X射线衍射仪及物相定性分析

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1、第五章X射线衍射仪及物相定性分析回顾－－粉末法成像原理粉末试样是由数目极多的微小晶粒组成。这些晶粒的取向完全是任意无规则的。各晶粒中指数相同的晶面取向分布于空间的任意方向。如果采用倒易空间的概念，则这些晶面的倒易矢量分布于整个倒易空间的各个方向，而它们的倒易结点布满在以倒易矢量的长度

2、g*

3、为半径的倒易球面上。粉末法成像原理圆柱试样的衍射几何5.1引言1、发展历史：劳埃照相、德拜照相、衍射仪2、德拜照相的优缺点：优点：设备简单、要求试样量少缺点：摄照时间长、准确度不高3、衍射仪的优缺点：优点：测量精确、信息量大、速度快、操作简便缺点：设备昂贵、要求试样量大特别是近年来，X射线衍射

4、仪向大功率和全自动化的方向迅速发展，采用计算机控制，结果数字化，衍射分析有特定的程序，这就更充分显示了X射线衍射仪方法的优越性。目前，绝大部分衍射工作都可以在X射线衍射仪上进行。5.2X射线衍射仪的原理与结构X射线衍射仪基本构成图5－1为布鲁克D8型多晶X射线衍射仪X射线衍射仪由以下几个部分：1、X射线发生器；2、测角仪；3、辐射探测器；4、记录单元；5、控制单元；其中测角仪是仪器的中心部分。A.X射线测角仪在X射线衍射仪中X射线光源是固定的而让平板试样，在线光源形成的平面上转动，以改变X射线与晶面的夹角，让不同的晶面满足布拉格关系产生衍射。根据测角平面的设计方式分为两种：水平、

5、立式（垂直）水平测角仪立式测角仪衍射仪设计的测角方式有两种：1、光源不动，试样与探测转转动，试样转动θ角，探测器转动2θ，它们保持θ－2θ关系，即为θ－2θ模式。2、试样不动，与探测转动，光源转动θ角，探测器转动θ，它们保持θ－θ关系，即为θ－θ模式。衍射仪的特点：a.测角精度要高，角度重现性一般达到0.0002度，高精度达到0.0001度；b.样品台，探测器大圆必须同轴；c.对聚焦光路平板试样的衍射面必须严位于中心轴平面上；B.光路图测角仪要求与X射线管的线状焦点联接使用，线焦点的长边方向与侧角仪的中心轴平行。X射线管的线焦点F的尺寸—般为(1.5x10)毫米。为控制X射线的发

6、散度，在测角仪中采用由狭缝光栏与梭拉光阑组成的联合光阑系统，聚焦光路如图中所示。测角仪的光学布置平行光路衍射几何在平行光路衍射时样品表面不平－即不在中心轴平面上C.探测器（1）闪烁计数器这种类型计数器是利用X射线激发其种物质产生可见的荧光，这种可见荧光的多少与X射线强度成正比。图1－21闪烁计数器示意图（2）锂漂移硅检测器锂漂移硅检测器是一种固体探测器，通常表示为Si(Li)检测器。它也和气体计数器一样，借助于电离效应来检测X射线，但这种电离效应不是发生在气体介质而是发生在固体介质之中。当一个外来的X射线光子进入之后，它把价带中的部分电子激发到导带，于是在价带中产生一些空穴，在

7、电场的作用下这些电子和空穴都可以形成电流，故把它们称为载流子。在温度和电压一定时，载流子的数目和入射的x射线光子能量成比例。在半导体中产生一个电子—空穴对所需要的能量等于禁带的宽度，对硅而言，其值为1.14电子伏特。但是在激发的过程中还要有部分能量消耗于晶格振动，因此，在硅中激发一个电子—空穴对实侧的平均能量为3.8电子伏特。一般的X射线光子能量为数千电子伏特，因此，—个X射线光子可激发大量的电子—空穴对，这个过程只要几分之一微秒即可完成。所以，当一个X射线光子进入检测电路时，就产生一个电脉冲，我们可以通过这些电脉冲来检测X射线的能量和强度。锂漂移硅检测器D.衍射图：当样品探测器

8、进行θ－2θ连动时，探测器记录下X射线的强度，并将X射线的强弱转变成电讯号，记录下每一点的平均强度，这样，衍射仪就能自动记录下来绘成衍射强度随角度变化的情况。即θ－2θ曲线，氧化铝粉的X射线衍射分析（θ－2θ曲线）E.衍射仪工作方式(1)连续扫描探测器以一定的速度在选定的角度内进行连续扫描，探测器以测量的平均强度，绘出谱线，特点是快，缺点是不准确，一般工作时，作为参考，以确定衍射仪工作的角度。(2)步进扫描探测器以一定的角度间隔逐步移动，强度为积分强度，峰位较准确。F.峰值的确定现代衍射仪的测量与计算均由计算机来控制,在出现峰值时，计算机根据一定的规则确定峰位，即2θ角的位置。确

9、定峰位的方法很多，通常使用切线法，即根据峰的陡度即切线斜率的改变值来确定峰位（峰顶处，改变较大）。当确定为峰值时，就测出其相应的2θ角然后根据布拉格公式，计算出每一个峰所对应的干涉面的d值，并打印在衍射峰上，同时给出对应的峰高度，即衍射强度。据此可进行物相分析。5.3定性物相分析物相分析的任务是鉴别待测试样由哪些物相所组成，而非元素组成，它所进行的是未知物质的结构分析。A.基本原理：每种结晶物质都有特定的结构参数，这些参数均影响这X射线衍射线的位置、强度。位置：晶胞的形状、大小，