第五章 数据基本处理和物相分析
《数据的处理与分析》课件
数据的处理与分析是一个重要的主题，本课件将介绍数据的基本概念、采集 方法、存储与管理，以及清洗、预处理、可视化等各个方面，帮助您更好地 理解和应用数据分析技术。
数据的基本概念
在这一部分，我们将介绍数据的基本概念，包括数据的定义、类型和特征，以及数据的重要性和应用领域。
数据的采集方法
在这一部分，我们将探讨各种数据的采集方法，包括问卷调查、实地观察、 实验设计等，以及数据采集过程中需要注意的问题和技巧。
数据存ห้องสมุดไป่ตู้与管理
这一部分将介绍数据存储和管理的基本原理和方法，包括数据库管理系统、数据仓库、数据备份等，以及数据 安全和隐私保护的措施。
数据的清洗与预处理
在这一部分，我们将学习数据清洗和预处理的方法，包括缺失值处理、异常 值检测、数据标准化等，以及如何优化数据以提高分析的准确性。
数据可视化技巧
这一部分将介绍数据可视化的重要性和技巧，包括图表选择、颜色搭配、视 觉效果等，以及如何有效地传达数据分析的结果。
概率统计基础
在这一部分，我们将回顾概率和统计的基本概念，包括概率分布、假设检验、 置信区间等，以及如何将这些概念应用到数据分析中。
假设检验与置信区间
这一部分将详细介绍假设检验和置信区间的原理和应用，包括单样本检验、 双样本检验、相关分析等，以及如何解读统计显著性和置信区间。
2009第五章 物相分析(修)
哈氏（Hanawalt） 哈氏（Hanawalt）索引
芬克（Fink） 芬克（Fink）索引
芬克索引中主要以八根强线的d值作为分析依据， 芬克索引中主要以八根强线的 值作为分析依据，而把强度数据作为次 值作为分析依据 要的依据。在这种索引中，每一行也可对应一种物质。 要的依据。在这种索引中，每一行也可对应一种物质。依d值的递减次 值的递减次 与哈氏索引的主要区别） 序（与哈氏索引的主要区别） 列出该物质的八根最强线的d值 英文名称、卡片序号及微缩胶卷片号。 列出该物质的八根最强线的 值、英文名称、卡片序号及微缩胶卷片号。 若该物质的衍射线少于八根，则以0.00补足。 补足。 若该物质的衍射线少于八根，则以 补足
说明： 说明： C j为 j 相体积百分浓度 , 为复合试样的线吸收系
二. 定量分析的基本方法
1. 外标法
2. 内标法
3.直接比较法 3.直接比较法
e2 2 VCj 1 V : 被照射部分的体积 λ3 2 I j = I0 ( 2) P F (θ) 2 32πR m 2 VC : 一个晶胞的体积 c VC
按开头的那个d 按开头的那个d值进行数值范围分区
字母索引---根据物质英文名顺序排列。 ---根据物质英文名顺序排列 二。 字母索引---根据物质英文名顺序排列。 知道自己知道样品是含Cu、Mo的氧化物, 知道自己知道样品是含Cu、Mo的氧化物, 则可查 Cu 的氧化物 Copper打头的索引 Copper打头的索引 三. 计算机自动对物相检索
利用X射线衍射的方法对试样中由各种元素形成的具 利用X 有确定结构的化合物（物相），进行定性和定量分析。 有确定结构的化合物（物相），进行定性和定量分析。 ），进行定性和定量分析 X射线物相分析给出的结果，不是试样的化学成分， 射线物相分析给出的结果，不是试样的化学成分， 而是由各种元素组成的具有固定结构的物相。 而是由各种元素组成的具有固定结构的物相。
物相分析
物相分析物相分析是一种基于岩石或沉积物中的化石、矿物等形态及数量特点来确定其年代、沉积环境和地质历史的方法。
本文将详细介绍物相分析的原理、应用范围以及实践操作方法，以期能够帮助相关领域从业者更好地理解和运用该方法。
一、物相分析原理岩石或沉积物中的化石、矿物等形态及数量特点基本上反映了它们在生物、地球物理学和地球化学等各个层面的性质和过程。
物相信息本身具有连续性、比较性和特异性：1.连续性物种组成的变化是连续的，不同物种所在地层时间起讫点的差异代码其分布区的不同；并且，物种的生存所需环境的变化也是连续的，因此物相可以反映出沉积环境演变的趋势。
2.比较性不同地区，甚至不同国家之间产生的化石可能大不相同，但这些化石都有稳定的生物学性质或矿物性质。
因此，物相分析可以对地球上不同地区的岩石或沉积物进行比较分析，从而可用于判断岩层时间、环境和矿床类型等问题。
3.特异性在不同地质年代，不同地点及环境中，相同种类的生物物征所表现出的多样性是有限的，因此对应地质事件的发生与演化也有其特异性。
利用各种化石特征的变化规律可以确定年龄、环境类型、生命体系演替的历史记录。
二、物相分析的应用范围1.地质年代和地层划分物相组合是可以识别特定地质时期和地层埋藏条件的特征之一。
通过对某个层位中的动植物群落结构和组成进行综合分析，可以判断出该层位的具体地质年代和地层序列。
2.水文地质和油气勘探由于不同水生动物和生长环境间的关系比较明显，例如海洋水生动物灵活性低，容易形成局部相互依存，湖泊水生植物生小灵活性大，偏好温暖浅水环境，随着自然气候变化的影响很大，河流水生动物长明显双足、中足、侧线等特征鲜明，因此，在确定岩石中水环境特征和油气储集条件时，可以采用物相分析方法。
