X射線衍射及其應(yīng)用1PPT課件主要內(nèi)容：X射線衍射發(fā)展歷史X射線衍射原理X射線衍射實(shí)驗(yàn)方法X射線衍射分析應(yīng)用2PPT課件材料的結(jié)構(gòu)測定以衍射方法為主。衍射方法(X射線衍射、電子衍射、中子衍射、射線衍射等)。X射線衍射(德拜粉末照相分析、高溫、常溫、低溫衍射、背反射和透射勞艾照相，四聯(lián)衍射、二維探測器等)。晶體結(jié)構(gòu)分析：3PPT課件一、發(fā)展歷史

1895年,德國物理學(xué)家倫琴(WCR?ntgen)發(fā)現(xiàn)X射線第一張諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)狀(1901)授予W.K.倫琴(1845～1923)

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1912年,德國物理學(xué)家勞厄(MvonLaue)等發(fā)現(xiàn)X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象，證明了X射線的波動(dòng)性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性。勞厄(1879~1960)獲1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)5PPT課件

1912年,小布拉格(WilliamLawrenceBragg)成功地解釋了勞厄的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。解釋了X射線晶體衍射的形成，并提出了著名的布拉格公式：2dsinθ＝nλ，表明用X射線可以獲取晶體結(jié)構(gòu)的信息。

1913年老布拉格(WilliamHenryBragg)設(shè)計(jì)出第一臺(tái)X射線分光計(jì)，并發(fā)現(xiàn)了特征X射線以及成功地測定出了NaCl的晶體結(jié)構(gòu)。亨利·布拉格(1862~1942)和勞倫斯·布拉格(1890~1971)獲1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)6PPT課件

1917年,巴克拉(CharlesGloverBarkla)發(fā)現(xiàn)元素的次級(jí)X射線標(biāo)識(shí)譜。每一種化學(xué)元素產(chǎn)生一種次級(jí)X射線輻射，它可被看作是該元素的特征標(biāo)志，巴克拉稱其為標(biāo)識(shí)X射線。標(biāo)識(shí)譜線被區(qū)分為兩個(gè)不同的范圍：K系列和L系列。

對(duì)K系列和L系列的進(jìn)一步研究得到了有關(guān)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的極為重要的結(jié)果：是原子的核電荷，而不是原子量，決定該原子在元素周期表中的位置。也就是說，原子的核電荷決定原子的化學(xué)屬性。

巴克拉(1877~1944)獲1917年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)7PPT課件

1924年,西格班(KarlManneGeorgSiegbahn)發(fā)現(xiàn)X射線中的光譜線。X射線標(biāo)識(shí)譜間的輻射起源于原子內(nèi)部而與外圍電子結(jié)構(gòu)所支配的復(fù)雜光譜線及化學(xué)性質(zhì)無關(guān)。他證明了巴克拉發(fā)現(xiàn)的K輻射與L輻射的確存在，另外他還發(fā)現(xiàn)了M系。他的工作支持波爾等科學(xué)家關(guān)于原子內(nèi)電子按照殼層排列的觀點(diǎn)。西格班(1886~1978)獲1924年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)8PPT課件

2002年,賈科尼(RiccardoGiacconi)等發(fā)現(xiàn)宇宙X射線源。表彰“在天體物理學(xué)領(lǐng)域取得的卓越成就，尤其是他的研究引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線源”。

里卡多·賈科尼、小柴昌俊、雷蒙德·戴維斯獲2002年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)9PPT課件X-射線結(jié)晶學(xué)方面獲得的諾貝爾獎(jiǎng)

1901：諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予WilhelmConradR?ntgen.發(fā)現(xiàn)X-射線.1914：諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予MaxTheodorFelixvonLaue.發(fā)現(xiàn)X-射線衍射.1915：諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予WilliamHenryBragg和WilliamLawrenceBragg.布拉格定律及晶體結(jié)構(gòu).1962：諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予MaxPerutz和JohnCowderyKendrew.血紅蛋白和肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)(同晶置換).1962：諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予JamesDeweyWatson,FrancisHarryComptonCrick和MauriceHughFrederickWilkins(RosalindFranklin).從纖維衍射得到DNA結(jié)構(gòu).1964：諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予DorothyCrowfootHodgkin.維生素的B12晶體結(jié)構(gòu).10PPT課件

