X射线衍射分析

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编,称JCPDS卡,至2005年已搜集到无机 物、有机物近10万张卡片,而且还在不断 增补。
10
d 1a 1b 1c 1d 7
I/I1 2a 2b 2c 2d 8
RedλFilterDia
dÅ I/I1 hkl dÅ I/I1 hkl
Cut.offInt.I/I1
Ref.
3
Sys. S.G.
9
A0 b0 c0 A C
2.用数字索引进行鉴定:样品的化学成分未知 步骤:
• 测定样品的衍射谱,确定所有衍射线的d/I值; • 根据最强线的d值,在索引中找到所属的组,再根据d2 和d3找到其中的一行; • 比较此行中的三条线,看其相对强度是否与试样的三 强线基本一致,再看其余五条线,如d/I基本一致,即可 初步断定未知物质中含有卡片所记载的这种物相; • 根据索引中查找的卡片号,将该卡片上全部d/I与试样 的d/I对比,如果完全吻合,则试样中含有卡片记载的物 相。 •若被测物由多个物相组成,去除已检出物相的衍射线后 再按上述步骤进行检索鉴定出其它各物相。
三.晶系 根据晶体的对称性,可将晶体分为七个晶系。
1·三斜晶系(triclinic)a≠b≠c,≠≠≠90 2·单斜晶系(monoclinic)a≠b≠c,==90≠ 3·六方晶系(hexagonal)a=b≠c,==90=120 4·三方晶系(rhombohedral or trigonal)a=b=c,==≠90 5·正交晶系(orthorhombic)a≠b≠c,===90 6·四方晶系(tetragonal)a=b≠c,===90 7·立方晶系(cubic)a=b=c,===90
索引分为名称索引和分子式索引。 •名称索引:编排顺序和格式同无机物的字
母索引 •分子式索引:按碳原子数排列,碳原子数相
同,按氢原子数排列,氢原子数相同,按分子式 中第三个字母字顺排列。每条格式为:规格、分 子式、化合物名称、三条最强线的d值和强度、 卡片号。
四.物相鉴定(物相定性分析)方法
1.用字母索引进行鉴定:被测物的化学成分已知 步骤: • 测定样品的衍射谱,确定各衍射线的d/I值; • 按照可能含有的物相的英文名称,与字母索引中 的三强线数据对比,找出相应的卡片; • 将实验测得的d/I值与卡片中的d/I值一一对比, 若卡片的数据与样品衍射谱中的数据吻合,即待测 样品中含有卡片记载的物相。 • 若被测物由多个物相组成,则整个样品的衍射谱 图是各物相衍射谱图的简单迭加,同理,可将其它 物相一一检出。
6栏:样品的化学成分,样品的来源等。 7栏:样品的化学式和名称。 8栏:样品的矿物学名称或通用名称,有机物为结 构式,‘’号表示卡片数据高度可靠;‘o’表示 数据可靠性差;‘i’表示数据比无记号的质量高; ‘c’表示数据是计算值。 9栏:样品各衍射线的面间距d值,相对强度I/I0 值和衍射指数hkl值。 10栏:卡片序号,若某物质需两张卡片,则第二 张在序号之后以a指示。
四.样品测定
为保证测量数据准确可靠,一般使用 背压法制样,同一样品制备三只,每只
样品重复测试三次,求其平均值。
线宽法测平均晶粒大小
晶粒小于200nm以下,能够引起衍射峰宽化,晶粒越细峰越宽, 小到几个nm时,衍射线过宽而消失在背底中。晶粒大小和衍射线 变宽间的定量关系,可由Scherrer公式计算:
五.几点说明
1.由于实际实验条件与卡片上注明的实验条件不 会完全一致,而且测定的衍射数据和卡片记载的 数据都会有一定的误差,使得实验得到的d值与 卡片上的d值不完全相等,允许有一定的误差。 2.因为影响衍射强度的因素比较复杂,所以在分 析时以d值为主,I值作为参考。 3.当混合物中某相的含量很少或某相衍射能力很 弱时,它的衍射线条可能难于显现,因此,X射 线衍射分析只能肯定某相的存在,而不能确定某 相的不存在。 4.任何方法都有局限性,有时X射线衍射分析要 与其它方法配合才能得出正确结论。
晶体对X射线的衍射
联系衍射方向和晶胞大小形状间关系的方程
1. Laue方程:以直线点阵为出发点 2. Bragg方程:以平面点阵为出发点
