X射线衍射课件第2章计算机在多晶衍射中的应用.pptVIP

第二章计算机在多晶体

衍射中的应用

计算机技术在多晶体衍射中的应用主要在三个方面：仪器

的控制与数据采集；数据的处理与分析；网站与数据库的建

立和运用。

用计算机进行数据处理，大致可以分为两方面：

一是对实验谱的直接处理，如对数据进行平滑、去噪声、

扣除本底、Kα2衍射的剔除、确定峰位、半峰宽、峰强度、从

2θ到d的换算等，以获得精确的谱参数。谱参数是从实验谱上

得到的，反映实验谱结构的参数（如衍射峰的位置、高度、

宽度等）和经简单换算可得到的参数，如d、I/I1等。进行这些

处理的一般随衍射仪提供，是必备软件。不同的生产厂家的

处理方法也可能不相同，这里介绍一般的处理方法。

二是依据欲解决的问题对谱参数进一步进行处理和分析。

为进行这种处理和分析编制的计算机软件常称为应用软件。

要解决的问题不同作用需要不同的软件。对同一要解决的问

题，可以有不同的数据处理方法，软件将根据数据处理的方

法编写。不同的仪器和软件供应商可能采用不同的数据处理

方法。如全谱拟合法测定实际晶体的微结构，粉末衍射从头

晶体结构测定等。应用软件常常不是衍射仪的必备软件，实

验者根据自己的工作需要而选购。

应用计算机建立有关粉末衍射的各种网站和数据库。网站

和数据库收集了大量的数据、资料、信息，而且便于联结、

交流、使这些数据、资料、信息可以共享、共用。可以认为，

网站和数据库的建立是计算机对社会（包括对粉末衍射）的

一大贡献。

一、实验谱的基本处理

（一）数据处理的目的和步骤

1、干扰信号的排除

多晶体衍射谱是一张X射线散射（衍射）强度（Y）随散射

（衍射）角（2θ）的变化谱。其中包含的信息很复杂有被研

究样品产生的衍射和散射（康谱顿散射、漫散射、热温散射

等），由仪器、空气等非样品产生的各种散射，样品中夹杂

的非晶体材料形成的散射；有光源发射X光的本征波动造成

的信号的随机波动及光源光谱色散的影响；有探测仪器和电

子电路中产生的各种噪声信号等。我们需要的是样品晶体的

衍射信号，对其他的各种散射、噪声和影响是不感兴趣的。

而这些散射或噪声信号有时会很强，会掩盖晶体的衍射信号，

发生干扰。

因此，如何排除这些干扰信号，萃取出需要的衍射信号，就

是第一步数据处理的基本目的。同时，要防止因为处理使信

号畸变，造成失真，如已发生了，则要设法消除。

各种干扰信号归结起来可以分为两类。一类是随机的波动，

如光源的发射波动，空气散射，电子电路的电子噪声等。这

些信号一般表现为幅度不大的随机高频振荡，就统称为噪声。

可以用平滑的方法去除。另一类为确定的可重复信号，如非

晶体材料的散射。这是为数不多的宽大低矮的“馒头”峰，

与陡峭、众多的衍射峰完全不同的，可以用拟合法排除。这

类非随机高频振荡就称为本底。噪声和本底这两个概念并不

是很明确的，认识并不统一。不同的人对此可有不同的理解，

在不同的场合也会有不同的含义，有把本底并入噪声或把噪

声算作本底的需随时注意。

2、参数测定和数据换算

去除干扰信号后的衍射谱是由在某些2θ位置上的衍射峰

构成的。这些衍射峰所处的2θ位置、峰的高度、面积、形

状（峰宽、强度分布）等参数是与被研究样品的各种结构特

性（参数）相关的。从衍射谱上测定，换算出这些数据，是

以后对这些数据作进一步分析，得到样品结构参数的基础。

在某些数据处理方法中，排除干扰信号和参数测定是结

合在一起进行的。

3、基本处理的内容和步骤

从前面的讨论可以得出，实验谱基本处理一般包括下列

内容：平滑噪声、扣除本底、分离Kα2衍射，确定衍射峰的

位置，测量峰极大处的强度，获得峰面积（积分强度），确

定峰高一半的全宽度（FWHM），数据校正等。

处理步骤大体上就是按前述的步骤，但这不是绝对的，

不仅前后次序可以调换，有的步骤还可以合并成一步处理。

（二）数据的平滑

数据的平滑主要用来排除各种随机波动。各种平滑的方法

中，最有名的是S-G方法（Savitzky-Golay在1964年提出的）。

S-G方法主要用在计算机中对各种数字光谱进行滤波（平

滑）和微分，也适用于多晶体衍射，已成为多晶体衍射数据

处理常用的方法。此法是用一个简单的数组去卷积数据点，

以进行平滑、去噪和微分，该法等于用多项式对一段数据点

进行最小二乘方拟合。被处理的数字谱必须是等间隔采集的，

而且是连续的。具体做法有：

1、移动平均取代法

2、最小二乘方多项式拟合法

3、最小二乘方权重数组平滑法

（三）本底的测定与扣除

造成本底的原因是很多的，如狭缝、样品及空气的散射等。

如使用不变的固定狭缝，则本底在低角度上升。另外，样品

中所含非晶态成分会形成大角度范围内的鼓