1976：諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予WilliamNunnLipscombJr.硼烷的結(jié)構(gòu)和成鍵情況.1985：諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予HerbertAaronHauptman和JeromeKarle(IsabellaKarle).應(yīng)用X-射線衍射確定物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的直接計(jì)算法.1988：諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予JohannDeisenhofer,RobertHuber和HartmutMichel.噬菌調(diào)理素(一種光化學(xué)反應(yīng)中心)的結(jié)構(gòu).11PPT課件X射線的產(chǎn)生：X射線是一種波長很短的電磁波，在電磁波譜上位于紫外線和γ射線之間，波長范圍是0.01-100?。X射線的能量與波長有關(guān)凡是高速運(yùn)動(dòng)的電子流或其他高能輻射流(如γ射線、X射線、中子流等)被突然減速時(shí)均能產(chǎn)生X射線。二、X射線衍射原理12PPT課件儀器設(shè)備：X射線衍射儀基本組成包括：X射線發(fā)生器（X射線管、管套、高壓變壓器、高壓控制單元、高壓電纜等）衍射測角儀輻射探測器系統(tǒng)控制單元X射線安全防護(hù)系統(tǒng)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)及輸出系統(tǒng)13PPT課件（1）陰極——發(fā)射電子。一般由鎢絲制成，通電加熱后釋放出熱輻射電子。（2）

陽極——靶，使電子突然減速并發(fā)出X射線。高速電子轉(zhuǎn)換成X射線的效率只有1%，其余99%都作為熱而散發(fā)了。所以靶材料要導(dǎo)熱性能好，還需要循環(huán)水冷卻。（3）

窗口——X射線出射通道。既能讓X射線出射，又能使管密封。窗口材料用金屬鈹或硼酸鈹鋰構(gòu)成的林德曼玻璃。窗口與靶面常成3-6°的斜角，以減少靶面對(duì)出射X射線的阻礙。14PPT課件X射線譜：

X射線管發(fā)出的X射線，其波長組成是很復(fù)雜的。按其特征可以分成兩部分：連續(xù)光譜特征光譜15PPT課件韌致X射線：當(dāng)X光管中陰極發(fā)出的電子經(jīng)加速后與陽極靶材相撞并急劇減速時(shí)，其相互作用的產(chǎn)物之一便是被稱作白色輻射或韌致輻射(bremsstrahlung)的連續(xù)譜。連續(xù)譜特點(diǎn)：1.連續(xù)譜的強(qiáng)度分布曲線均存在一個(gè)短波限λ0，λ0的大小僅取決于X光管內(nèi)電子的加速電壓V，與X光管電流(mA)和靶材(原子序數(shù)Z)均無關(guān)。2.連續(xù)譜強(qiáng)度分布的形狀主要決定于X光管加速電壓的大小。連續(xù)譜各波長的強(qiáng)度與X光管的電流成正比，且隨陽極材料的原子序數(shù)增大而增加。I∝iZV216PPT課件特征X射線:由若干互相分離且具有特定波長的譜線組成，其強(qiáng)度大大超過連續(xù)譜線的強(qiáng)度并可疊加于連續(xù)譜線之上，為一線性光譜。這些譜線不隨X射線管的工作條件而變，只取決于陽極靶物質(zhì)的組成元素，是陰極元素的特征譜線。這兩部分射線是基于兩種不同的機(jī)制產(chǎn)生的。