3.矿床类型判定不同类型的矿床通常存在特定的成因机制和形成环境。
利用在不同种属过程中具有多方面地位的微型化石或矿物物相可为其识别和解释提供直接或间接证据。
4.环境演化研究由于场所环境对生态环境的影响较显著、长期，因此利用物相特征能够洞察各个生态群落在地球历史上发生的换代事件及其演变规律，在认识环境演变历程中起着无可替代的作用。
第五章物相分析及点阵参数精确测定
三、 PDF卡片的索引
• 卡片索引手册：欲快速地从几万张卡片中找到所需 的一张，须建立一套科学的、简洁的索引工具书。
• 卡片索引：有多种，可分为两类： 1. 以物质名称为索引（即字母索引）
如：化学名索引、矿物名索引。
2. 以d值数列为索引（数值索引）。 如：哈纳瓦特索引（哈氏索引）、芬克（Fink）索 引；
• 当不知所测物质为何物时，用该索引较为方便。
一、数值索引（1）
• ① 哈氏索引：将每一种物质的数据在索引中 占一行，依次为：8条强线的晶面间距及其相 对强度（用数字表示）、化学式、卡片序号、 显微检索序号。如下：
8条强线的晶面间距和相对强度
化学式 卡片序号
哈氏索引样式
一、数值索引（2）
• 哈氏索引：以三强线 d 值来区分各物质，列出 8 强线d 值， 并以三强线 d 值序列排序。
• 1969年，从第14组始，由新成立的国际粉末衍射标准联合委 员会 （Joint Committee on Powder Diffraction Standards 即 JCPDS）主持编辑和出版PDF卡片及其索引。
• 1978年，从第27组始，又由JCPDS的国际衍射数据中心 （International Centre for Diffraction Data，即ICDD）主持出 版。
• PDF-4/矿物2003：共有17535个矿物物相。其中7647个有参 考强度比 I/I1，这有利于做物相定量分析。
• PDF-4/有机物2003：共有218194个有机物相和金属有机物相。 其中24385个是实验谱，191468个由剑桥晶体学数据中心 （CCDC）的单晶数据计算得的粉末谱；其中大于124900个 具有参考强度比I/I1，有利于做定量物相分析。
小学物理实验教学中的数据处理与分析
小学物理实验教学中的数据处理与分析
在小学物理实验教学中，数据处理与分析是非常重要的一环。
它可以帮助学生理解实验结果、提取有意义的信息，并帮助他们形成科学思维和实验设计的能力。
下面是一些常见的数据处理与分析方法：
数据整理与归纳：将实验数据按照一定的格式整理起来，如制作数据表格或柱状图。
这样可以使数据更加清晰易读，有助于学生观察和发现规律。
平均值的计算：对重复实验数据进行平均值的计算，可以减小个别误差的影响，得到更加可靠的结果。
绘制图表：根据实验数据可以通过制作折线图、柱状图等图表来展示结果。
图表有助于学生理解规律和趋势变化。
趋势分析：观察数据的变化趋势，分析不同因素对实验结果的影响。
例如，通过数据分析可以判断物理量之间的关系，如质量与重力的关系、长度与时间的关系等。
计算误差：在实验中，由于各种各样的原因，如测量仪器的误差、实验环境的影响等，实验数据可能存在误差。
学生需要学会计算误差，并判断实验结果的可靠性。
对比分析：将不同实验组的数据进行对比，找出它们之间的差别和相似之处。
这有助于学生总结规律和找出影响实验结果的因素。
结果解释：根据数据分析的结果，对实验结果进行解释，并得出结论。
学生需要学会运用科学知识和实验数据来解释现象，并合理推断。
需要强调的是，在小学物理实验教学中，数据处理与分析的难度和深度会相对较低，侧重于培养学生的观察、归纳、总结和推理能力，而不是高级的数学和统计方法。
教师在指导学生进行数据处理与分析时，应注重引导学生思考和发现，培养其科学态度和实验思维。
第五章物相分析方法
• 现在需要进一步鉴定待测试样衍射花样中其余 线条属于哪一相。首先从表5—1的数据中剔除 Cu的线条(这里假设Cu的线条中与另外一些相 的线条不相重叠)，把剩余线条另列于表5-4，
并把各衍射线的相对强度归一化处理，乘以因 子1.43，使得最强线的相对强度为100。在剩 余线条中，三条最强线是dl＝2. 47，d2＝2.13， d3＝1.50。按上述程序，检索哈氏数值索引中 d值在2.49-2.45的一组，发现剩余衍射线条与 卡片顺序号为5—0667的Cu2O衍射数据相一致， 因此鉴定出待测试样为Cu和Cu2O的混合物。
200 220
强度
111
222 311
420 400
331
600,442
422 311,333ຫໍສະໝຸດ 440 53120 30
40
50
60
70 80
90 100
110
2
• 衍射花样不便于保存和交流，尤其因摄照条件 不同其花样形态也大不一样，因此，要有一个
国际通用的花样标淮。这一标准必须反应晶体
衍射本质的不因试验条件而变化的特征，这就 是，衍射位置2θ，而其本质又是晶面间距d； 衍射强度I，它集中反映的是物相含量的多少。
