X射线物相分析.ppt
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X射线物相分析演示课件
软X射线： 10-100 Å 主要用于医学透视
对样品的损伤较小
16
X射线与可见光区别
X射线与可见光一样会产生干涉、衍射、吸收和光电效应等。 X射线在光洁的固体表面不会发生像可见光那样的反射，因而
[6]1927年，康普顿与威尔逊因发现X射线的粒子特性同获诺贝尔物理学奖。
[7]1936年，德拜因利用偶极矩、X射线和电子衍射法测定分子结构的成就而获诺
贝尔化学奖。
[8]1946年，缪勒因发现X射线能人为地诱发遗传突变而获诺贝尔生理学.医学奖。
[9]1954年，鲍林由于在化学键的研究以及用化学键的理论阐明复杂的物质结构而
第一次X射线衍射实验所用的仪器,
所用的晶体是硫酸铜。
10
劳厄法X射线衍射实验与所拍的照片
11
爱因期坦称，劳厄的实 验“ 物理学最美的实验”。 它一箭双雕地解决了X射线的 波动性和晶体结构的周期性。
12
后来的科学证明，与可见光一样， X射线的本
质是一种电磁波。
它具有波粒二象性。即，它既具波动性，又具有 粒子性。 在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反 映在传播过程中发生干涉、衍射作用。 在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出 它的粒子性。
13
X射线的波动性：
X射线波动性表现在它以一定的波长和频率在空间
传播。
v ＝c／
X射线的强度可认为是单位时间内通过垂直于
传播方向的单位截面上的光子数目与光子能量的乘积。
14
X射线的波长范围： 10- 0.001 nm
15
X射线的波长范围：100- 0.01Å (或 10-0.001 nm)
硬X射线： 0.05-2.5 Å 0.5-2.5 Å 主要用于晶体结构分析 0.05-1 Å 主要用于金属探伤等
对样品的损伤较小
16
X射线与可见光区别
X射线与可见光一样会产生干涉、衍射、吸收和光电效应等。 X射线在光洁的固体表面不会发生像可见光那样的反射，因而
[6]1927年，康普顿与威尔逊因发现X射线的粒子特性同获诺贝尔物理学奖。
[7]1936年，德拜因利用偶极矩、X射线和电子衍射法测定分子结构的成就而获诺
贝尔化学奖。
[8]1946年，缪勒因发现X射线能人为地诱发遗传突变而获诺贝尔生理学.医学奖。
[9]1954年，鲍林由于在化学键的研究以及用化学键的理论阐明复杂的物质结构而
第一次X射线衍射实验所用的仪器,
所用的晶体是硫酸铜。
10
劳厄法X射线衍射实验与所拍的照片
11
爱因期坦称，劳厄的实 验“ 物理学最美的实验”。 它一箭双雕地解决了X射线的 波动性和晶体结构的周期性。
12
后来的科学证明，与可见光一样， X射线的本
质是一种电磁波。
它具有波粒二象性。即，它既具波动性，又具有 粒子性。 在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反 映在传播过程中发生干涉、衍射作用。 在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出 它的粒子性。
13
X射线的波动性：
X射线波动性表现在它以一定的波长和频率在空间
传播。
v ＝c／
X射线的强度可认为是单位时间内通过垂直于
传播方向的单位截面上的光子数目与光子能量的乘积。
14
X射线的波长范围： 10- 0.001 nm
15
X射线的波长范围：100- 0.01Å (或 10-0.001 nm)
硬X射线： 0.05-2.5 Å 0.5-2.5 Å 主要用于晶体结构分析 0.05-1 Å 主要用于金属探伤等
《X射线结果分析》PPT课件
3 物相鉴定：衍射卡片的索引 〔10〕
4>自动检索： 随着计算机技术的发展,自动检索系统已经形成并
逐步完善. 计算机自动检索的原理是：利用庞大的数据库,尽可能 地储存全部相分析卡片资料,然后将实验测得的衍射数 据输入计算机,根据成分、分子式、名称、或者三强线 原则,与计算机中所存数据一一对照,选出匹配的卡片, 然后用卡片数据与实测对比,一般就可给出确定的结果.
3 物相鉴定〔2〕
既然多晶体的衍射花样是被鉴定物质的标志,那么就有必 要大量搜集各种已知物质的多晶体衍射花样.
