物相分析
物相分析的基本原理有哪些
物相分析的基本原理有哪些物相分析是研究物质在不同温度、压力和化学环境下的结构和性质变化的一种分析方法。
其基本原理包括样品制备、显微观察和数据分析三个环节。
样品制备是物相分析的第一步，其目的是获得高纯度、粒度均匀的样品。
常用的样品制备方法包括晶体生长、溶剂挥发法、机械球磨和熔炼法等。
制备好的样品应具有良好的晶体形态和结晶度，以便于后续的显微观察和数据分析。
显微观察是物相分析的核心环节，主要通过光学显微镜、电子显微镜和X射线衍射仪等设备对样品进行观察。
通过显微观察，可以获取样品的晶体结构、晶胞参数以及晶体缺陷等信息，从而进一步了解样品的物相变化。
对于单相样品，显微观察能够直接确定其物相。
对于多相样品，通过观察不同晶相的形貌和取向关系，可以间接确定各个晶相存在的相对比例。
数据分析是物相分析的最后一步，其目的是从大量的显微观察数据中提取有用的信息。
数据分析主要包括晶胞参数的测定、晶体取向关系的确定和晶体缺陷分析等。
晶胞参数的测定可以通过测量显微观察中的晶胞长度和夹角等信息来实现。
晶体取向关系的确定可以通过比较不同晶相的晶胞参数和晶面指数来实现。
晶体缺陷分析可以通过观察晶体的晶面断裂和晶体内部的位错等缺陷来实现。
通过数据分析，可以全面了解样品的物相组成和晶体性质，并为后续的研究提供重要参考。
总之，物相分析通过样品制备、显微观察和数据分析等环节，研究物质在不同环境下的结构和性质变化。
它是一种基础性的分析方法，在材料领域、地球科学和生物化学等领域具有重要应用价值。
随着科学技术的发展，物相分析的方法和技术也在不断革新，为人们深入了解物质的基本性质和变化规律提供了有力工具。
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。
物相分析
Hanawalt索引说明（二）
1980年版本编排规则为：
（1）对I3/I2≤0.75的相，以d1d2的编排顺序 出现一次； （2）对I3/I2>0.75和I2/I1<0.75的相，以d1d2 和d1d3的编排顺序出现二次；
（3）对I3/I2>0.75和I2/I1≥0.75的相，以 d1d2，d1d3和d2d3的编排顺序出现三次。
wS I S CK S n 1 2 S j w j ( m ) j 1
注意：在制作定标曲线时，标准物质的质量百分数Ws应 34 保持恒定，通常取0.2左右。
② 内标法
内标法：在被测的粉末样品中加入一种恒定的标准物质制 成复合试样。 标样：化学性质稳定、不氧化、不吸水、不受研磨影响、衍 射线数目适中、分布均匀。常用Al2O3, SiO2,最好NiO
K — 常数，可由实验测得； I c — 晶相的衍射强度； I a — 非晶相的衍射强度。
第五章 物相分析与点阵参数精确测定
知识要点
1． X射线衍射的方法的用途。 对试样中由各种元素形成的具有确定结构的化 合物（物相），进行定性和定量分析。 2. 定性分析的原理。 3．定量分析的任务：根据混合相试样中各相物 质的衍射线强度来确定各相物质的相对含量。 4．晶体与非晶衍射图谱的特征。
6
5.1.2 PDF卡片简介
J.D.Hanawalt等人于1938年首先发起，以d-I数据组代替衍 射花样，制备衍射数据卡片的工作。 1941年“美国材料试验协会（ASTM）”出版约1300张衍射 数据卡片（ASTM卡片）。
1969年成立了“粉末衍射标准联合委员会” JCPDS ，由它 负责编辑和出版粉末衍射卡片，称为PDF卡片。
《物相分析方法》课件
电子显微分析的实验方法
透射电镜观察法
将制备好的样品切片放置在透射电镜 下观察，通过调节工作距离和放大倍
数获取图像。
电子衍射分析法
通过收集样品的衍射花样，进行晶体 结构和相组成的分析。
扫描电镜观察法
将样品放置在扫描电镜的样品台上， 通过扫描电子束对样品表面进行逐点 扫描，并收集散射的电子束成像。
能谱仪分析法
02 实验过程中需要对仪器进行校准和维护，确保实 验结果的准确性和可靠性。
02 实验后需要对数据进行处理和分析，通过图像处 理和数据分析技术提取样品表面的形貌和力学信 息。
05
拉曼光谱与红外光谱分析
拉曼光谱与红外光谱分析原理
拉曼光谱分析原理