的手段是三强线所对应的晶面间距，于是他把 衍射线的8条线列入索引但却以三强线的d值序 列排序，而且每种物质可以按三强线的排列组 合在索引的不同部位出现三次，如dl d2d3d4d5…；d2d3d1d4d5…；d3d2dld4d5…， 这样可以增加寻找到所需卡片的机会。其样式 如下：
•每行前端的符号为卡片的可靠性符号。 晶面间距数值的下脚标为该线条的相对 强度，x为100％，2为20％、7为70％等。
在获得衍射图像后，测量衍射线条位 置(θ)、计算出晶面间距d。用照相法时， 底片上衍射线条的相对强度可用目测估计， 一般分为五个等级(很强、强、中、弱、很 弱)，很强定为100，很弱定为10或者5， 求出相对强度I／I1。当使用衍射仪时，衍 射线条的位置和强度都可以直接打印出来
物理实验中的数据处理与结果分析方法
物理实验中的数据处理与结果分析方法物理实验是通过观察和测量物理现象来验证或验证物理理论的重要手段。
在进行物理实验时，正确处理实验数据和分析实验结果是十分重要的。
本文将探讨一些物理实验中常用的数据处理方法和结果分析方法。
一、数据处理方法1. 数据的收集和整理在物理实验中，首先需要收集实验数据。
一般来说，可以使用物理测量仪器或传感器来获得实验数据。
收集到的数据可能是连续变量或离散变量。
在收集数据时，应尽量减小误差的产生，确保数据的准确性和可靠性。
收集到的数据需要进行整理，以便后续的分析和处理。
整理数据包括去除异常值，填补缺失值等操作。
异常值可能是由于实验操作或测量设备问题引起的，应予以排除或纠正。
2. 数据的可视化数据的可视化是一种直观地展示数据特征和趋势的方法。
通过图表、图像等方式将数据可视化，可以更容易地观察到数据之间的关系和规律。
常用的数据可视化方法包括直方图、折线图、散点图等。
不同类型的数据可使用不同的可视化方法。
例如，对于时间序列数据，可以使用折线图展示其随时间的变化趋势。
3. 数据的统计分析统计分析是研究数据的规律性、趋势性和相关性的方法。
在物理实验中，统计分析可以帮助我们了解实验数据的分布、平均值、方差等基本特征。
常用的统计分析方法包括描述统计和推断统计。
描述统计主要包括计算和描述数据的中心趋势、离散程度等。
推断统计则是基于样本数据来推断总体特征的方法，如样本均值的置信区间和假设检验等。
二、结果分析方法1. 实验结果的解释和讨论在完成物理实验后，需要对实验结果进行解释和讨论。
解释实验结果时，需要参考预期结果和理论模型，从实验数据中提取有用信息，解释实验现象。
讨论实验结果时，可以与现有的理论或文献进行比较，检验实验结果的合理性和可靠性。
如果实验结果与理论预期相符，说明实验设计和实施正确。
如果实验结果与理论预期存在差异，可以分析差异的原因和可能的误差来源。
2. 不确定度的评估在物理实验中，测量结果不可避免地存在误差。
了解科学实验的数据处理和分析
了解科学实验的数据处理和分析科学实验是科学研究的重要环节，而数据处理和分析是科学实验过程中不可或缺的一部分。
正确地进行数据处理和分析可以帮助我们深入了解实验结果，进一步推动科学研究的发展。
本文将介绍科学实验的数据处理和分析的基本方法和注意事项。
一、数据采集科学实验首先需要进行数据采集。
数据采集是通过实验仪器、测量工具等手段获得实验过程和实验结果的数字、文字、图形等信息。
数据采集是实验中的第一步，对于数据的采集应当注重实验工具的准确性和测量方法的合理性，确保采集到的数据具备科学性和可比性。
二、数据整理数据采集完成后，需要对数据进行整理。
整理包括对数据进行分类、排序、筛选等处理，以便后续的数据分析和可视化呈现。
在整理数据时，需要注意保留数据的完整性，确保数据的准确性和可靠性。
三、数据清洗数据清洗是对采集到的数据进行筛选和处理，去除不完整、不准确和不合理的数据。
数据清洗能够排除不符合实验目的和需要的数据，提高数据的质量和可靠性。
在进行数据清洗时，应当注意保持数据的完整性和真实性，避免对数据进行过度筛选和处理。
四、数据分析数据分析是对整理和清洗后的数据进行统计和分析的过程。
数据分析的目的是发现数据之间的关系、规律和趋势，为科学研究提供依据和支持。
常用的数据分析方法包括描述统计、推断统计和多元统计等。
在进行数据分析时，应当注意选择合适的统计方法，合理解释分析结果，避免片面和错误的结论。
五、数据可视化数据可视化是将分析得到的数据通过图表、图像等形式进行展示和呈现的过程。
数据可视化能够直观、清晰地展示数据的特征和趋势，使人们更容易理解和分析数据。
在进行数据可视化时，应当选择合适的图表类型，准确传达数据的含义和信息。
六、数据解释数据处理和分析的最终目的是为了对实验结果进行解释。
数据解释要基于科学理论和实验目的，结合实验过程和数据分析的结果，提出合理的解释和推论。
在进行数据解释时，应当注重实验结果与实验目的之间的关联和逻辑性，避免主观臆断和随意解读。
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第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
