X射线衍射方法的应用
X射线衍射原理及应用
X射线衍射原理及应用X射线衍射是一种利用X射线与晶体相互作用产生的衍射现象研究物质结构的方法。
它是在19世纪末和20世纪初逐渐发展起来的。
在这个过程中，麦克斯·冯·劳厄和威廉·康拉德·伦琴分别做出了重要贡献。
X射线衍射的原理是基于能量很高、波长很短的X射线通过物质时，与物质中的原子或晶体晶格相互作用，形成一些衍射现象。
这些衍射现象可以由晶体的结构参数推导出来，从而获得物质结构的信息。
1.X射线的产生：通过射线管向靶发射高速电子，产生了能量很高的X射线。
2. X射线的散射：经过Fermi–Dirac分布后，X射线通过物质时，与物质中的电子和原子核相互作用。
3.X射线的衍射：在特定的角度下，经过物质散射后的X射线互相干涉，形成衍射图样。
4.衍射图样的测量：通过衍射图样的测量，可以获得物质结构的信息，如晶格常数、晶胞参数、晶体结构等。
1.确定晶体结构：X射线衍射可以确定晶体结构的各种参数，如晶胞参数、晶格常数、原子位置等，从而帮助人们了解晶体的组成和结构。
2.分析材料成分：X射线衍射可以通过衍射图样的特征峰值，来分析物质的成分和组成。
3.研究晶体缺陷：X射线衍射可以研究晶体中的缺陷，如晶体的位错和断裂等。
通过衍射图样的变化，可以推断出晶体的缺陷类型和密度。
4.相变和晶体生长研究：X射线衍射可以研究物质的相变过程和晶体的生长机制。
通过衍射图样的变化，可以观察到相变的相应信号，并得到相变的温度和压力等参数。
5.X射线衍射也可以应用于地球科学领域，如矿石的开采、火山活动的研究等。
总之，X射线衍射是一种非常重要的物质结构研究方法，通过测量衍射图样，可以了解物质的组成和结构。
在材料科学、结晶学、地球科学等领域都有广泛的应用前景，对于人类的科学研究和工业生产都具有重要的意义。
x射线衍射仪的原理与应用
X射线衍射仪的原理与应用1. 引言X射线衍射是一种重要的物理现象，通过衍射实验可以获得物质的晶体结构信息。
X射线衍射仪是一种应用广泛的仪器，用于研究晶体结构、确定样品的晶体结构以及分析晶体中的相变现象等。
2. X射线衍射的原理X射线衍射的原理基于布拉格方程，即：nλ = 2d sinθ其中，n为入射X射线的衍射次数，λ为入射X射线的波长，d为晶面的间距，θ为入射X射线与对应晶面的夹角。
当入射X射线满足布拉格条件时，经过晶体衍射后的X射线将出现干涉，形成多种衍射图样。
这些衍射图样包含了晶体结构的信息，可以通过衍射图样的分析来确定晶体的晶格常数、晶胞结构以及晶胞内原子的排列方式。
3. X射线衍射仪的组成X射线衍射仪主要由以下三部分组成： - X射线源：产生高能的X射线，常用的源包括X射线管和同步辐射源。
- 样品支架：用于固定样品，使得X射线可以照射到样品上。
- X射线探测器：用于检测经过样品衍射后的X射线，常用的探测器包括闪烁探测器、CCD探测器和闪光点探测器等。
4. X射线衍射仪的应用X射线衍射仪在科学研究和工业生产中有着广泛的应用，以下列举了一些常见的应用领域：4.1 材料科学X射线衍射仪可以用于研究材料的晶体结构以及晶体相变的过程。
通过衍射图样的分析，可以确定材料中晶胞的尺寸、晶体的晶格类型以及晶格畸变等信息。
4.2 药物研究在药物研究中，X射线衍射仪可以用于分析药物的晶体结构，确定药物分子在晶格中的排列方式。
这对于开发合成新药以及改进药物的性能都具有重要的意义。
4.3 矿物学X射线衍射仪是矿物学研究中常用的工具之一。
通过对矿物样品进行X射线衍射实验，可以确定矿物的成分和晶体结构，帮助矿石勘探和矿石加工。
4.4 金属材料分析X射线衍射仪可以通过衍射图样的分析，确定金属材料的晶体结构和晶粒尺寸等参数。
这对于金属材料的质量控制和材料性能的改进具有重要的意义。
4.5 生物化学X射线衍射也可以应用于生物化学研究中。
X射线衍射技术在材料分析中的新应用
材料分析方法大作业（一）——X射线衍射技术在材料分析中的新应用班级：0836306班学号：**********姓名：***X射线衍射技术在材料分析中的新应用一、X射线衍射原理由于X射线是波长在100Å~0.01 Å之间的一种电磁辐射，常用的X射线波长约在2.5 Å~0.5 Å之间，与晶体中的原子间距（1 Å）数量级相同，因此可以用晶体作为X射线的天然衍射光栅，这就使得用X射线衍射进行晶体结构分析成为可能。
当X射线沿某方向入射某一晶体时，晶体中每个原子的核外电子产生的相关波彼此发生干涉。