特征光譜特點(diǎn)：對(duì)于從L,M,N…殼層中的電子躍入K殼層空位時(shí)所釋放的X射線，分別稱為Kα，

Kβ，Kγ…譜線，共同構(gòu)成K系標(biāo)識(shí)X射線。類似,L殼層、M殼層…被激發(fā)時(shí)，產(chǎn)生L系、M系…標(biāo)識(shí)X射線。由于一般L系、M系標(biāo)識(shí)X射線波長較長，強(qiáng)度很弱，因此在衍射分析工作中，主要使用K系特征X射線。17PPT課件X射線分析常用陽極靶材料K系特征譜線：

陽極靶元素原子序數(shù)ZK系特征譜波長（埃）U（KV）≈(3-5)UK

Kα1Kα2Kα＊

KβCr242.289702.293062.291002.0848720-25Fe261.936041.939981.937351.7566125-30Co271.788961.792851.790261.6207930Ni281.657911.661741.659181.5001330-35Cu291.540541.544391.541831.3922135-40Mo420.709300.713590.710730.6322850-55靶材料的原子序數(shù)越大，X射線波長越短，能量越大，穿透能力越強(qiáng)18PPT課件X-射線的性質(zhì)：①肉眼不能觀察到，但可使照相底片感光、熒光板發(fā)光和使氣體電離；②能透過可見光不能透過的物體；③這種射線沿直線傳播，在電場與磁場中不偏轉(zhuǎn)，在通過物體時(shí)不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過普通光柵亦不引起衍射；④這種射線對(duì)生物有很厲害的生理作用。X射線與物質(zhì)的相互作用19PPT課件X射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，產(chǎn)生各種不同的和復(fù)雜的過程。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過物質(zhì)時(shí)，可分為三部分：一部分被散射，一部分被吸收，一部分透過物質(zhì)繼續(xù)沿原來的方向傳播。20PPT課件X射線被物質(zhì)散射時(shí)，產(chǎn)生兩種現(xiàn)象：相干散射和非相干散射。相干散射：物質(zhì)中的電子在X射線電場的作用下，入射光子碰撞電子，若電子能牢固地保持在原來位置上（原子對(duì)電子的束縛力很強(qiáng)），則光子將產(chǎn)生剛性碰撞，其作用效果是每個(gè)電子在各方向產(chǎn)生與入射線波長相同的電磁波，散射線之間能互相干涉，稱為相干散射；相干散射波之間產(chǎn)生相互干涉，就可獲得衍射，故相干散射是X射線衍射技術(shù)的基礎(chǔ)。21PPT課件非相干散射：X射線光子與束縛力不大的外層電子或自由電子碰撞時(shí)，電子可能被X光子撞離原子成為反沖電子。因反沖電子將帶走一部分能量，使得光子能量減少，從而使隨后的散射波波長發(fā)生改變。X射線光子離開原來方向，能量減小，波長增加。這樣一來，入射波與散射波將不再具有相干能力，成為非相干散射或康普頓散射。非相干散射突出地表現(xiàn)出X射線的微粒特性，只能用量子理論來描述，亦稱量子散射。它會(huì)增加連續(xù)背景，給衍射圖像帶來不利的影響，特別是輕元素。22PPT課件物質(zhì)對(duì)X射線的吸收指的是X射線能量在通過物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，X射線發(fā)生了能量損耗，吸收的實(shí)質(zhì)是發(fā)生能量轉(zhuǎn)換。物質(zhì)對(duì)X射線的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子躍遷而引起的。這個(gè)過程中主要發(fā)生X射線的光電效應(yīng)和俄歇效應(yīng)。除此之外，X射線穿透物質(zhì)時(shí)還有熱效應(yīng)，產(chǎn)生熱能。我們將光電效應(yīng)、俄歇效應(yīng)和熱效應(yīng)所消耗的那部分入射X射線能量稱為物質(zhì)對(duì)X射線的真吸收。由于散射和真吸收過程的存在（主要是真吸收），與物質(zhì)作用后入射X射線的能量強(qiáng)度將被衰減。23PPT課件X射線衰減規(guī)律：當(dāng)一束X射線通過物質(zhì)時(shí)，由于散射和吸收的作用使其透射方向上的強(qiáng)度衰減。衰減的程度與所經(jīng)過物質(zhì)中的距離成正比。24PPT課件在應(yīng)用X射線研究晶體結(jié)構(gòu)時(shí)往往需要單色光，利用這一原理，可以合理地選用濾波材料?？梢允筀α和Kβ兩條特征譜線中去掉一條，實(shí)現(xiàn)單色的特征輻射。質(zhì)量衰減系數(shù)μm：表示單位質(zhì)量物質(zhì)對(duì)X射線強(qiáng)度的衰減程度。質(zhì)量衰減系數(shù)與波長和原子序數(shù)Z存在如下近似關(guān)系：