拉曼光谱是基于拉曼散射效应，当光照射到物质上时，物质分子或原子会对光产生散射，散射光的频 率或波长发生变化，这些变化与物质分子或原子的振动和转动能量有关，通过测量这些变化可以分析 物质的分子结构和化学组成。
意义。
详细描述
物相分析是研究物质中不同物相的组成、含量、分布以及相互关系的重要手段。通过物 相分析，可以了解物质的结构、性能和变化规律，为材料的研发、生产和应用提供重要 的理论依据和实践指导。在地质学中，物相分析可以帮助研究地壳中岩石的组成和变化
规律；在生物学中，物相分析可以用于研究生物组织的结构和功能。
红外光谱分析的应用
红外光谱分析在物相分析中常用于鉴定有机物的结构和组成，如鉴定有机化合 物的官能团、化学键等。此外，红外光谱分析还可用于研究无机物的结构和组 成。
拉曼光谱与红外光谱分析的实验方法
拉曼光谱实验方法
进行拉曼光谱实验时，需要选用适当的激光光源和光谱仪， 将样品放在光路中，调整激光光源的角度和波长，记录散射 光的拉曼频移和强度，最后对拉曼光谱进行分析和解谱。
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
什么是物相分析
什么是物相分析
物相分析主要基于矿石中的各种矿物在各种溶剂中的溶解度和溶解速度不同，采用不同浓度的各种溶剂在不同条件下处理所分析的矿样，使矿石中各种矿物进行分离，从而可测出试样中某种元素呈何种矿物存在和含量多少。
光谱分析和化学分析只能查明矿石中所含元素的种类和含量，还不能指出各种元素是呈何种化合物存在，只有通过物相分析和岩矿鉴定等工作，才能知道矿石中某元素呈什么矿物存在。
据已有的资料介绍，对如下元素可以进行物相分析：
铜、铅、锌、锰、铁、钨、锡、锑、钴、铋、镍、钛、铝、砷、汞、硅、硫、磷、钼、锗、铟、铍、铀、镉等。
各种元素需要分析哪几个相，可以查找有关资料，在此不赘述。
同依靠显微镜分析作为主要方法的岩矿鉴定比较，物相分析操作较快，定量准确，但不能将所有矿物一一区分，更重要的是无法测定这些矿物在矿石中的空间分布和嵌布、嵌镶关系，因而在矿石物质组成研究工作中只是一个辅助的方法，不可能代替岩矿鉴定。
对选矿工作人员来说，并不需要掌握物相分析这门技术，主要是要了解物相分析可以做哪些元素？每一种元素需要分析哪几个相？即每一种元素呈哪几种矿物存在？各种矿物的可选性如何？例如某钨矿石，光谱分析只知钨元素的大致含量，化学分析可知钨氧化物的含量，但钨的氧化物究竟是呈白钨矿还是黑钨矿，或者二者皆有，这就必须通过物相分析和岩矿鉴定等综合分析确定：如为白钨矿，可根据其嵌布粒度采用重选或浮选方法；如为黑钨矿目前一般仅采用重选方法；如二者皆有，可用重－浮联合方法处理。
有了这些基本概念以后，才能对物相分析提出合理的要求，才能正确分析和运用物相分析资料拟定方案。
如果目前不能做的就不要送物相分析样。
第3章物相分析
（3）在倒易点阵中，由原点o*指向任意 坐标为hkl的阵点的矢量Ghkl为：
Ghkl=ha*+kb*+lb*
➢倒易矢量Ghkl垂直于正点阵中相应 （hkl）晶面，或平行于它的法向 Nhkl。 ➢倒易点阵中的一个点代表正点阵 中的一组晶面。
3、倒易点阵与正空间点阵的关系
（1）以h、k、l为指数倒易点阵矢量
3、干涉面和干涉指数-简化bragg方程
如令
d HKL
dhkl n
，则
2 dhkl sin n
2dHKL sin
4. 衍射方向-衍射花样和晶体结构的关系。
立方系： sin2
2 4a2
(H2
K2
L2 )
正方系： sin2
2 4
H2 K2 a2
L2 c2
斜方系： sin2
2 4
H2 a2
物相分析是指利用衍射分析的方法探测晶格类型和晶 胞常数，确定物质的相结构。物相分析不仅包括对材 料物相的定性分析，还包括定量分析，和各种不同的 物相在组织中的分布情况。
三、物相分析的手段
1、x射线衍射。 2、电子衍射 低能电子衍射(LEED) 高能电子衍射分析(HEED) 3、中子衍射
汤姆生的ED实验原理图
K2 b2
L2 c2
六方系：
s in 2
2 4
4 3
H2
HK a2
K2
L2 c2
（三）布拉格方程应用
X射线衍射学 （λ恒定，通过测θ求d--晶体结构分析 ） X射线光谱学（d 恒定，通过测θ求λ）