当每两个相邻波源在某一方向的光程差（△）等于波长的整数倍时，它们的波峰与波峰将互相叠加而得到最大程度的加强，这种波的加强叫做衍射，相应的方向叫做衍射方向，在衍射方向前进的波叫做衍射波。
在警惕的点阵结构中，具有周期性排列的原子或电子散射的次生X射线间相互干涉的结果，决定了X射线在晶体中衍射的方向，所以通过对衍射方向的测定，可以得到晶体的点阵结构、晶胞大小和形状等信息。
晶体结构= 点阵+ 结构基元，点阵又包括直线点阵，平面点阵和空间点阵。
空间点阵可以看成是互不平行的三组直线点阵的组合，也可以看成是由互相平行且间距相等的一系列平面点阵所组成。
劳厄和布拉格就是分别从这两个角度出发，研究衍射方向与晶胞参数之间的关系，从而提出了著名的劳厄方程和布拉格方程。
布拉格父子在劳厄实验的基础上，导出了著名的布拉格定律：2d sinθ= nλ其中，θ称为布拉格角或半衍射角，这一定律表明了X射线在晶体中产生衍射的条件。
晶体X射线衍射实验的成功，一方面揭示了X射线的本质，说明它和普通光波一样，都是一种电磁波，只是它的波长较短而已；另一方面证实了晶体构造的点阵理论，解决了自然科学中的两个重大课题，更重要的是劳厄、布拉格等人的发现打开了进人物质微观世界的大门，提供了直接分析晶体微观结构的锐利武器，开辟了晶体结构X射线分析的新领域，奠定了X射线衍射学的基础。
第二章X射线衍射分析方法及应用
告诉你答案。
第二章X射线衍射分析方法及应用
物相定性分析的基本原理：
（1）每一种物相都产生自己 特有的衍射花样，两种物相 不会给出完全相同的衍射花 样。 （2）多相试样的衍射花样是 各自相衍射花样的机械叠加 ，互不干扰。
第二章X射线衍射分析方法及应用
粉末衍射卡（Powder Diffraction File，简 称PDF） ➢PDF标准卡分为有机物和无机物两大类， ➢每张卡片记录一个物相。 ➢为说明卡片内容，可将卡片分为10个区。
第二章X射线衍射分析方法及应用
10 第二章X射线衍射分析方法及应用
PDF卡的内容分述如下: 区间la、1b、1c：低角度区(2<90°) 的
第二章X射线衍射分析方法及应用
区间6：样品来源、制备方式及化学分析数 据等，其中标出热处理、照相或扫描的温 度。
第二章X射线衍射分析方法及应用
区间7：物相的化学式和名称。 区间8：物相的矿物名。本区右上角为表示卡片 数据可靠程度的符号，其中 — 数据有较高的可靠性；
i — 数据可靠性稍差，表示资料经过指标化， 强度是估计的，准确性不如星号；
如, Diffractometer代表衍射仪法； Ref．—该区数据来源。
第二章X射线衍射分析方法及应用
区间4：物相的结晶学数据, 其中
Sys. — 晶系; S. G. — 空间群符号； a0、b0、c0 — 晶胞轴长； A、C — 轴率，A = a0/b0，C = c0/b0 、 、 — 轴角; Z — 单位晶胞内“分子”数； Dx — 计算的密度; Ref．— 该区数据来源。
最后判定存在的物相。 第二章X射线衍射分析方法及应用
x射线衍射技术的应用
x射线衍射技术的应用以X射线衍射技术的应用为标题,我们将探讨X射线衍射技术在不同领域的应用。
X射线衍射技术是一种利用X射线在物质中的相互作用进行分析和研究的方法。
该技术已经被广泛应用于材料科学、生物医学、地质学等领域，为我们的科学研究和工程实践提供了重要的支持和突破。
在材料科学领域，X射线衍射技术被用于材料的结构分析和晶体学研究。
通过研究材料的衍射图案，可以获得材料的晶体结构、晶格常数以及晶体中原子的排列方式等信息。
这些信息对于材料的性能和应用具有重要意义。
例如，在材料研发过程中，研究人员可以利用X射线衍射技术来确定新合成材料的晶体结构，从而指导进一步的材料设计和优化。
在生物医学领域，X射线衍射技术被广泛应用于蛋白质结构研究。
蛋白质是生物体中最重要的功能分子之一，其结构与功能密切相关。
通过X射线衍射技术，研究人员可以获得蛋白质的三维结构信息，进而揭示其功能机制。
这对于药物研发、疾病治疗等具有重要意义。
例如，通过研究蛋白质的结构，科学家们可以设计出更加高效的药物分子，提高药物的选择性和疗效。
在地质学领域，X射线衍射技术被广泛应用于矿物成分的分析和研究。
地球是由各种不同的矿物组成的，研究矿物的成分和结构对于地质学家来说是十分重要的。
通过X射线衍射技术，可以准确地确定矿物的成分和晶体结构，从而推断地质过程和环境的演化历史。
例如，在石油勘探中，研究人员可以利用X射线衍射技术来分析地下岩石中的矿物成分，从而判断油气的储集情况和潜在资源量。
