X射线多晶衍射法

X射线衍射仪的结构 1：X射线测角仪
测角仪是X射线衍射仪的核心部分 。
C-计数管 D-样品 E-支架 F-接收(狭缝)光栏 G-大转 盘(测角仪圆) H-样品台 M-入射光栏 O-测角仪中心 S-管靶焦斑
X 光管 固定
测
角
仪
X射线衍射仪聚焦原理
狭缝系统：由一组狭缝光阑和梭拉光阑 组成（图3-32）。
衍射仪的思想最早是由布拉格提出来的。 可以设想，在德拜相机的光学布置下， 若有个仪器能接受衍射线并记录。那么， 让它绕试样旋转一周，同时记录下旋转 角和X射线的强度，就可以得到等同于 德拜图的效果。 X射线衍射仪由X射线发生器、测角仪、 X射线探测器、记录单元或自动控制单 元等部分组成。下面以学院购置于 2006年的荷兰菲利浦公司的X’Pert Pro型X射线粉末衍射仪为例，介绍衍 射仪结构与工作原理。
根据记录方法的不同，粉末法分为 二大类，即照相法和衍射仪法。
3.1粉末衍射图的获得
1：照相法 2：衍射仪法
2：衍射仪法
50年代以前的X射线衍射分析，绝大多数 是用底片来记录衍射线的。后来，用各种 辐射探测器（即计数器）来进行记录已日 趋普遍。目前，专用的仪器———X射线 衍射仪已广泛应用于科研部门及实验室， 并在各主要领域中取代了照相法。衍射仪 测量具有方便、快速、准确等优点，它是 进行晶体结构分析的最主要设备。近年由 于衍射仪与电子计算机的结合，使从操作、 测量到数据处理已大体上实现了自动化， 这就使衍射仪的威力得到更进一步的发挥。
灵敏度高，且大大提高探测器的扫描速度， 特别适用于X射线衍射原位分析。
X射线检测记录装置
这一装置的作用是把从计数管输送来的 脉冲信号进行适当的处理，并将结果加 以显示或记录。它由一系列集成电路或 晶体管电路组成。其典型的装置如图所 示。
目前的衍射仪都用计算机将这些信号进行自动处理。 如福州大学材料学院的日本岛津XD-5A型X射线粉末 衍射仪经过改造，可由计算机控制和设定参数，以及 图谱记录、处理。下图是计算机记录的图谱，横坐标 为衍射峰位置2θ角，纵坐标为衍射峰强度的光子数量，
以cps表示。
试样制备
在粉晶衍射仪法中，样品制作上的差异，对于衍射结果所产 生的影响，要比在照相法中大得多。因此，制备合乎要求的样 品，是粉晶衍射仪技术中重要的一环。
（线型）和二维（面型）阵列探测器来满足此
类快速、同时多点测量的实验要求。所谓阵 列探测器就是将许多小尺寸（如50μm）的固 体探测器规律排列在一条直线上或一个平面
上，构成线型或平面型阵列式探测器。阵列
探测器一般用硅二极管制作。这种一维的
（线型ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ或二维的（面型）阵列探测器，既 能同时分别记录到达不同位置上的X射线的能 量和数量，又能按位置输出到达的X射线强度 的探测器。阵列探测器不但能量分辨率好，
粉末法的基本原理在第二章中已有简单的论述。粉 末法故名思义，它样品是“粉末”，即样品是由细小 的多晶质物质组成。理想的情况下，在样品中有无数 个小晶粒（一般晶粒大小为1μm，而X射线照射的体 积约为1mm3，在这个体积内就有109个晶粒），且 各个晶粒的方向是随机的，无规则的。或者说，各种 取向的晶粒都有。
狭缝光阑：发散狭缝a，防散射狭缝b 和接收狭缝f 。主要用于控制X射线的 在水平方向的发散。
梭拉光阑：S1、S2。由一组水平排列 的金属薄片组成，用于控制X射线在垂 直方向的发散。
滤波片：滤掉Kβ射线，让Kα射线通过。
X射线探测器
衍射仪的X射线探测器为计数管。它是根 据X射线光子的计数来探测衍射线是存在与 否以及它们的强度。它与检测记录装置一 起代替了照相法中底片的作用。其主要作 用是将X射线信号变成电信号。探测器的有 不同的种类。有使用气体的正比计数器和 盖革计数器和固体的闪烁计数器和硅探测 器。目前最常用的是闪烁计数器，在要求 定量关系较为准确的场合下一般使用正比 计数器。盖革计数器现在已经很少用了。
这种取向的晶体在三维空间上都有。所
以，产生的不仅仅是一条衍射线，而是 一个衍射锥。衍射锥的顶角为4θ。据 此，每一组具有一定晶面间距的晶面根 据它们的d值分别产生各自的衍射锥， 其4θ角当然是不同的。一种晶体就形 成自己特有的一套衍射锥。我们可以通 过各种方法记录下衍射锥的位置，即θ 角和它们的强度。
X射线衍射方法
多晶体衍射方法
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（Laue）法 周转晶体法 四圆衍射仪
3.1多晶体衍射方法
1、（粉末）照相法
（粉末）照相法以光源（X射线管）发出的单 色光（特征X射线，一般为K射线）照射（粉末） 多晶体（圆柱形）样品，用底片记录产生的衍射 线。
我们知道，当X射线照射到晶体上时，要产生 衍射的必要条件是掠过角必须满足布拉格方程。 由于晶体的晶面间距是固定的，采用单色X射 线照射时，λ是也是固定的。因此，要使X射线 产生衍射需通过改变θ角，以创造满足布拉格 方程的条件。这可以通过转动晶体来实现。如 在旋转法中。在粉末法中是通过另一种方式来 达到这个目的的。由于粉末法的试样中存在着 数量极多的各种取向的晶粒。因此，总有一部 分晶粒的取向恰好使其（hkl）晶面正好满足 布拉格方程，因而产生衍射线。由于
固体探测器，也称为半导体探测器，采 用半导体原理与技术，研制的锂漂移硅 Si（Li）或锂漂移锗Ge（Li）固体探测器， 固体探测器能量分辨率好，X光子产生 的电子数多。固体探测器是单点探测器， 也就是说，在某一时候，它只能测定一 个方向上的衍射强度。如果要测不止一 个方向上的衍射强度，就要作扫描，即 要一个点一个点地测，扫描法是比较费 时间。现已发展出一些一维的
用其轴线与样品轴线重合的圆柱形底片记录 者称为德拜（Debye）法；
用平板底片记录者称为针孔法。
较早的X射线衍射分析多采用照相法，而德拜 法是常用的照相法，一般称照相法即指德拜法， 德拜法照相装置称德拜相机
2.粉末法成像原理
材料学科中运用X射线衍射分析的主要目的是进行 物相的分析以及组织结构的测定等。况且，大多数的 材料是多晶质的。所以，在X射线衍射分析的三个主 要方法中我们最常用的是粉末法。这种方法最早是由 德国的德拜和谢乐于1916年提出来的。