Hanawalt早在30年代就开始搜集并获得了上千种已知物 质的衍射花样,又将其加以科学分类,以标准卡片的形式保存 这些花样,这就是粉末衍射卡片.
PDF 卡片 <Powder Diffraction Files> 或者称之为JCPDS卡片 <Joint Committee of Powder Diffraction Standards>
3 物相鉴定：衍射卡片的索引 〔7〕 2〕英文名称索引
按化合物的英文名称排序.
但只限于有英文学名的物质,如α- quartz, diamond,而对 无学名的物质,尤其是合成的化合物,则无法在其中排列.
上述两种索引方法只可应用于当物质的成分已知的情 况下,而对完全未知的物质,则无法用其进行索引.
3 物相鉴定：衍射卡片的索引 〔8〕
为什么衍射峰有一定宽度〔为什么在偏离布拉格角的 一个小范围内也有衍射强度〕？
在研究衍射方向时,是把晶体看作理想完整 的,但实际晶体并非如此.既使一个小的单晶体也会有 亚结构存在,他们是由许多位相差很小的亚晶块组成. 另外,实际X射线也并非严格单色〔具有一个狭长的波 长范围〕,也不严格平行〔或多或少有一定发散度〕, 使得晶体中稍有位相差的各个亚晶块有机会满足衍射 条件,在2θ±Δ2θ范围内发生衍射,从而使衍射强度 并不严格位于布拉格角2θ处,而是有一定的角宽度.
2019材料研究方法b(化学专业)第7章 x射线的物相分析.ppt
为方便快速查找PDF卡片，JCPDS编辑出版了多 种PDF卡片检索手册，而一本手册可同时载有多种 索引，如《Mineral Powder Diffraction File Search Manual》同时载有: Mineral Name Chemical Name Hanawalt Numerical Fink Numerical
e V 2 2 M I I0 P F L A ( ) e p 2 2 hkl hkl 32R m c V 0
3 2
2
23
A(θ）＝1/2μ 因为实际检测时，只关心相对强度，同 时削去常数项，公式可简化为：
1 V 2 2 M I相 P F L e hkl hkl p 2 V 2 0
第七章
XRD 的应用
§7.1 X射线的物相定性分析 1、物相定性分析原理 2、粉末衍射数据库 3、物相定性分析方法 §7.2 X射线的物相定量分析 1、定量分析基本原理 2、定量分析方法 §7.3 晶粒尺寸的测定
1
物相：简称相，是具有某种晶体结构并能用某化 学式表征其化学成分（或有一定的成分范围） 的固体物质。 例：α－Fe：体心立方结构 γ—Fe：面心立方结构 δ－Fe：体心立方结构的高温相 通过X射线粉晶衍射的物相分析可区分其不 同的物相，而在混合相中，还可进行定量分析， 得到各自的含量。
11
检索方法：
（1）对于已知化学成分或已知物相种类的，可以使 用该种物相的检索手册，至于使用哪种索引检索， 视情况而定。可用字母索引也可用数值索引。 （2）对于完全未知的，可以采用数值索引 （Hanawalt或Fink数值索引）。 （3）自动检索：以上的数据检索皆可由计算机实现。
e V 2 2 M I I0 P F L A ( ) e p 2 2 hkl hkl 32R m c V 0
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A(θ）＝1/2μ 因为实际检测时，只关心相对强度，同 时削去常数项，公式可简化为：
1 V 2 2 M I相 P F L e hkl hkl p 2 V 2 0
第七章
XRD 的应用
§7.1 X射线的物相定性分析 1、物相定性分析原理 2、粉末衍射数据库 3、物相定性分析方法 §7.2 X射线的物相定量分析 1、定量分析基本原理 2、定量分析方法 §7.3 晶粒尺寸的测定
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物相：简称相，是具有某种晶体结构并能用某化 学式表征其化学成分（或有一定的成分范围） 的固体物质。 例：α－Fe：体心立方结构 γ—Fe：面心立方结构 δ－Fe：体心立方结构的高温相 通过X射线粉晶衍射的物相分析可区分其不 同的物相，而在混合相中，还可进行定量分析， 得到各自的含量。