除了上述领域，X射线衍射技术还被应用于材料缺陷分析、晶体生长研究、纳米材料表征等领域。
例如，在材料缺陷分析中，通过研究材料的X射线衍射图案，可以检测和定量分析材料中的晶体缺陷，如晶格畸变、晶界、位错等。
这对于材料性能的改进和缺陷修复具有重要意义。
在晶体生长研究中，X射线衍射技术可以用于监测晶体生长动态过程，了解晶体生长机制和控制晶体质量。
在纳米材料表征中，X射线衍射技术可以用于研究纳米材料的晶体结构和尺寸分布，揭示其特殊的物理和化学性质。
多晶材料x射线衍射 实验原理 方法与应用
多晶材料x射线衍射实验原理方法与应用多晶材料x射线衍射是一种非常重要的材料结构表征方法，可以用来确定晶体结构、晶格常数、晶面间距、晶胞参数等信息。
本文将介绍多晶材料x射线衍射的实验原理、方法和应用。
实验原理
多晶材料x射线衍射法是利用x射线与晶体中的原子作用而产生衍射现象的一种方法。
当x射线入射晶体后，会与晶体中的原子发生作用，形成散射波，这些散射波在晶体中的原子排列方式的影响下，会发生干涉，最终形成衍射花样。
通过分析衍射花样，可以获得晶体的结构信息。
方法
多晶材料x射线衍射的实验步骤主要包括样品制备、x射线衍射仪调试、数据采集和数据处理等环节。
样品制备：样品需要磨成粉末或者切成薄片，以便x射线可以穿透并与其发生作用。
x射线衍射仪调试：确定适当的x射线波长、角度等参数，保证x射线能够穿透样品并产生足够的衍射强度。
数据采集：将x射线衍射仪测得的衍射花样数据记录下来，通常是以衍射强度随衍射角度的变化曲线的形式呈现。
数据处理：通过计算和分析衍射曲线，可以得到晶体的结构信息。
应用
多晶材料x射线衍射法在材料科学、地质学、化学等领域得到了
广泛应用。
其中，材料科学领域是其最主要的应用领域之一。
该方法可以用于研究材料的结构、相变、缺陷、应力等问题，对于新材料的设计、合成和改进具有重要意义。
此外，多晶材料x射线衍射法也可以用于分析矿物、岩石等地质样品的结构特征，为地质学研究提供了有力的工具。
X射线衍射在化学各领域中的应用
X 射线衍射在化学各领域中的应用化学工程学院 应用化学 王圣自1896年X 射线被发现以来，可利用X 射线分辨的物质系统越来越复杂。
从简单物质系统到复杂的生物大分子，X 射线已经为我们提供了很多关于物质静态结构的信息。
此外，在各种测量方法中，X 射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。
由于晶体存在的普遍性和晶体的特殊性能及其在计算机、航空航天、能源、生物工程等工业领域的广泛应用，人们对晶体的研究日益深入，使得X 射线衍射分析成为研究晶体最方便、最重要的手段。
本文主要介绍X 射线衍射在化学各领域的应用。
1、X 射线衍射原理1912年劳埃等人根据理论预见，并用实验证实了X 射线与晶体相遇时能发生衍射现象，证明了X 射线具有电磁波的性质，成为X 射线衍射学的第一个里程碑。
当一束单色X 射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X 射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的X 射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X 射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。
这就是X 射线衍射的基本原理 。
衍射线空间方位与晶体结构的关系可用布拉格方程表示：2sin d n θλ=式中d 为晶面距离；n 为反射级数；θ为掠射角；λ为X 射线的波长。
布拉格方程是X 射线衍射分析的根本依据。
2、X 射线衍射方法研究晶体材料，X 射线衍射方法非常理想非常有效，而对于液体和非晶态物固体，这种方法也能提供许多基本的重要数据。
所以X 射线衍射法被认为是研究固体最有效的工具。
在各种衍射实验方法中，基本方法有单晶法、多晶法和双晶法。
3、X 射线衍射分析的应用3.1 物相分析X 射线衍射主要用于：⑴确定材料的组成元素及其含量；确定这些元素的存在状态，即是什么物相；⑵成份分析：化学分析、光谱分析、X 射线荧光分析等；⑶物相分析或结构分析：X 射线衍射分析。
x衍射在医学上的应用原理
X衍射在医学上的应用原理1. 引言X衍射是一种物理现象，通过X射线与物质相互作用产生的干涉和衍射效应来研究物质结构和性质。
