X射线衍射法XRD.ppt

X射线衍射仪分析法的应用 1、用于晶体元素和结构的分析： 原理：由布拉格公式nλ=2dsinθ可得， （1）用已知波长λ的X射线照射晶体样品，通过测定θ，可以计算得出晶体间距d。这就是X射线晶体结构分析。 （2）用已知d的晶体，通过测量θ，可以计算得出特征X射线的波长λ，由此查出样品所含的元素。这就是X射线衍射元素的定性分析。 其中，n为衍射级数，整数。λ为X射线波长。d为晶面间距。θ为掠射角，入射角的补角。 X射线衍射仪分析法的应用 2、物相的定性或定量分析 物相分析，即分析物质组分及其含量。 XRD是晶体的“指纹”，不同的物质具有不同的XRD特征峰值（峰位置、相对强度和扫描范围内的峰数）。 样品中如果存在多个相，样品的衍射谱是各相衍射谱的简单叠加。 X射线衍射仪分析法的应用 物相的定性分析： 物相分析基本方法就是将待分析物质的衍射图与标准单相物质的衍射图对照，从而确定物质的组成相。 衍射仪法得到衍射图谱，目前常用“粉末衍射标准联合会(JCPDS)” 的“粉末衍射卡片（PDF卡片）”进行物相分析，确定组成。 X射线衍射仪分析法的应用 物相的定量分析： 则根据各相衍射的强度正比于该组分的量。 物相定量分析方法有: 内标法、外标法、绝热法、增量法、无标样法、基体冲洗法和全谱拟合法等常规分析方法。 内标法是最经典的定量物相分析方法。 即在被测的粉末试样中加入一种含量恒定的标准物质制成复合试样。标准物质一般可用刚玉 (α—Al2O3)?。 通过测定复合试样中待测相的某一衍射线强度与内标物质某一衍射线强度之比，测定待测相的含量。 X射线衍射仪分析法的应用 3、结晶度的测定 两态分明的体系中衍射图由两部分简单叠加而成，一部分是晶态产生的衍射峰，另一部分非晶态产生的弥散隆峰。理论推导得出，质量结晶度公式： 其中，Xc：质量结晶度；Ic：晶体部分的衍射强度；Ia：非晶体部分的衍射强度；k：单位质量非结晶态与晶态的相对衍射线系数，称总校正因子，理论上 k ≈ 1。 X射线衍射仪分析法的应用 4、晶粒尺寸和点阵畸变的测定 晶粒尺寸是材料形态结构的指标之一。 材料中晶粒尺寸小于10nm时，将导致多晶衍射的衍射峰显著增宽。故根据衍射峰的增宽可以测定其晶粒尺寸。 这里需要指出，多晶材料中晶粒数目庞大，且形状不规则，衍射法所测得的“晶粒尺寸”是大量不同大小、不同衍射方向的晶粒的一种统计平均。 X射线衍射仪分析法的应用 1918年谢乐（Scherrer ）首先提出的晶粒平均尺寸与衍射线真实宽度之间有的数学关系: 晶粒尺寸公式 D：晶粒尺寸（nm） ?：衍射角 ?：衍射峰的半高宽，在计算的过程中，需转化为弧度 （rad） ?：单色入射X射线波长(单位：nm) K：为谢乐Scherrer常数， 当β为峰的半高宽时 k=0.89； 当β为峰的积分宽度时 k=0.94 X射线衍射仪分析法的应用 点阵畸变：在局部范围，原子偏离其正常的点阵平衡位置的现象。 点阵畸变 d：晶体间距 ?：点阵畸变造成的衍射线宽度 ?：衍射的布拉格角 X射线衍射仪分析法的应用 5、晶胞参数的测定 晶胞参数也称点阵常数，即棱长棱角a、b、c、α、β、γ，这些是晶体的重要基本参数。 晶胞参数的精确测定可用于研究物质的热膨胀系数、固溶体类型及含量、固相溶解度曲线、宏观应力、化学热处理层的分析、过饱和固溶体分解过程等。 X射线衍射仪分析法的应用 测定已知多晶材料点阵常数的基本步骤： 1）获取衍射相：获取待测试样的粉末衍射相，用照相法或衍射仪法; 2）计算晶面间距d：根据衍射线的角位置计算晶面间距d； 3）标定指数hkl：标定各衍射线条的指数hkl(指标化)； 4）计算点阵常数：内d及相应的hkl计算点阵常数 (a,b,c等) 5）消除误差，得到精确的点阵常数值 6、其他应用 应力的测定、单晶取向和多晶织构的测定等等。 X射线衍射仪分析法的应用 总之，通过X射线衍射分析, 可以测得试样的结晶度、晶粒大小、点阵参数、由哪几种物质构成以及各物质的含量等, 可以对薄膜材料进行厚度、粗糙度等的测定, 同时还可以由多晶材料得到类单晶衍射数据, 从而获得试样的晶体结构等等。 X射线衍射法的应用分析金矿组分的实例 以墨江金矿三、四期矿样的物质成分研究进行说明X 衍射的工作方法和分析步骤, 具体是: 1) 分析矿样特征。 由于墨江三、四期矿样均为褐色砂状矿样, 以氧化物为主, 用水析分离后表明三期矿石风化程度较大。 2) 光谱分析。 对矿样的平均样品进行光谱分析, 确定矿样中大致上所含元素种类。光谱分析结果表明硅、铝、镁、铁含量较高, 同时还有少量的其他元素。 X射线衍射法的应用分析金矿组分的实例 3) 化学分析。 对含量较高的元素进行化学分析, 得出元素在矿样中的具体含量