μm≈Kλ3Z3(K為常數(shù))μm隨λ的變化是不連續(xù)的，其間被尖銳的突變分開。突變對(duì)應(yīng)的波長為K吸收限，用λk表示。25PPT課件陽極靶的選擇：1.陽極靶K波長稍大于試樣的K吸收限；2.試樣對(duì)X射線的吸收最小。Z靶≤Z試樣＋1濾波片的選擇：1.它的吸收限位于輻射源的Kα和Kβ之間，且盡量靠近Kα，強(qiáng)烈吸收Kβ，而K吸收很??；2.濾波片以將Kα強(qiáng)度降低一半最佳。Z靶<40時(shí)Z濾片＝Z靶－1

Z靶>40時(shí)Z濾片＝Z靶－226PPT課件X射線衍射原理：原子間距離與入射X射線波長有X射線衍射分析相同數(shù)量級(jí)，故由不同原子散射的X射線相互干涉，在某些特殊方向上產(chǎn)生強(qiáng)X射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強(qiáng)度，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，每種晶體所產(chǎn)生的衍射花樣都反映出該晶體內(nèi)部的原子分配規(guī)律。這就是X射線衍射的基本原理。

當(dāng)一束單色X射線入射到晶體時(shí)，由于晶體中的原子排列是有規(guī)則的，那么晶體可以當(dāng)作是X射線的三維衍射光柵。27PPT課件在X射線一定的情況下，根據(jù)衍射的花樣可以分析晶體的性質(zhì)。但為此必須事先建立X射線衍射的方向和強(qiáng)度與晶體結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

聯(lián)系X射線衍射方向與晶體結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的方程有兩個(gè)：

勞厄方程布拉格方程28PPT課件勞厄方程，式中H、K、L稱為衍射指數(shù)或干涉指數(shù)。

勞厄方程是確定衍射線方向的基本方程，進(jìn)入晶胞的X射線只有滿足勞厄方程才在空間的某些方向上出現(xiàn)衍射線。三維原子點(diǎn)陣的衍射29PPT課件根據(jù)圖示，干涉加強(qiáng)的條件是：式中：n為整數(shù)，稱為反射級(jí)數(shù)；

為入射線或反射線與反射面的夾角，稱為掠射角，由于它等于入射線與衍射線夾角的一半，故又稱為半衍射角，把2稱為衍射角。30PPT課件布拉格公式—選擇反射X射線在晶體中的衍射實(shí)質(zhì)上是晶體中各原子散射波之間的干涉結(jié)果；只是由于衍射線的方向恰好相當(dāng)于原子面對(duì)入射線的反射，所以借用鏡面反射規(guī)律來描述衍射幾何。但是X射線的原子面反射和可見光的鏡面反射不同。一束可見光以任意角度投射到鏡面上都可以產(chǎn)生反射，而原子面對(duì)X射線的反射并不是任意的，只有當(dāng)θ、λ、d三者之間滿足布拉格方程時(shí)才能發(fā)生反射，所以把X射線這種反射稱為選擇反射。31PPT課件布拉格方程把晶體周期性的特點(diǎn)d、X射線的本質(zhì)λ與衍射規(guī)律θ結(jié)合起來，利用衍射實(shí)驗(yàn)只要知道其中兩個(gè)，就可以計(jì)算出第三個(gè)。在實(shí)際工作中有兩種使用此方程的方法。已知λ，在實(shí)驗(yàn)中測定θ，計(jì)算d可以確定晶體的周期結(jié)構(gòu)，這是所謂的晶體結(jié)構(gòu)分析。已知d，在實(shí)驗(yàn)中測定θ，計(jì)算出λ，可以研究產(chǎn)生X射線特征波長，從而確定該物質(zhì)是由何種元素組成的，含量多少。這種方法稱為X射線波譜分析。32PPT課件三、X射線衍射的實(shí)驗(yàn)方法