在医学领域中，X衍射技术被广泛应用于诊断、治疗和研究等方面。
本文将介绍X衍射在医学上的应用原理。
2. X衍射在医学影像学中的应用X衍射技术被广泛应用于医学影像学，用于获得有关人体内部结构和组织的信息。
以下是一些常见的X衍射在医学影像学中的应用：•X线摄影：X线摄影是一种将X射线通过人体或物体，然后记录下通过的射线的技术。
通过对X射线的吸收能力不同的组织进行摄影，可以获得有关骨骼结构、肺部疾病等的信息。
•计算机断层扫描（CT）：CT扫描结合了X衍射和计算机处理技术，可以通过多个方向的X射线摄影来获取更精确的图像。
这种技术可以提供比传统X射线摄影更详细的人体内部结构信息。
•正电子发射断层扫描（PET）：PET扫描使用放射性同位素，通过测量放射性同位素在体内的分布来获得信息。
X衍射技术在PET扫描中用于定位放射性同位素的分布和活动。
3. X衍射在医学研究中的应用除了医学影像学外，X衍射技术还被广泛应用于医学研究领域，用于研究生物分子的结构和功能。
以下是一些常见的X衍射在医学研究中的应用：•蛋白质结构研究：X衍射技术可以用来确定蛋白质的分子结构，进而揭示其功能和相互作用。
通过对蛋白质晶体进行X射线衍射实验，可以得到高分辨率的蛋白质结构信息。
•药物设计：X衍射技术可以帮助研究人员了解药物与靶标之间的相互作用，从而指导药物设计和优化。
通过确定药物与靶标结合的位置和方式，研究人员可以针对性地设计新的药物。
•DNA/RNA结构研究：X衍射技术可以用来研究DNA或RNA的分子结构，从而帮助理解遗传信息的存储和传递机制。
通过对DNA或RNA晶体进行X射线衍射实验，可以揭示其结构和构象变化。
4. X衍射在放射治疗中的应用除了诊断和研究应用，X衍射技术还被广泛应用于放射治疗中，用于治疗癌症等疾病。
以下是一些常见的X衍射在放射治疗中的应用：•放射性碘治疗：放射性碘治疗是一种常见的治疗甲状腺癌的方法。
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sin 2 1 : sin 2 2 : sin 2 3 : : sin 2 K 3 : 4 : 8 :11:12:16:19: 20
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精确测定多晶体点阵常数的方法
晶体内部各种因素引起的点阵常数的变化十分微小，往往 在 10-4数量级，如果采用一般的测试技术，这种微弱的变 化趋势势必被试验误差所掩盖，所以必须对点阵常数进行 精确测定。 用X射线衍射方法测定晶体物质的点阵常数是一种间接的 方法，其实验依据是根据衍射谱上各衍射线所处位置的 θ 角，用Bragg方程和各个晶系的面间距公式，求出该晶体 的点阵常数。 多晶体衍射谱上每条衍射线都可以计算出点阵常数值，但 是哪一条衍射线确定的数值最接近实际呢？
测角器刻度误差：固有机械误差；
这两项误差所导致的△ 2 θ ，一般调试后约为 0.01º ，若采
用光学方法校正，可以达到0.001º 。
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精确测定多晶体点阵常数的误差原因
试样误差：
试样平板状，与聚焦园不能重合而散焦；
这些都是经验表达式，没有公认可靠的外推函数
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精确测定多晶体点阵常数的误差原因
德拜法：半径误差、底片误差、偏心误差、吸收误差
衍射仪法：
峰位的确定 仪器误差
试样误差
X射线误差 测试方法误差
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精确测定多晶体点阵常数的误差原因
仪器误差：仪器未经精确校准。
零点偏差：接收器零点误差，此误差是恒定的；
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粉末衍射花样的指标化
晶胞参数未知时衍射线的指标化：
在衍射角θ（晶面间距d）已知的情况下，干涉指数和晶胞 参数两者是相互依赖的，无法直接求得。
在不同晶系中，晶胞参数中未知值的个数是多寡不一的，
对立方晶系来说，只有一个未知数 a，中级晶族中为 a和 c 两个未知数，低级晶族中未知数则多至3、4和6个。 因此，在粉晶法中，指标化对立方晶系来说是肯定可能的， 对中级晶族一般是有可能的，而对低级晶族则一般是非常 困难的。
