≤40时，Z滤 = Z靶 - 1； • 当Z靶 >40时，Z滤 = Z靶 – 2。
• 获得单色光的方法除了滤波片以外，还可以采用单色器。
• 3、X射线管的电压和电流
• 通常管电压为阳极靶材临界电压（VK）的3～5倍 ，此时特征谱与连续谱的强度比最大。
Debye照相法 现已很少用
德拜-谢乐法：
• 德拜法的主要特点：用细圆 柱状试样和环带状底片。
• 将一个长条形底片圈成一个 圆，以试样为圆心，以X射 线入射方向为直径放置圈成 的圆底片。
• 这样圆圈底片和所有反射圆锥相交形成一个个弧形线对， 从而可以记录下所有衍射花样，这种方法就是德拜-谢乐 照相法。
• (5) 测量动作： • θ-2θ联动
• 即样品和计数管的转动角 速度保持1：2的速比。
为何采用 -2联动？
为何采用-2联动？
• 设计1:2的角速度比，是保证当计数器处于2θ角 的位置时，试样表面与入射线的掠射角为θ，从 而使入射线与衍射线以试样表面法线为对称轴， 在两侧对称分布。
• 辐射探测器接收到的衍射 是那些与试样表面平行的 晶面产生的衍射。
二、德拜法的实验条件
• 1、试样
• 试样尺寸为 0.4~0.85~10mm的细圆柱状
样品。
• 试样要求： • 第一、试样粉末尺寸大小要适中；粉末颗粒通
常在10-3~10-5cm之间（过250~300目筛），每 个颗粒又可能包含了好几颗晶粒。 • 第二、试样粉末不能存在应力。脆性材料可以 用碾压或用研钵研磨的方法获取；对于塑性材 料(如金属、合金等)可以用锉刀锉出碎屑粉末 。
• 圆锥的轴为入射束，特定晶面的 衍射束均在反射圆锥面上。
图示绘出了衍射线的空间分布 (绘出了三个衍射圆锥)
第一节 德拜照相法
• 在粉末法中，如何记录下这些衍射花样（同时包 括衍射方向和强度）呢？
• 其中一类方法照相法。 • 照相法：以光源（X射线管）发出的特征X射线照
射多晶体样品，使之产生衍射，并用照相底片记 录衍射花样的方法。 • 比如采用平板底片或圆筒形底片等。
• X射线从滤光片进入前光 阑，照射细圆柱试样后再进 入后光阑(承光管)。
• 相机圆筒常常设计为内圆周长为 180mm和360mm，对应的圆直径为 φ57.3mm和φ114.6mm。
• 这样的设计目的是使底片在长度 方向上每毫米对应圆心角2°和 1°，为将底片上测量的弧形线对 距离2L折算成4θ角提供方便。
第三章多晶体X射线衍射分析方 法1.
Ewald球与实验方法
知识回顾： 什么是粉末法？粉末法的原理？
• 对于粉末试样，当一束X射线从任意方 向照射到粉末样品上时，总会有足够 多的晶面满足布拉格方程。
• 在与入射线呈2θ角的方向上产 生衍射，衍射线形成一个相应的 4θ顶角的反射圆锥。 各个圆锥 均由特定的晶面反射引起的。
• 精度要求较高时，则可以用黑度仪测量出每条衍射线弧对 的黑度值，再求出其相对强度。
• 精度要求更高时，需要依靠X射线衍射仪来获得衍射花样 ！
2、衍射花样的指数标定
• （在衍射仪法中介绍）
第二节 X射线衍射仪法
• X射线（多晶体）衍射仪是以单色X射线照射多晶体 样品，并用辐射探测器记录衍射花样的衍射实验装 置。
• 管电流可以尽量选大（可缩短摄照时间），但以 不超过X射线管的额定功率为限。
• 4、确定曝光时间
•
德拜法的摄照时间以h计。
三、德拜花样的指数标定（即指标化）
• 德拜相的指标化：就是确定照片上各线条（弧对） 的晶面指数。
• 指数标定步骤: • 第一步：测量每一衍射线对的几何位置（2θ角）
及其相对强度； • 第二步：根据测量结果标定每一对衍射线的晶面
• 记录下衍射花样的圆圈底片，展平后可以测量弧 形线对的距离2L，进一步可求出L对应的反射圆
锥的半顶角2θ，从而可以标定衍射花样。
一、德拜相机
• 德拜相机是圆筒形的。
• 结构：主要由相机圆筒、 光栏、承光管和位于圆 筒中心的试样架构成。 与圆筒内壁周长相等的 底片，圈成圆圈紧贴圆 筒内壁安装。
• （虽然有些晶面不平行于试样 表面，尽管也产生衍射，但衍 射线进不了探测器，不能被接 收。）
• 联动扫描过程中，探测器沿测角仪圆由低2θ角到高2θ角 转动，当转到适当的位置时便可接收到一根反射线，这样 逐一探测和记录下各条衍射线的位置（2θ角度）和强度 ，获得衍射谱。
品表面与O轴重合 • (2) X射线源S：X射线管的线
状焦点S与O轴平行； • (3) 测角仪圆G：以样品为圆
心，过X射线源S和探测器接 收点C(实际是F) 的圆。
• (4) 测角仪支架E：
• 狭缝I、光阑F和计数管C 固定于支架E上；
• 支架可以绕O轴转动（即 与样品台的轴心重合）；
• 支架的角位置2θ可以从刻 度盘K上读取。