最基本的衍射實(shí)驗(yàn)方法有：粉末法、勞厄法和轉(zhuǎn)晶法三種。33PPT課件三種基本衍射實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法所用輻射樣品照相法衍射儀法粉末法單色輻射多晶或晶體粉末樣品轉(zhuǎn)動(dòng)或固定德拜照相機(jī)粉末衍射儀勞厄法連續(xù)輻射單晶體樣品固定勞厄相機(jī)單晶或粉末衍射儀轉(zhuǎn)晶法單色輻射單晶體樣品轉(zhuǎn)動(dòng)或固定轉(zhuǎn)晶-回?cái)[照相機(jī)單晶衍射儀粉末法實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)：采用單色X射線，樣品采用許多取向的小晶體總和；勞厄法實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)：改變波長，增加衍射斑點(diǎn)；轉(zhuǎn)晶法實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)單晶體來增加衍射斑點(diǎn)；34PPT課件X射線衍射儀法：

粉末法在晶體學(xué)研究中應(yīng)用廣泛，其中粉末X射線衍射儀法使用更方便，自動(dòng)化程度高，尤其是與計(jì)算機(jī)結(jié)合，使得衍射儀在強(qiáng)度測量、花樣標(biāo)定和物相分析等方面具有更好的性能。35PPT課件衍射圖譜

一張衍射圖譜上衍射線的位置僅和原子排列周期性有關(guān)強(qiáng)度則決定于原子種類、數(shù)量、相對(duì)位置等性質(zhì)衍射線的位置和強(qiáng)度就完整地反映了晶體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)特征，從而成為辨別物相的依據(jù)36PPT課件X射線衍射儀組成結(jié)構(gòu)37PPT課件實(shí)驗(yàn)條件選擇

（一）試樣衍射儀試樣可以是各種粉末、金屬、非金屬的塊狀或片狀試樣。對(duì)于塊狀、片狀試樣可以用粘接劑將其固定在試樣框架上，并保持一個(gè)平面與框架平面平行；粉末試樣用壓片法填入試樣架凹槽中，使粉末表面刮平與框架平面一致。試樣對(duì)晶粒大小、試樣厚度、擇優(yōu)取向、應(yīng)力狀態(tài)和試樣表面平整度等都有一定要求。38PPT課件實(shí)驗(yàn)條件選擇

（二）實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇選擇寬的狹縫可以獲得高的X射線衍射強(qiáng)度，但分辨率要降低；若希望提高分辨率則應(yīng)選擇小的狹縫寬度。掃描速度是指探測器在測角儀圓周上均勻轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。掃描速度對(duì)衍射結(jié)果的影響與時(shí)間常數(shù)類似，掃描速度越快，衍射線強(qiáng)度下降，衍射峰向掃描方向偏移，分辨率下降，一些弱峰會(huì)被掩蓋而丟失。但過低的掃描速度也是不實(shí)際的。39PPT課件粉末衍射樣品要求和制備根據(jù)測試樣品的類型，制備方法可分為以下三種：（1）粉末樣品制備；（2）塊狀樣品制備；（3）特殊樣品制備。40PPT課件粉末樣品制備：粉末樣品制備一般填裝在有開槽的平整玻璃或塑料板上；裝樣品時(shí)注意使顆粒方向隨機(jī)分布。粉末要求：干燥、在空氣中穩(wěn)定、粒度在0.1-10μm左右。一般可以用研磨的方法制備，手摸無顆粒感為止。41PPT課件塊狀樣品的要求：測試面清潔平整、可裝入中空樣品架中，垂直于測試面的厚度不超過樣品架。塊狀樣品制備：取適量橡皮泥放于樣品臺(tái)開槽內(nèi)。將樣品放于橡皮泥上。用蓋玻片壓平，高度與樣品架齊平。薄膜樣品42PPT課件特殊樣品：極少量的微粉、非晶條帶、液體樣品等。制備方法：一般采用特殊低背景樣品架，將微粉或液體在其單晶硅片上均勻分散開即可。非晶條帶也是平鋪在單晶硅上，盡可能與其貼合。特殊樣品制備方法：43PPT課件影響測試結(jié)果的因素：粉末樣品顆粒大小的影響樣品高度的影響樣品量的影響制樣表面平整度的影響44PPT課件粉末樣品顆粒大小的影響

