材料分析方法终极.docx

X射线的本质是电磁波，是高速带电粒子与物质原子中的内层电子作用产生的；波长（0.01~10 nm）短，能量大，穿透物质能力强。用于衍射分析的X射线：0.05~0.25 nm软X射线（λ1? ），能量较低；硬X射线（λ1?）,能量大。X射线具有波粒二相性，波动性反映物质连续性（例如晶体衍射）；粒子性：具有一定能量的粒子流，反映物质运动的分立性。（例如光电效应和荧光辐射。）波长越短，X射线能量越大X射线产生原理：高速运动的电子与物体(靶)碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1%左右）能量转变成X射线，而绝大部分（99%左右）能量转变成热能使物体温度升高。（阳极靶发热）；高速运动的电子被突然减速时，就能产生X射线；X射线产生的基本条件：产生自由电子；使电子作定向的高速运动;在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。X射线与物质相互作用，就能量转换而言，一束X射线通过物质时，分为三部分：一部分透过物质继续沿原来的方向传播（波长改变不改变部分）；一部分被吸收（真吸收—光电效应、俄歇效应、荧光X射线、正电子吸收、热散能量）：一部分被散射（相干散射和非相干散射）光电效应；当入射光量子的能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能时，此光量子就很容易被电子吸收，获得能量的电子从内层逸出成为自由电子，称光电子，原子则处于相应的激发态。这种原子被入射辐射电离的现象称为光电效应。光电效应消耗大量入射能量，表现为吸收系数突增，对应的入射波长即为吸收限；重元素：ω较大，用X射线荧光光谱分析；轻元素：A较大，适合俄歇电子能谱分析。俄歇反应：K层电子被光量子击出后，L层电子跃入K层，此时多余的能量（EL-EK）不以辐射X光量子的方式放出，而是被另一L层电子吸收而逸出L层， 这样，一个K层空位造成两个L层空位，这一过程称为俄歇效应。跃出L层的电子称为俄歇电子。俄歇电子的能量与激发源（光或电子）的能量无关，只取决于物质的能级结构，是元素的特征值。俄歇效应特别适合做表面轻元素的分析；不同晶面的反射线若要加强，必要条件：相邻晶面反射线的波程差为波长的整数倍。衍射束的方向决定于晶胞的大小和形状，也就是通过衍射束方向，可以测出晶胞的形状和尺寸单晶体衍射花样：规则排列的衍射斑点；多晶体衍射花样：一系列的同心衍射环；非晶体：一个散漫的中心斑点。劳埃照相法：连续X射线照射不动的单晶体，故波长λ变化，夹角不变；周转晶体法：单色X射线照射转动的单晶体，故波长λ不变，夹角变化；粉末法：单色X射线照射多晶体，故波长λ不变，夹角变化；散射因数 f （表示散射能力强弱）与原子序数Z有关，Z 越大，f 越大；FHKL2称结构因数，表征单胞的衍射强度，反映了单胞中原子种类、数目及原子位置对(HKL)晶面衍射方 向上衍射强度的影响。依次为 多重性因素，结构因数，角因数，吸收因数，温度因数。物相分析原理：任何一种物质，都具有特定的结构参数（晶体结构、晶胞大小，晶胞中原子数目以及原子位置）。他们在特定波长的X射线照射下，会呈现该物质特有的多晶体衍射花样。多相试样的衍射花样互不干扰，由它所含物质的衍射花样机械叠加。物相定量分析的依据：各相衍射线的强度随该相含量的增加而提高。点阵参数测定时，应选用高角度衍射线。用外推法时，应选 50的多条衍射线，且在80以上至少有一条线。X射线衍射分析：（非晶态）少数宽的散射峰组成；（晶态加少量非晶）少数宽的散射峰组成；内应力对X- Ray衍射线条的影响：宏观应力（宏观体积存在）：使衍射峰左右移动；微观应力（数个晶粒范围内存在）：使衍射峰变宽；超微观应力（若干个原子范围内存在）：使衍射峰的强度变弱。X射线测量宏观应力的基础:当承受一定宏观应力 时，同族晶面间距随晶面方位及应力大小发生有规律的变化，导致衍射线向某方向位移K称应力常数，它决定于待测材料的弹性性质及所选衍射晶面的衍射角(即晶面间距 d 及光源波长 )。光分析法: 基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法。在研究物质组成、结构表征、表面分析等、方面具有其他方法不可取代的地位。AES：原子发射光谱分析：以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发射出特征光谱进行定性、定量分析的方法。特点：多元素同时检测；分析速度快；选择性好；灵敏度高；准确度高；试样用量较少；ICP-AES性能优越，线性范围宽。不足：非金属元素不能检测或灵敏度低。AES仪器由光源、单色系统、检测系统三部分组成。AES定性分析原理：由于各元素的原子结构不同，在光源激发下，试样中各元素都发射各自的特征光谱（谱线有多有少），通过识别元素的一条或数条特征谱线的波长，可以进行元素定性分析（标样光谱比较法和铁光谱比较法）。AES定量分析原理：原子发射光