两个方程等效
布拉格(Bragg)方程
X射线入射到晶体上,对于一族(hkl)平 面中的一个点阵面来说,若要求面上各点的 散射线同相,互相加强,则要求入射角和衍 射角相等,入射线、衍射线和平面法线在同 一平面内。
氟化钾的标准卡片
三.卡片索引 为了从几万张卡片中快速找到所需卡片,必
须使用索引。索引有二种:
1.Hanawalt数字索引 每条的格式为:规格、8条最强线的d值和相对强 度、分子式、卡片号。 规格表示该卡片的可靠性符号,d值的下标代表 相对强度,八个d值中的前三个是2<90的三条最 强线的d值。 数字索引的编排顺序:先按八个d值中的第一个d 值的大小范围分组,在同一组中,按第二个d值 由大到小顺序往下排,第二个d值相同,按第三 个d值由大到小排列,依次类推。
晶面指数和晶面间距
一.晶面指数(密勒指数) 晶体的空间点阵可划分为一族平行而等间距的平
面点阵。晶体中的每个晶面都和一族平面点阵平行, 可根据晶面和晶轴相互间的取向关系,用晶面指数 标记同一晶体内不同方向的平面点阵族或晶体的晶 面。
晶面指数的确定方法: 1.在一组互相平行的晶面中任选一个晶面,求它在 三个坐标轴上的截距m.n.p。 2.写出三个截距的倒数比1/m:1/n:1/P,化简为互质 的整数hkl,则hkl为晶面指数,记为(hkl)。
线。
二.特征X射线
由阳极金属材料决定,波长确定 产生机理:高速电子将原子内层电子激发, 再由外层电子跃迁至内层,势能下降而产生 的X射线,波长由原子的能级决定。 如CuK1=1.5405Å
MoK1=0.7093Å 在X射线衍射分析工作中,利用的是特
征X射线,而连续X射线只能增加衍射谱图的 背底。
特征X射线的激发原理
X射线衍射分析
X-ray diffraction
X射线衍射的发展历史
1895年,德国物理学家伦琴(W.C.Rontgen)发现了X射线。
1912年,劳厄(M.von Laue)首先发现X射线可以被晶体 衍射。
1912年,英国物理学家布拉格(W.L.Bragg)提出了布拉格 方程,并于1913年与他的父亲一起,首次用X射线衍射 法测定出氯化钠的晶体结构,开创了晶体结构的X射线 衍射测定法。
K Dhkl Cos
Dhkl:垂直于hkl晶面方向的晶粒尺寸(nm)。 :(2X)射:线晶波粒长细(化n引m起)的。衍射峰的宽化(弧度)。 :衍射角(度)。 K:常数,若取半高宽,K=0.94
一.注意事项
公式中的是由晶粒大小引起的衍射峰加宽。 实验测得的衍射峰半高宽 1,除了晶粒加 宽,还有仪器造成的加宽以及K1、K2衍 射迭加造成的加宽,需经过双线校正和仪 器因子校正才能得到晶粒加宽
Baidu Nhomakorabea
二.晶面间距 用符号dhkl表示,它是指由指标(hkl)
规定的平面族中两个相邻平面之间的垂直 距离,不同的晶系有不同的计算公式:
立方晶系:1/d2=(h2+k2+l2)/a2; 四方晶系:1/d2=(h2+k2)/a2+l2/c2; 正交晶系;1/d2=h2/a2+k2/b2+l2/c2
晶面间距是晶胞参数和晶面指数的函数, 晶面指数值越小,晶面间距越大,根据经 验,实际晶体中这个晶面出现的机会也越 大。
1916年,德国科学家德拜和谢乐首先提出X射线衍射粉 末法,1917年,美国科学家哈尔也独立提出了该法,因 此,X射线粉末法被称为德拜-谢乐-哈尔(DebyeScherrer-Hull)法,揭开了利用多晶样品进行晶体结构研 究的序幕。
X射线的产生及性质
X射线的性质
X射线与可见光一样,具有电磁波性质。 X射线波长范围:1×10-3~10nm之间。 用于测定晶体结构的X射线,波长为0.05~0.25nm,
2.字母索引 (1)无机化合物
• 无机化合物名称索引,按英文名称字顺排列。 每条格式为:规格(卡片的可靠性符号)、化合 物名称、分子式、三条最强线的d值和强度、卡 片号。
• 矿物名称索引,按矿物名称字顺排列。每条 的格式为:规格、矿物名称、分子式、三条最强 线的d值和强度、卡片号。
(2)有机化合物 有机物数字索引和字母索引合为一本,字母
这个波长范围与晶体点阵的面间距大小相当,从而 产生衍射。