2 2 2 2
体心立方晶体：110，200，211，220，310，222，312，400
sin 1 : sin 2 : sin 3 : : sin K 2 : 4 : 6 : 8 :10:12:14:16:
2 2 2 2
面心立方晶体：111，200，220，311，222，400，331，420
0
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精确测定多晶体点阵常数的误差消除
一般用外推法消除测量误差： 根据若干条衍射线测得的点阵常数，外推至θ=90º
对德拜照相法，外推函数f(θ)由J. B. Nelson和A. Taylor分 别从实验和理论证明为：f(θ)=(cos2θ/sinθ+cos2θ/θ) /2
衍射仪法的外推函数有：cos2θ、 ctg2θ、 cosθ ctgθ
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立方晶系粉末衍射花样的指标化
对立方晶系来说：
1 (h 2 k 2 l 2 ) 2 d a2
对同一物质的同一个衍射花样，X射线波长和晶胞参数是常数
sin 2 1 : sin 2 2 : sin 2 3 : : sin 2 K
2 2 2 (h12 k12 l12 ) : (h22 k 22 l22 ) : (h32 k32 l32 ) : : (hK kK lK )
4
粉末衍射花样的指标化
晶胞参数已知时衍射线的指标化：
立方晶系： sin 2 [ /(2a)]2 (h 2 k 2 l 2 ) 四方晶系： sin 2 [ /(2a)]2 (h 2 k 2 ) [ /(2c)]2 l 2 斜方晶系： sin 2 [ /(2a)]2 h 2 [ /(2b)]2 [ /(2c)]2 l 2
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立方晶系粉末衍射花样的指标化
根据晶体结构因子和点阵消光法则，立方晶系中能产生 衍射的晶面归纳如下： 简单立方晶体：100，110，111，200，210，211，220，221
ห้องสมุดไป่ตู้
sin 1 : sin 2 : sin 3 : : sin K 1: 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 8 : 9 :
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精确测定多晶体点阵常数的误差分析
主要取决于sin的精确度
sin / 2d
sin cos 2 d
对于立方晶系：
d/d= a/a=-ctg 90 º 时，ctg
2d 若用85º 数据求d其准确度比 sin d =50º 时高100倍 d 精确求算晶胞参数的数据要求： d cos 强度大；衍射角度测量准确； d sin 单一面指数；高角度。 ctg
通过点阵常数的变化测定弹性应力已经发展为一种成熟的
专门方法
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多晶体点阵常数的精确测定
精确测定已知多晶材料点阵常数的基本步骤：
1. 用照相法或者衍射仪法获取待测试样的粉末衍射谱； 2. 根据衍射线的角位置计算相应晶面间距d；
3. 标定各衍射线条的干涉指数hkl（指标化）；
4. 由d及相应的hkl计算点阵常数（a、b、c等）； 5. 消除误差。晶体内部各种因素引起的点阵常数的变化非 常小，往往在10-4数量级，这就要求测量精度非常高； 6. 得到精确的点阵常数值。
晶体学基本知识 X射线衍射原理 X射线衍射分析方法 X射线物相分析 X射线衍射分析方法的应用
1
X射线衍射分析方法的应用
多晶体点阵常数的精确测定 纳米材料晶粒尺寸的测定 晶格畸变及衍射线形分析 多晶体择优取向的测定 晶体结晶度的测定
薄膜材料掠角入射物相分析
小角度散射研究超晶格结构 宏观残余内应力的测定 薄膜厚度的测量
2
多晶体点阵常数的精确测定
点阵常数是晶体物质的基本结构参数，它随物质的化学组 成和外界条件（温度、压力等）变化 点阵常数的变化反映了晶体内部原子结合力、密度、热膨
胀、固溶体类型、受力状态、缺陷类型、浓度等的变化，
通过测量点阵常数的变化，可以揭示出上述问题的物理本 质和变化规律