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检索方法：
（1）对于已知化学成分或已知物相种类的，可以使 用该种物相的检索手册，至于使用哪种索引检索， 视情况而定。可用字母索引也可用数值索引。 （2）对于完全未知的，可以采用数值索引 （Hanawalt或Fink数值索引）。 （3）自动检索：以上的数据检索皆可由计算机实现。
X射线物相定性定量分析精选文档PPT课件
3.5 X射线物相定性分析
物相分析原理： 将实验测定的衍射花样与已知标准物质的衍射花样比较，
从而判定未知物相。 混合试样物相的 X 射线衍射花样是各个单独物相衍射花样
的简单迭加，根据这一原理，就有可能把混合物物相的各个物 相分析出来。
3.5 X射线物相定性分析
1. 物相标准衍射图谱（花样）的获取： 1) 1938年，J.D.Hanawalt等就开始收集并摄取各种已知物质的衍 射花样，将这些衍射数据进行科学分析整理、分类。 2) 1942年，美国材料试验协会ASTM整理出版了最早的一套晶体物 质衍射数据标准卡，共计1300张，称之为ASTM卡。
Dia 为照相机镜头直径，当相机为非圆筒形时，注明相机名称
Cut off. 为相机所测得的最大面间距；
Coll. 为狭缝或光阑尺寸；
I/I
为测量衍射线相对强度的方法
1 （衍射仪法—Diffractometer，测微光度计法—
Microphotometer，目
测法—Visual）；
dcorr abs？ 所测d值的吸收矫正（No未矫正，Yes矫正）；
3) 1969年，组建了“粉末衍射标准联合委员会”（The Joint Committee on Powder Diffraction Standards，JCPDS），专门负责 收集、校订各种物质的衍射数据，并将这些数据统一分类和编号，编制 成卡片出版。这些卡片，即被称为PDF卡（The Powder Diffraction File），有时也称其为JCPDS卡片。
3.5 X射线物相定性分析
2）结晶物质有自己独特的衍射花样。（d、θ和 I）;
3）多种结晶状物质混合或共生，它们的衍射花样也只是 简单叠加，互不干扰，相互独立。（混合物物相分析）
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论。对于一般物相分析问题，并不要求面间距
的测量达到那样高的精确度。因此，将测量数
据与卡片对照时，允许有一些偏差，但这偏差
应是有规律的，当被测相中含有固溶元素时，
则差别更为明显。
返回
14
② 低角度线比高角度线重要
这是因为不同晶体来说，低角 度线的d值相一致的机会很少（晶 面间距大），但对于高角度线（晶 面间距小的）不同晶体间相互近似 的机会增多。
③ 芬克索引它是主要为强度失真和具有择优取向
的衍射花样设计的，它也是按八强线排列。
④ 常见物相检索
6
JCPDS 粉末X 射线衍射数据汇编（PDF）是 一种索引类工具书。索引分为按字母顺序索 引和d 值索引两大类。
字母顺序索引是按化合物英文名称第一个 字母的顺序排列的。字母索引有无机物名称 索引、有机物名称索引、矿物名称索引等。
4
§6－1 物相定性分析
利用X射线进行物相定性分析 的一般步骤为:
① 用某一种实验方法获得待测 试样的衍射花样；
② 计算并列出衍射花样中各衍 射线的d值和相应的相对强度I值；
③ 参考对比已知的资料鉴定出 试样的物相。
5
1．JCPDS卡片
粉末衍射卡片集索引：
① 字顺索引即为名称索引，是按物质的英文名称或矿物学
第六章 X射线物相分析
§6－1 物相定性分析 §6－2 物相定量分析 §6－3 X射线物相分析特点及适用范围
1
每一种结晶物质各自都有自己独特的化学 组成和晶体结构，没有任何两种结晶物质它 们的晶胞大小、质点的种类和质点在晶胞中 的排列方式是完全一致的。因此，当X射线 通过晶体时，每一种结晶物质都有自己独特 的衍射花样，它们的特征可以用各个衍射面 网的面间距d和衍射线的相对强度I相来表征。 其中d值与晶胞的大小和形状有关，相对强 度则与质点的种类和其在晶胞中的位置有关。 所以可根据它们来鉴别物相。物相分析包括 物相定性和物相定量分析两部分内容。
返回
15
④ 要重视特征线
