多晶体分析方法培训课件.ppt

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1、第三章多晶体分析方法第一节引言第二节粉末照相法第三节X射线衍射仪第一节引言粉末法是由德国的debye和Scherrer于1916年提出的。粉末法的优点:粉末法是所有衍射法中最为方便的方法，它可以提供晶体结构的大多数信息。粉末法是以单色X射线照射粉末试样为基础，其试样可以是:多晶体试样;用粘结剂粘结的粉末。粉末法可以分为照相法和衍射仪法.照相法:根据试样和底片的相对位置不同可以分为三种：(1)德拜-谢乐法:底片位于相机圆筒内表面，试样位于中心轴上；(2)聚焦照相法:底片、试样、x射线源均位于圆周上；(

2、3)针孔法:底片为平板形与x射线束垂直放置，试样放在二者之间适当位置。所有的衍射法的共同点:其衍射束均在反射圆锥面上，圆锥的轴为入射束。各个圆锥均由特定的晶面反射引起的。在粉末试样中有相当多个粉末颗粒，含有相当多的晶面，这些晶面是随颗粒一起在空间随机分布的。当一束x射线从任意方向照射到粉末样品上时，总会有足够多的晶而满足布拉相方程，在与入射线呈2θ角的方向上产生衍射，衍射线形成一个相应的4θ顶角的圆锥。图示绘出了x射线在粉末样品上发生衍射时的衍射线的空间分布(绘出了四个衍射圆锥)。常见的是多晶体的块

3、状试样，如果晶粒足够细(在30µm以下)将得到与粉末试样相似的结果，但晶粒粗大时参与反射的晶面数量有限，所以发生反射的概率变小，这样会使得衍射圆锥不连续，形成断续的衍射花样。第二节粉末照相法1.粉末法成像原理粉末法的样品:由数目极多的取向完全是无规则的微小晶粒组成.2.德拜-谢乐法多晶体粉末的衍射花样可以用照相法记录。要解决的问题是如何得到圆锥的照片，如何测定2θ角，如何由θ角推算出圆锥所属的晶面。图示为德拜法的衍射几何。当需要计算θ角时，首先要测量衍射圆孤的弧对间距2L。则式中R为相机半径，即圆筒

4、底片的曲率半径。如果上式中的θ用角度表示，则因为x射线波长为己知量，所以在计算出θ角之后，可利用布拉格方程算出每对衍射圆弧所对应的反射面的面间距。对于衍射线相对强度，当要求不很精确时，一般可用自测。把一张衍射花样中的线条分为很强、强、中、弱、很弱等五级，也可以把最强的线条定为100，余者则按强弱程度用百分数来表示。如需要精确的衍射强度数据．则需要用衍射仪法，并且要通过衍射强度公式进行计算。第三节X射线衍射仪照相法的缺点：摄照时间长；准确度不高；照相法的优点：设备简单，价格便宜，在试样非常少的时候，如

5、1mg左右时也可以进行分析，而衍射仪则至少要O.5g；可以记录晶体衍射的全部信息，需要迅速确定晶体取向、晶粒度等时尤为有效；另外在试样太重不便于用衍射仪时照相法也是必不可少的。衍射仪法的优点：速度快、强度相对精确、信息量大、精度高、分析简便、试样制备简便等等。衍射仪对衍射线强度的测量是利用电子计数器直接测定的，将进入计数器的衍射线变换成电流或电脉冲，这种变换电路可以记录单位时间里的电流脉冲数，脉冲数与x射线的强度成正比，于是可以较精确地测定衍射线的强度。测角仪是衍射仪的核心部件，相当于粉末法中的相机

6、。基本构造如图所示。(1)样品台H：位于测角仪中心；(2)x射线源：由x射线管的靶T上的线状焦点S发出的；(3)光路布置：发散的x射线由S发出，投射到试样上，衍射线中可以收敛的部分在光阑F处形成焦点，然后进入计数管G。A和B—狭缝：获得平行的入射线和衍射线，即只让处于平行方向的x线通过，将其余的遮挡住。测角仪圆：光学布置上要求S、G(实际是F)位于同一圆周上，这个圆周叫测角仪圆。(4)测角仪台面：狭缝B、光阑F和计数管G固定于测角仪台E上，台面可以绕D轴转动，角位置可以从刻度盘K上读取。(5)测量动

7、作即θ-2θ连动：样品台H和测角仪台E可以分别绕O轴转动，也可机械连动，机械连动时样品台转过θ角时计数管转2θ角，这样设计的目的是使x射线在板状试样表面的入射角经常等于反射角。这一动作为θ-2θ连动。在进行分析工作时，计数管沿测角仪圆移动，逐一扫描整个衍射花样。2．测角仪的衍射几何图测角仪的聚焦几何1一测角仪圆；2一聚焦圆图示为测角仪衍射几何的示意图。衍射几的关键问题：一方面要满足布拉格方程反射条件，另一方面要满足衍射线的聚焦条件。可以证明其中R为测角仪半径。当θ=O时，聚焦圆半径为∞；θ=90º时

8、，聚焦圆直径等于测角仪圆半径，即2r=R。衍射仪可使计数管沿FO方向径向运动，并与θ一2θ连动，使F始终在焦点上。采用平板试样的目的：使试样表面始终保持与聚焦圆相切，即聚焦圆的圆心永远位于试样表面的法线上，还必须让试样表面与计数器保持一定的对应关系，即当计数器处于2θ角的位置时，试样表面与入射线的掠射角为θ。为了能随时保持这种对应关系，衍射仪应使试样与计数器转动的角速度保持l：2的速度比，这便是θ-2θ连动的主要原因之一。3.衍射仪的测量方法连续扫描测量法：图示为衍射