（四）衍射矢量方程 1、反射定律：s0及s分居反射面(HKL)法线(N)两侧且s0、s与N共面，s0及
第五章 物相分析
• 当对某种材料进行物相分析时，只要将样品的d –I值与 数据库中的标准衍射花样d –I进行比对，就可以确定材 料的物相。 • X射线衍射物相定性分析就变成了简单的比对工作。
46-394
SmAlO3 Aluminum Samarium Oxide Rad. CuK1 1.540598 Filter Ge Mono. D-sp Guinier Cut off 3.9 Int. Densitometer I / Icor . 3.44 Ref. Wang, P. Shanghai Inst. Of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, china, ICDD Grant-in-Aid, (1994) Sys. Tetragonal a 5.2876(2) b S.G. c 7.4858(7) A C 1.4157 Z4 mp SS/FOM F19 = 39 (.007,71) d /Å 3.737 3.345 2.645 2.4948 2.2549 2.1593 1.8701 1.8149 1.6727 1.6320 1.5265 1.3900 1.3220 1.3025 1.2462 1.1822 1.1677 Int 62 5 100 4 2 46 62 6 41 7 49 6 33 1 19 18 5 hkl 110 111 112 003 211 202 220 203 222 311 312 115 400 205 330 420 421
Integrated in tensities, Prepared by heating compact powder mixtuer of Sm2O3 and Al2O3 according to the stoichiometric ratio of SmAlO3 at 1500C in molybdenum silicide-resistance furnace in air for 2days, Silicon used as internal standard. To replace 9-82 and 29-83.
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8
目前已知的晶体物质已有成千上万 种。事先在一定的规范条件下对所 有已知的晶体物质进行X射线衍射， 获得一套所有晶体物质的标准X射线 衍射花样图谱，建立成数据库。
当对某种材料进行物相分析时，只 要将实验结果与数据库中的标准衍 射花样图谱进行比对，就可以确定 材料的物相。
X射线衍射物相分析工作就变成了简 单的图谱对照工作。
13
辐射光源 波长 滤波片 相机直径
所用仪器可测最 大面间距 测量相对强度的 方法
数据来源
14
晶系 空间群 晶胞边长
轴率 A=a0/b0 C=c0/b0
轴角
单位晶胞内“分 子”数
数据来源
15
光学性质 折射率 光学正负性 光轴角 密度 熔点 颜色 数据来源
16
样品来源、 制备方法、 升华温度、 分解温度等
20
如待分析试样为单相，在物相未知的 情况下可用Hanawalt索引或Fink索
定 引进行分析。用数字索引进行物相鉴 性 定步骤如下： 分 1 根据待测相的衍射数据，得出三强 析 线的晶面间距值d1、d2和d3（并估计 方 它们的误差）。 法 2 根据最强线的面间距d1，在数字索
引中找到所属的组，再根据d2和d3找 到其中的一行。
基
己特定的结构参数（点阵类型、晶胞大
本 原 理
小、晶胞中原子或分子的数目、位置 等），结构参数不同则X射线衍射花样 也就各不相同，所以通过比较X射线衍 射花样可区分出不同的物相。
当多种物相同时衍射时，其衍射花样也 是各种物相自身衍射花样的机械叠加。 它们互不干扰，相互独立，逐一比较就 可以在重叠的衍射花样中剥离出各自的 衍射花样，分析标定后即可鉴别出各自 物相。
1.28 18 1.22 5 1.08 20
0.91 4 0.83 8 0.81 10
点 试样用量少。
可以不破坏样品（无损检测）。
5
X射线物相分析分为: 物相定性分析 物相定量分析