要求粉末粒度在0.1-10μm左右，粒度大衍射強(qiáng)度低，峰形不好，分辨率低；粒度小產(chǎn)生衍射峰的寬化；樣品高度的影響如果樣品表面高出樣品架表面，會(huì)使衍射峰位移向較低的角度，如果樣品表面低于樣品架表面，會(huì)使衍射峰位移向較高的角度；薄膜樣品厚度存在強(qiáng)度的影響：厚時(shí)會(huì)產(chǎn)生吸收，薄時(shí)衍射較弱45PPT課件樣品量的影響制樣表面平整度的影響粉末樣品量要足夠，樣品量過少會(huì)對(duì)衍射強(qiáng)度和準(zhǔn)確度造成影響；粉末衍射儀要求樣品表面要平整，試樣表面若形狀不規(guī)則、不平整或者毛糙等等會(huì)引起衍射線的寬化、位移以及強(qiáng)度產(chǎn)生復(fù)雜的變化；但是，制取平整表面的過程常常容易引起擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向的存在會(huì)嚴(yán)重地影響衍射線的正確測量。46PPT課件粗糙制樣與精細(xì)制樣的衍射圖對(duì)比47PPT課件實(shí)驗(yàn)過程中注意事項(xiàng)：X射線衍射儀關(guān)鍵部件之一是X光管，光管故障絕大多數(shù)是由于不及時(shí)冷卻而損壞，所以機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)經(jīng)常檢查制冷機(jī)工作是否正常，同時(shí)嚴(yán)格按照先開冷卻機(jī)再開主機(jī)，先關(guān)主機(jī)再關(guān)冷卻機(jī)的開關(guān)機(jī)順序；裝換樣時(shí)要輕拿輕放，以免粉末灑落污染儀器的樣品臺(tái)；開關(guān)儀器門時(shí)，要輕開輕閉以免損壞儀器的玻璃門；開啟儀器門時(shí)，請(qǐng)注意儀器是否已停止工作，關(guān)閉儀器門時(shí)，要注意門是否關(guān)緊；48PPT課件請(qǐng)勿使用自帶U盤在控制電腦上讀取數(shù)據(jù)，以免造成PDF數(shù)據(jù)庫和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的丟失；X射線對(duì)生命機(jī)體有一定的殺傷作用，當(dāng)輻射劑量超過臨界輻射量—0.05倫琴/每天時(shí)，便將產(chǎn)生顯著的有害影響。而且X射線在生理作用上具有“累積”性質(zhì)，所以操作要嚴(yán)格遵守安全條例，注意采用防護(hù)措施，經(jīng)常在X射線室工作的人員最好配帶劑量計(jì)，以便隨時(shí)檢查所接受的劑量。49PPT課件四、X-射線衍射分析應(yīng)用物相分析定性分析定量分析單一物相的鑒定或驗(yàn)證混合物相的鑒定晶體結(jié)構(gòu)分析點(diǎn)陣常數(shù)（晶胞參數(shù)）測定晶體對(duì)稱性（空間群）的測定等效點(diǎn)系的測定晶體定向晶粒度測定宏觀應(yīng)力分析50PPT課件