背底——直接扣除 背底类型
背底阈值 Kα 2的剥离
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
背底——直接扣除
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
背底——直接扣除
手动背底
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
背底——函数拟合 在全谱拟合和Rietveld精修中一般都不扣背底 多项式： Fourier多项式： 非晶弥散背底 复杂背底可以用24个系数Bm拟合
X-射线晶体学
施洪龙 hlshi@
电话：68930256
地址：中央民族大学1#东配楼
目录
第一章 X-射线晶体学简介 第二章 晶体学基础 第三章 衍射基础
第四章 实验技术
第五章 数据基本处理和物相分析
第六章 单胞的确定
第七章 晶体结构解析
第八章 晶体结构精修
第五章
数据的基本处理
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
平滑 能有效地减少随机强度测量误差引起的统计噪声，减少图 谱中的毛刺，使得图谱更加平滑。
但平滑过程也会引起衍射峰的宽化，分辨率降低，在操作 不当是还可能把较弱的衍射峰平滑掉。
在全谱拟合和Rietveld精修中一般都不扣背底
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
Absorption-diffraction method 峰型拟合 从cif文件计算
从cif文件计算
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
Absorption-diffraction method 如果混合物中各物相的吸收系数相近，则Klug’s equation简化为衍射峰的强度比。 所以，物相含量与衍射强度密切相关，定量分析前务必消 除影响衍射强度的各种因素。
快速实验
样品质量
数据的基本处理
优化 实验条件
物相识别
寻峰
第五章
数据的基本处理
—— 衍射数据的基本解释
根据实验目的的不同，可进行： 指标化 数小时实验 峰型拟合 晶格常数精修
第五章
数据的基本处理
—— 衍射数据的基本解释
根据实验目的的不同，可进行： 数天实验 全谱分峰 抽出结构因子
FT
晶体结构精修
晶体结构解析
—— 定量相分析
其它常用定量分析方法 Rietveld refinement 基于scale factor的定量相分析
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
其它常用定量分析方法
Le Bail or Pawley 全谱拟合
要求先进行指标化，得到晶格参数
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
定量分析基本过程
—— 物相识别和定性分析
物相识别三标准 标准卡片的峰位是否与实验谱中的峰位相匹配，即使三强 线匹配得很好，但另一较强线明显没有或偏离衍射峰也不 能确定该物相的存在； 标准卡片库中的峰强比与样品的峰强比要大致相同，但在 各向异性较强的样品中需要考虑择优取向，峰强比仅作参 考； 检索出来的物相元素要一致，否则只能确定样品中存在类 似的结构。
平滑
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
寻峰 峰位是指标化、空间群的确定、定性或定量相分析的前提 峰位通常为衍射峰的最大值或半高宽 为减小寻峰误差，需先扣除Kα 2
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
寻峰
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
寻峰
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
峰型拟合 对于X-射线粉末衍射花样，通常用Pseudo-Voigt或 Pearson-VII函数作为峰型函数对实验花样拟合，基于非 线性最小二乘法获得每个Bragg衍射峰的峰位、半高宽和 积分强度。 峰型拟合的好坏与峰型函数的选取，初始值的设置、背底 等参数相关。 峰型拟合的峰位与寻峰得到的峰位是存在差异的。
Mdi Jade
第五章
数据的基本处理
—— 物相识别和定性分析
如何使用？
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
Quantitative phase analysis 用于定量分析混合物相中各 物相的百分含量。 要求：
衍射仪用标准样品严格对中；
尽量消除样品的择优取向；
制样过程中尽量减少吸收效应，样品的厚薄程度。