6
1. 基本原理
定 2. PDF卡片
性 3. 索引
相 分
4. 分析方法
析 5. 计算机自动检索
7
X射线物相分析是以晶体结构为基础， 通过比较晶体的衍射花样来进行分析。
对于晶体物质中来说，各种物相都有自
17
物相名称 物相的化学 式与数据可 靠性 可靠性高- 良好-i 一般-空白 较差-O 计算得到-C
18
全 部 衍 射 数 据
19
（1）获得衍射花样：可以用德拜照相
定 法、透射聚焦照相法或衍射仪法。 性 （2）计算面间距d值和测定相对强度 相 I/I1值（ I1为最强线的强度）。 分 （3）检索PDF卡片：人工检索或计算 析 机检索。 程 （4）最后判定：判定唯一准确的PDF 序 卡片。
4
X
能鉴定物相而不是元素
如碳钢的主要成分是铁、碳，但X射
射 线衍射并不指出铁、碳的含量为多少，
线 而是指出在各种不同处理条件下该材
衍 料由哪些相组成，是铁素体、奥氏体
射 还是碳化物，并指出各相的含量。
分 析 的 特
能区分同素异构体。如具有不同结构 的Al2O3有20多种，用其它方法很难 区分开。
对照卡片去掉已吻合的线条（即标定一 相），剩余线条归一化后再尝试鉴定。直 至所有线条都标定完毕。
法
23
举
待测相的衍射数据
例
d/Å I/I1 d/Å I/I1 d/Å I/I1
3.01 5
1.50 20
1.04 3
2.47 72
1.29 9
0.98 5
2.13 28 2.09 100 1.80 52
材料或物质的组成包括两部分：一
X
是材料的组成元素及其含量；二是
射 这些元素的存在状态，即是什么物
线 相。
物 相
材料由哪些元素组成的分析工作可
分 以通过化学分析、光谱分析、X射线
析 荧光分析等方法来实现，这些工作
方 法
称之成份分析。
材料由哪些物相构成可以通过X射线
衍射分析加以确定，这些工作称之
物相分析或结构分析。
2
材料的成份和组织结构是决定其性
X
能的基本因素;
射 线 物
化学分析能给出材料的成份; 金相分析能揭示材料的显微形貌;
相 而X射线衍射分析可得出材料中物相
分 析
的结构。
方 因此，三种方法不可互相取代。
法
3
X
例如:钢铁材料（Fe-C合金），成份分析可以知道
其中C%的含量、合金元素的含量、杂质元素含量
法 减少分析的盲目性。
11
卡片样式
卡 片 简 介
12
2a、2b、2c 2d
1a、1b、1c 1d
卡
片
的 （1）1a、1b、1c，三个位置上的数据是衍
内 容
射花样中前反射区（2 θ <90°）中三条最 强衍射线对应的面间距，1d位置上的数据 是最大面间距。
（2）2a、2b、2c、2d,分别为上述各衍射线 的相对强度，其中最强线的强度为100.
法 记载的物质，就是要鉴定的未知物质。
22
多
相 混 合 物 物 相 定 性 分 析 方
当待分析样为多相混合物时，根据混合物 的衍射花样为各相衍射花样的叠加，也可 对物相逐一进行鉴定，但手续比较复杂。 具体过程为：
用尝试的办法进行物相鉴定：先取三强线 尝试，吻合则可定；不吻合则从谱中换一 根（或二根）线再尝试，直至吻合。
射
等等。但这些元素的存在状态可以不同，如碳以石
线
墨的形式存在形成灰口铸铁，若以元素形式存在于
物
固溶体或化合物中则形成铁素体或渗碳体。究竟
相
Fe-C合金中存在哪些物相则需要物相分析来确定。
分
用X射线衍射分析可以帮助我们确定这些物相；
析 X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。
9
定 通常用d（晶面间距）和I
性 相 分
（衍射线相对强度）的数 据代表衍射花样。
析 用d-I数据作为定性相分析
的 的基本判据。 判
据
10
物质的标准d-I数据组（PDF
相 卡片）进行对比，以鉴定出试样
分 中存在的物相。
析 的
参考样品的化学组成和来源为判
方 别其可能出现的物相提供线索，
21
3 比较此行中的三条线，看其相对强
度是否与被摄物质的三强线基本一致。
定 性 分
如d和I/I1都基本一致，则可初步断定 未知物质中含有卡片所载的这种物质。
4 根据索引中查找的卡片号，从卡片 盒中找到所需的卡片。
析 方
5 将卡片上全部d和I/I1与未知物质的 d和I/I1对比，如果完全吻合则卡片上