X射線衍射的物相定性分析：

物相分析包括定性分析和定量分析兩部分。X射線物相分析給出的結(jié)果，不是試樣的化學(xué)成分，而是由各種元素組成的具有固定結(jié)構(gòu)的物相；

X射線衍射線的位置取決于晶胞形狀、大小，也取決于各晶面間距；而衍射線的相對(duì)強(qiáng)度則取決于晶胞內(nèi)原子的種類、數(shù)目及排列方式。每種晶體物質(zhì)都有其特有的結(jié)構(gòu)，因而它們也就具有特有的衍射花樣。X射線之所以能用于物相分析是因?yàn)橛筛餮苌浞宓慕嵌任恢盟_定的晶面間距d以及它們的相對(duì)強(qiáng)度I/I0是物質(zhì)的固有特性。每種物質(zhì)都有特定的晶格類型和晶胞尺寸，而這些又都與衍射角和衍射強(qiáng)度有著對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以可以象根據(jù)指紋來鑒別人一樣用衍射圖像來鑒別晶體物質(zhì)，即將未知物相的衍射花樣與已知物相的衍射花樣相比較（PDF卡片）。51PPT課件

X射線衍射的物相定量分析：

定量分析的依據(jù)是：各相衍射線的強(qiáng)度隨該相含量的增加而增加（即物相的相對(duì)含量越高，則X衍射線的相對(duì)強(qiáng)度也越高）。常用的定量方法：外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法、基體沖洗法。52PPT課件理論上講，只要PDF卡片足夠全，任何未知物質(zhì)都可以標(biāo)定。但是實(shí)際上會(huì)出現(xiàn)很多困難。主要是試樣衍射花樣的誤差和卡片的誤差。例如，晶體存在擇優(yōu)取向時(shí)會(huì)使某根線條的強(qiáng)度異常強(qiáng)或弱；強(qiáng)度異常還會(huì)來自表面氧化物、硫化物的影響等等。粉末衍射卡片確實(shí)是一部很完備的衍射數(shù)據(jù)資料，可以作為物相鑒定的依據(jù)，但由于資料來源不一，而且并不是所有資料都經(jīng)過核對(duì)，因此存在不少錯(cuò)誤。尤其是重校版之前的卡片更是如此。物相分析注意事項(xiàng)：53PPT課件當(dāng)混合物中某相的含量很少時(shí)，或某相各晶面反射能力很弱時(shí)，它的衍射線條可能難于顯現(xiàn)，因此，X射線衍射分析只能肯定某相的存在，而不能確定某相的不存在。任何方法都有局限性,有時(shí)X射線衍射分析時(shí)往往要與其他方法配合才能得出正確結(jié)論。例如,合金鋼中常常碰到的TiC、ZrC、NbC及TiN都具有NaCl結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣常數(shù)也比較接近,同時(shí)它們的點(diǎn)陣常數(shù)又因固溶其他合金元素而變化，在此情況下，單純用X射線分析可能得出錯(cuò)誤的結(jié)論，應(yīng)與化學(xué)分析、電子探針分析等相配合。54PPT課件謝樂(Scherrer)公式：衍射線寬化法測定晶粒的大小：所獲得的Dhkl為垂直于反射面(hkl)的晶粒平均尺度，Scherrer公式的適用范圍為Dhkl在30～2000?。D=Kλ/βCOSθ

晶粒度的測定：D：所規(guī)定晶面族發(fā)向方向的晶粒尺寸β：為該晶面衍射峰的半峰高的寬度K：為常數(shù)取決于結(jié)晶形狀，通常取1θ：為衍射角55PPT課件怎么做？根據(jù)測試目的，試樣類型來確定已知目標(biāo)物可能的物相，進(jìn)行確定確定已知物相含量確定已知物相結(jié)構(gòu)的微小變化未知其物相，進(jìn)行鑒定

……針對(duì)主要峰范圍