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粉末衍射在石油化工领域的应用 刘文华 554 (齐鲁石化公司研究院 山东淄博2 00) 前言 带j根据衍射花样可以进行物质结构测定，研究与结构和结构变化相关的各种问耐”。×射 线衔射的应用已渗透到物理、化学、材料科学、石油化工等行业12。】，成为非常莺要的近代物 理分析方法。x射线街射在石油化工领域的应用主要包括未知物组成分析、催化研究、结晶 性聚合物研究。 l未知物成份组成分析 任何结晶物质，都具有特定的晶体结构类型、晶胞大小、晶体中原子、离子或分子数 日的多少，因此能给出特定的x射线衍射花样。一种多晶物质，无论是纯相还是存在于多 相混合试样中，没有两种不同的结晶物质可以给出完全相同的衍射花样。未知混合物的x 射线衍射花样是混合物中各相物质衍射花样的总和，每种相的各衍射线条的d值、相对强度 小变。这是x射线衍射定性分析(物相鉴定)的基础。 衍射定性分析的基本方法是将未知物相的衍射花样与标准谱图库中已知物质的衍射花 合委员会，编辑出版粉末衍射卡组，为查寻与未知物质花样对照的卡片，编制了各种索引， 每年仍然增补新物相或修改原物相的数据卡片。 混合物复相分析比较复杂，必要时要进行样品的分离、再结晶等处理。衍射谱图非常接 近时，还需要元素分析等辅助手段帮助确定分析结果。 2衍射分析在催化研究中的应用 衍射分析在催化研究中的应用包括催化剂的剖析、催化剂研制及应用过程中各阶段物相 组成变化、活性组分变化状况等，是催化研究中不可缺少的分析手段。从催化剂的剖析结果 可以推断催化剂载体和活性组分的类型。通过对催化剂研制过程中各阶段的样品分析，帮助 了解工艺条件变化对各物相组成的影响。 在催化剂的研究中，总要涉及催化剂的活性、稳定性、失活机理等问题，这些问题与催 化荆的活性物相有关。催化剂的物相组成往往是决定其活性和选择性的重要因素。 为了能确切测量在不同气氛、温度、压力条件下催化剂等各种材料的结构组成变化，近 年设计开发了原位技术。由于x射线强度被衍射仪附件的窗口强烈衰减，金属镀等窗口厚度 在微米数量级，不能承受较大压力，附件只能在常压或低压下使用，并且一些反应气体腐蚀 性较强，使原位技术在衍射仪上的应用受到限制。清华大学自行设计了“原位”x射线衍射 样品池，用于低压合成甲醇铜基催化剂等的测试”1。 3X射线衍射在高聚物研究中的应用 x射线衍射在高聚物研究中的应用非常广泛“…“，主要有两个方面：其一是高聚物材 料的相分析，包括高聚物材料本身和各种添加剂的物相分析，其二是聚集态结构参数的测定， 如聚合物结晶度和取向度的测定、晶粒尺寸测定等。其它的应用还有应力测定、x射 线小角散射分析等。对于薄膜、纤维等样品需要专门的薄膜、纤维、拉伸等附件。 3．1聚合物结晶度的测定： 高聚物聚集状态与产品性能关系密切，结晶度是描述聚合物结构和性能的重要参数，与 力学性能、光学性能等有盲接关系。结晶度高则硬度大，拉伸强度高，但冲击强度差且透明 性不良。可通过成型条件来控制结晶度，达到改善产品性能的目的。 高聚物的结晶度，即高聚物中包含的结晶部分的重量分数。在许多情况下，并ji一定需 耍绝对结晶度，而是从x射线衍射得到一个再现值，以便对同一种聚合物不同样品的结晶度 进行比较。这个相对值也称为结晶指数。 3．2聚合物取向度的测定： 合成纤维、薄膜往往是在一定条件下，经过不同形式拉伸工艺制成的。在拉伸和热处理 过程中，高聚物的分子链沿拉伸方向排列，即沿拉伸方向择忧取向。取向度是表征纤推、薄 膜等聚合物材料聚集结构的重要参数，它直接影响材料的性能。 用x射线衍射技术研究结晶聚合物的取向度是有效的方法。可分别用取向因子、取向度 和极图来表征高聚物的取向特性。 3．3晶体粒度大小的测定： 晶体粒度的大小对高聚物的性能有密切关系。如果晶体粒度太小，就不能再近似地看成 有无限多晶面的理想晶体，通过x射线衍射仪测量时，衍射线条将变得不敏锐而弥散加宽。 根据峰的宽化程度，通过谢乐公式，可以测量这类晶体的粒度大小。 3．4应力测试： 除有专门的应力分析测试仪外，在