衍射数据的基本解释 数据的基本处理 背底的扣除 数据平滑 Kα 2的剥离 寻峰 峰型拟合
物相识别和定性分析
定量相分析
第五章
数据的基本处理
—— 衍射数据的基本解释
物相分析：通过SM进行物相识别、定性或定量物相分析。
每个衍射峰的指标、衍射峰强及准确的晶格常数。 单胞内的原子分布——晶体结构。
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
物相分析、结构解析、结构精修
R角度、积分强度
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
背底和Kα 2 背底是不可避免的，同一样品在同一仪器上不同时间测试， 会得到不同的背底。
源于空气、样品台、样品表面的非弹性散射，X-射线荧光， 探测器噪音等。 背底处理：扣除背底或函数拟合 IKα 1： IKα 2=2：1 注意：2：1的强度比只含弹性散射，不含背底噪音→先扣 背底再扣kα 2
物相识别
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
定量分析基本过程
添加cif文件计算物相衍射花样
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
定量分析基本过程
添加cif文件计算物相衍射花样
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
定量分析基本过程
添加cif文件计算物相衍射花样
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
定量分析基本过程
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
Absorption-diffraction method 利用纯相的标准强度I0hkl和混合相中的观察强度Ihkl进行计算。 混合物相中a物相的质量百分比： Klug’s equation
混合物中a相的hkl峰强度
纯相a的hkl峰强度
a相的质量吸收系数
要考虑样品的厚度
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
峰型拟合
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
峰型拟合
第五章
数据的基本处理
—— 物相识别和定性分析
物相识别三原则 任何一种物相都有其特征的衍射谱
任何两种物相的衍射谱都不可能完全相同
含有多个物相的样品其衍射峰是各物相的简单叠加
第五章
数据的基本处理
准确的结构描述：单胞内原子的平衡位置、原子的位移参 数、占有率——Rietveld refinement
材料的显微结构特征：点缺陷、位错、孪晶……
第五章
数据的基本处理
—— 衍射数据的基本解释
根据实验目的的不同，可进行：
第五章
数据的基本处理
—— 衍射数据的基本解释
根据实验目的的不同，可进行：
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
其它常用定量分析方法 Reference intensity radio method 基于混合物相中的物相a与参考标准物相的最强峰之比，即RIR 通常参考物相的最强峰为Al2O3的(113)峰； RIR值在某些PDF卡片中能找到，可直接用于定量分析。
第五章
数据的基本处理
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
峰型拟合
R=6.56%
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
峰型拟合 R=5.19%
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
峰型拟合
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
峰型拟合
第五章
数据的基本处理
—— 数据的基本处理
峰型拟合 不准确衍射峰位最终会影响到晶格常数的准确度！
第五章
数据的基本处理 化学名称 卡片编号
—— 物相识别和定性分析
PDF卡片
化学式
卡片分类
晶系 密度 仪器信息 空间群
补充说明
参考文件
第五章
数据的基本处理
—— 物相识别和定性分析
衍射谱
衍射数据
第五章
数据的基本处理
—— 物相识别和定性分析
第五章
数据的基本处理
—— 物相识别和定性分析
S-M常用软件 Search Match
全谱拟合
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
定量分析基本过程
定量分析
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
定量分析基本过程
定量分析
第五章
数据的基本处理
—— 定量相分析
定量分析基本过程
定量分析