现代材料分析与测试技术第4章多晶体的物相分析.ppt

第四章 多晶体的物相分析 X射线物相分析的任务: 是利用X射线衍射方法，对试样中由各种元素形成的具有固定结构的化合物(其中也包括单质元素和固溶体)，即所谓物相，进行定性和定量分析。 X射线物相分析给出的结果，不是试样化学成分，而是由各种元素组成的固定结构的化合物(即物相)的组成和含量。 4.1 物相的定性分析 1. 基本原理 2. PDF卡片 3. PDF卡片索引 4. 分析方法 5.计算机自动检索 基本原理 任何一种结晶物质(包括单质元素、固溶体和化合物)都具有特定的晶体结构(包括结构类型，晶胞的形状和大小，晶胞中原子、离子或分子的品种、数目和位置),在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有的衍射花样。每一种晶体物质和它的衍射花样都是一一对应的。多相试样的衍射花样是由它和所含物质的衍射花样机械叠加而成。 定性相分析的判据。 定性相分析的判据 通常用d（晶面间距表征衍射线位置）和I（衍射线相对强度）的数据代表衍射花样。用d-I数据作为定性相分析的基本判据。 定性相分析方法是将由试样测得的d-I数据组与已知结构物质的标准d-I数据组（PDF卡片）进行对比，以鉴定出试样中存在的物相。 PDF卡片 1. PDF卡片简介； 2. PDF试样图； 3. PDF试样结构图； 4. PDF卡片内容。 PDF卡片内容 ①1a，1b，1c三个位置上的数据是衍射花样中前反射区(2θ＜90°)三条最强衍射线对应的面间距，1d 位置上的数据是最大面间距。 ②2a，2b，2c，2d就是上述各衍射线的相对强度，其中最强线的强度为100。 ③实验条件： Rad为辐射种类(如 CuKa)； λ为波长； Filter为滤波片； Dia为相机直径； Cut off为相机或测角仪能测得的最大面间距； Coll为光阑尺寸； I／I1为衍射强度的测量方法； d corr.abs？为所测直径 d值是否经过吸收校正； Ref为参考资料。 ④晶体学数据： Sys为晶系； S.G为空间群； a0，b0 ，c0 ，α，β，γ为晶胞参数； A＝a0／b0，c＝c0／b0， Z为晶胞中原子或分子的数目， Ref为参考资料。 ⑤光学性质： εα，nwβ，εγ为折射率； Sign为光性正负； 2V为光轴夹角； D为密度； mp为熔点； Color为颜色； Ref为参考资料。 ⑥试样来源，制备方法，化学分析，有时亦注明升华点(S.P.)，分解温度(D.T.)，转变点(T.P.)，摄照温度等。 ⑦物相的化学式和名称。 数字表示单胞中的原子数；英语字母表示布拉菲点阵类型： C为简单立方； B为体心立方； F为面心立方； U为体心正方； R为简单菱方； H为简单六方； O为简单斜方； P为体心斜方； Q为底心斜方； M为简单单斜； N为底心单斜； Z为简单三斜。 ⑧矿物学名称: 右上角的符号标记表示： ★为数据高度可靠； i为已指标化和估计强度，但可靠性不如前者； o为可靠性较差； c为衍射数据来自理论计算。 ⑨晶面间距，相对强度和干涉指数。 ⑩卡片的顺序号。 例如：22－1445，表示第22集中的第1445号卡片。 4.1.3PDF卡片索引 PDF卡片索引是一种能帮助实验者从数万张卡片中迅速查到所需要的PDF卡片的工具书。由JCPDS编辑出版手册有： Hanawalt无机物检索手册； 有机相检索手册； 无机相字母索引； Fink无机索引； 矿物检索手册等品种。 4.1.4 分析方法 定性相分析一般要经过以下步骤： ①获得衍射花样： ②计算面间距d值和测定相对强度I/I1值 ③检索PDF卡片 ④最后判定 4.1.5 计算机自动检索 用电子计算机控制运行的近代X射线衍射仪都配备有计算机自动检索的软件。 目前比较熟悉的计算机自动检索系统主要有： Johns ///’o－Vand系统 和Frevel系统。 其中Johnson－Vand系统由于能检索全部JCPDS－PDF卡片，故得到JCPDS的推荐，所以应用较为普遍。 计算机自动检索系统 计算机自动检索系统主要由： 建立数据文件库 和检索匹配两部分组成。 4.2 物相定量分析 4.2.1 定量分析基本原理 定量分析的基本任务是确定混合物中各相的相对含量。 我们测得的衍射强度Ia是经试样吸收之后表现出来的，即衍射强度还强烈地依赖于吸收系数μl，而吸收系数也依赖于相浓度Cα，所以，要测α相含量首先必须明确Iα、Cα、μl之间的关系。 衍射强度的基本关系式(衍射仪)如式 式中: λ3/r是实验条件确定的参量 F2Pψ(θ)e－2M/Vc2是与某相的物质有关的参量， 1/μl是与某相的性质有关的参量， 但在多相物质中应为1/μ(混合物的线吸收系数)，与含量Cα(体积分数)也有关。 所以，公式中除μ以外均与含量无关，可记为常数K1