X射线的产生
在真空状态下,在高压电场的作用下,高速运 动的电子碰撞到阳极靶时,产生X射线。
X射线谱
X射线有二种不同的波谱,即连续X射线 和特征X射线
一.连续X射线 产生机理:由于高速电子与阳极撞击时,
穿过一层物质,降低一部分动能,穿透深浅 不同,降低动能不等,所以有各种波长的X射
日本Rigaku 转靶X射线多晶衍射仪 型号: D/max 2550 VB/PC
对样品的要求
固体样品 粉末样品:粒度<50u,W>300mg
片状、块状样品:18×16mm>长×宽>10×5mm 表面平整
X射线衍射的应用
物相的定性分析
一.物相定性分析概述 每种结晶物质都有其特定的结构,没有两种晶体会
给出完全相同的衍射谱图,因此根据某一待测样品的衍射 谱图,不仅可以知道物质的化学组成还能知道它们的存在 状态。当样品为多相混合物时,整个衍射谱图为各组成相 衍射谱图的迭加。利用索引和标准卡片中的一组d/I与待 测样品的衍射谱图进行对比,可以进行物相定性分析。
二.标准卡片 标准卡片由国际粉末衍射标准协会搜
Ii/Is=K•Xi/Xs
K是常数,与物相I和标准物质S有关
二.K值的测定
将i物相的纯物质与标准物S按不同的比例 Xi/Xs配制成一系列样品,分别测定Ii/Is 值,画出Ii/Is对Xi/Xs曲线,称作校正曲 线。 该曲线应是一条直线,直线的斜率即为K 值。
三.内标物质的选定原则
(1)内标物衍射峰与待测物相衍射峰比较靠近, 但不重叠 (2)内标衍射峰较强 (3)内标结晶完整,无择优取向 (4)物理性质稳定,不潮解,不与试样发生化学 反应,纯度在99%以上 (5)易得价廉,一般选用-Al2O3,TiO2(金红 石),CeO2等。
晶体结构
晶体的定义
由原子或分子在三维空间周期排列而成 的固体物质
一.晶体结构的特征 晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周
期性,隔一定的距离重复出现。
二.晶胞 按照晶体内部结构的周期性,划分出一个个
大小和形状完全一样的平行六面体,以代表晶体 结构的基本重复单位。
晶胞由晶体空间点阵中三个不相平行的单位 矢量a、b、c决定。其大小形状用晶胞参数a,b, c, 、、表示。
Αβγ Z Dx
Ref
4
Εa nωβ ε γ Sign
2V D mp Color
Ref.
5
6
卡片中各栏内容为: 1栏:1a、1b、1c分别列出三强线的晶面间距d值, 1d是样品的最大面间距。 2栏:2a、2b、2c、2d分别列出上述各衍射线的相 对强度,最强线的相对强度定为100。 3栏:实验方法和条件 4栏:样品的晶体学数据。 5栏:样品的物理性质,如密度、熔点、颜色等。
2dSin=n
式中:d为晶面间距,为入射角,为入射 线波长,n为整数,称为衍射级数。
X射线多晶衍射仪
X射线多晶衍射仪主要由五大部分组成:
1.X射线发生器,包括X射线管及其所需稳压、稳流电源。 2.测角台,测角台上放置狭缝、试样、滤色片或单色仪
和探测器,它们可绕测角台轴线转动并指示衍射角位 置。 3.真空系统 4.测量记录用的电子线路,将探测到的X射线光子转换成 X射线强度,并记录、储存。 5. 程序控制及衍射数据处理系统。
四.晶体的空间点阵 为了描述成千上万种晶体内部结构的几何规
律,1866年,布拉维(Bravias)根据晶体点阵 的对称性,引入空间点阵的概念,称为布拉维点 阵,共有14种型式。从而来进一步区分同一晶系 中的不同平行六面体晶胞的类型。
如:立方晶系还可以分成简单立方(cP)、体心 立方(cI)、面心立方(cF)三种型式的空间点 阵。
未知物的衍射谱图
稀土氧化物的衍射谱图
氧化钛的衍射谱图
物相的定量分析
物相定量分析的基础:衍射强度
一.内标法
预测样品中i物相的含量Xi,在样品中加入一定量的标准物 (样品中不包含的纯物相),称作内标S,设标准物S与 原样品的重量比为Xs。研磨混匀,采谱,测量i物相衍射 强度Ii和内标S的衍射强度Is,代入下面的公式计算原样品 中i物相的含量Xi。
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