衍射花样中强度较高且d值较 大的衍射线，它不受其它产地和其 它条件的影响，并且与其他化合物 的衍射线不相干扰，这些对鉴很有 说服力。
名称的字母顺序排列的，每种物质的名称后面列出其化学分子式， 三根最强的d值和相对强度数据，以及该物质对应的JCPDS卡片的 顺序号。
② 数字索引（哈那瓦特索引） 它是鉴定未知相
时主要使用的索引，它按衍射花样的三条最强线d值排列，1972年 以后出版的书还列出了外五条较强的线，即为八强线排列，每种物 质的三强线或八强线在索引中重复三次或八次，即每一强线都作为 第一根线排列一次。
9
JCPDS 卡片可以提供比索引上列出的更多的物质粉末衍射 方面的信息。卡片左上方的数字是卡片的分类序号，即 组号和卡片号，与PDF 索引中的分类号一致。大部分卡 片右上角有一个表示数据品质的符号：★五角星表示卡 片数据高度可靠，如有字母i，则表示已指标化及估计强 度，如有字母O，则表示该套数据可靠性较差，字母C， 则表示表中衍射数据来自单晶X 射线结构分析计算。空 白表示品位未确定。此外，卡片中除了列出试样的化学 式和名称、衍射条件（如靶材、X 射线波长、滤光器）、 结晶学数据、光学及其他物理性质数据等，最重要的是 每张卡片都给出了衍射指数、d值及相应的衍射强度。其 中最强的衍射线的强度为100，其他衍射线以此为标准换 算出相应的强度。
3
结构分析工作者需要一个粉末衍射图数据库，并已 建立了衍射数据国际中心（International Center for Diffraction Data，ICDD），每年出版一期粉末衍射 卡片集（PDF）。ICDD 是由一些国际科学组织资助 的非盈利性组织，在历史上，这个组织是通过与美 国国家标准局（现在叫N.I.S.T.）和一些其他实验室 联合主办测定粉末衍射图的。不过，在粉末衍射卡 片集上发表的大多数衍射图是从文献论文中得到的。 论文中的衍射图由编辑人员评估，挑选后以书的形 式出版，或编成计算机格式（例如，CD-ROM）出 版。每年大约有2000 个新的衍射图分组发表在数据 库中。
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2．定性相鉴定
① 单相试样的定性分析 ② 多相试样的定性分析
12
3．定性物相鉴定过程中应注意的问题
① d比I相对重要
② 低角度线比高角度线重要
③ 强线比弱线重要
④ 要重视特征线
⑤ 做定性分析中，了解试样来源、化学 成分、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。
衍射强度I相－－－原子种类，原子位置
面间距d－－－晶胞形状，尺寸
2
粉末衍射卡也简称JCPDS 国际粉未衍 射标准联合会（the Joint committee on Powder Diffraction Standards）卡，该联合 会每年出版一组有机物质和一组无机物质的 粉未射卡片，第张卡片上记录了一种物质的 衍射数据和结晶学据。到2003年初，已出版 了65 组，包括有机和无机物质。现在已可 以通过光盘进行检索。
d值索引是按各物质粉末衍射线d值大小排 列的。首先是以第一条衍射线d值大小分组， 例如，以10.00 以上为一组，以8.00-9.99 为一 组等。同一组中再按第二个d值大小次序排列。 每条索引都列出了按大小次序排列的8个d值 （相应与粉末衍射图中8条最强的衍射线）
7
JCPDS卡片的形式
8
请同学们看书P59
10
在氯化钠ICDD衍射数据卡（5组第628号卡片）上 出现的是： （1）组号和卡片号； （2 ）三个最强的衍射线； （3 ）具有最低衍射角的衍射线位置和强度； （4 ）化学式和物质名称； （5 ）所用衍射方法及相关资料； （6 ）晶体学数据； （7 ）光学及其他数据； （8 ）与样品有关的资料； （9）衍射数据。衍射强度表示为I1的百分数，I1是衍 射图上最强衍射线的强度。
继
续
13
① d比I相对重要
Hale Waihona Puke 从衍射图谱中得到的一系列面间距与强度
均可能有误差，而且影响线条强度的因素较位
置的因素复杂得多。当测试所用辐射与卡片不
同时，其相对强度的差别更为明显。所以在定
性分析时，强度往往是较次要的指标，应更重
视面间距数据的吻合。在晶胞参数的精确测定
一节将会对提高衍射角测定精度的问题进行讨