X射线多晶衍射法物相分析.doc

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1、X射线多晶衍射法物相分析1目的要求(1)掌握X射线多晶衍射法的实验原理和技术。(2)学会根据X射线衍射图，使用X射线粉末衍射索引和卡片进行物相分析。2基本原理若以代表晶体的一族晶面的指标，是这族晶面中相邻两平面的间距，入射X射线与这族晶面的夹角满足下面布拉格方程时，就可产生衍射。式中n为整数，表示相邻两晶面的光程差为n个波，所以n又叫衍射级数，式中常用表示，称为衍射指标，它和晶面指标是整数位关系。当单色X射线照到多晶样品上时，由于多晶样品中含有许许多多小晶粒，它们取向随机地聚集在一起，同样一族晶面和X射线夹角为的方向有无数个

2、，产生无数个衍射，形成以入射线为中心，为顶角的衍射圆锥，它将对应于X射线衍射图谱的一个衍射峰。多晶样品中有许多晶面族，当它们符合衍射条件时，相应地会形成许多以入射线为中心轴张角不同的衍射线。不同的晶面其晶面间距不同，可见晶面间距决定了衍射峰的位置，而晶面间距d是晶胞参数的函数，所以衍射峰的位置是由晶胞参数所决定的。至于衍射峰的强度I与结构因子｜F｜2成正比，而｜F｜2是晶胞内原子的种类、数量、坐标的函数，因此，衍射强度是由晶胞的结构所决定的。由于每一种晶体都有它特定的结构，不可能有两种不同的晶体物质具有完全相同的晶胞参数和晶胞结构，

3、也就不会有两种不同的物质具有完全相同的衍射图，晶体衍射图就象人的指纹一样各不相同，即每种晶体都有它自己的“d/n～I”数据，可以据此来鉴别晶体物质的物相。若一物质含有多种物相，这几种物相给出各自的衍射图，彼此独立，互不相干，即由几种物相组成的固体样品的衍射图，是各个物相的衍射图，按各物相的比例，简单叠加在一起构成的。这样就十分有利于对多相体系进行全面的物相分析了。国际粉末衍射标准联合会(JCPDS)已收集了几万种晶体的衍射标准数据，并编制了一套X射线粉末衍射卡片(PDF，其内容和检索方法见附2)。实际工作中只要测得试样的多晶衍射数

4、据，再去查对粉末衍射卡片，即可鉴定试样，进行物相分析。3仪器试剂X射线衍射仪玛瑙研钵分样筛粉末样品板选择若干合适晶体的未知物样品4实验步骤(1)预习：有条件的情况下，利用附1介绍的X射线多晶衍射法物相分析的模拟软件，预习X射线多晶衍射法进行物相分析的基本过程。(2)制样：用玛瑙研钵将样品研细后，通过325目筛，将筛下物放在样品板的槽内，略高于槽面，用不锈钢片适当压紧样品，且表面光滑平整，必要时可滴一层酒精溶液(或溶有少量苯乙烯的甲苯溶液)，然后将样品板轻轻地插在测角仪中心的样品架上。(3)测试：①首先打开冷却水阀门和

5、总电源及计算机稳压电源。②打开X射线发生器总电源，将稳压、稳流调节至最小值，关好防护罩门，调整好水量，待X射线准备(READY)指示灯亮时，可打开X光机。③打开测量记录柜电源，调整速率计的时间常数和量程，调整走纸速度，安好记录笔后打开记录仪电源，按下记录笔按钮。④打开计算机电源，在0号和1号驱动器分别插入系统盘和数据盘，并输入测量日期和时间。⑤选择工作内容(F测量)和设定计数管高压及脉高分析器的基线和窗口。⑥输入电压、电流、靶材等测试条件以及扫描方式、重复次数、扫描范围、速度、取样间隔、停留时间、文件名称和各狭缝大小等测量

6、工作程序。事先测准测角仪的零点数值，存入磁盘中，按要求输入后，仪器将测角仪自动调零。⑦输入测量程序号，则测量工作开始进行。⑧待测量工作完成后，先退掉管流，再退掉管压。⑨关闭X射线电源开关和记录仪开关。将计算机转入结束状态，取出磁盘，并关计算机。关掉记录柜开关，撕下记录的图谱，将记录笔取下，并戴好笔帽。⑩10min后，关闭循环水泵电源开关，关掉冷却水。切断稳压电源和总电源开关。 5数据处理(1)衍射图上沿记录纸运转方向代表衍射角的坐标，与坐标垂直的方向代表衍射线的强度从衍射图上找出所有的衍射峰，并求出它们所对应的和值(以衍

7、射峰的高度近似地表示衍射强度)。(2)按照布拉格方程，因λ和已知，故可计算出各晶面的值，以最强衍射线的强度为100，求出其余各条衍射线的相对强度。(3)将＜90°的三条最强线，按顺序排好(、、及对应的、、)，然后按照强度顺序将其余的五条次强线排列在它们的后面(、、、、及对应的、、、、)。根据最强线的晶面间距，在Hanawalt索引(见附2)上找到所属的分区，根据、大致判断试样可能是什么物质，再根据、、…进一步确认。若、、…、的数值及相对强度顺序与索引上列出的某一物质的数据基本一致，可初步确定试样中含有该物质，记下该物质的卡片号。

8、此步骤也可使用Fink索引，或是将、轮流作为最强线，重复检索。(4)找出该物质的卡片，将卡片上所有衍射峰的值及值与实验值核对，全部符合时即可肯定物相的存在，记下该物质的名称及所需的资料。6注意事项(1)粉末法要求样品磨得非常细，以