物相定性分析概论与基本原理
物相定性分析的基本原理
物相定性分析的基本原理
物相定性分析是指通过对物质的性质、形态、结构等方面的观察和研究，来确定其物相的性质。
其基本原理可以总结为以下几点：
1. 形态特征分析：通过对样品的观察和描述，了解其形态特征。
包括物质的颜色、透明度、晶体外形等方面的观察。
2. 热学特性分析：通过测量样品的熔点、沸点、熔化热、蒸发热等热学性质，来确定物质的物相。
3. 表面性状分析：通过对样品的表面形貌进行观察和分析，包括颗粒形状、表面结构等方面的特征，来确定物质的物相。
4. 光学特性分析：通过测量样品的折射率、透射率、吸收谱等光学性质，来确定物质的物相。
5. 结构特征分析：通过使用X射线衍射、电子显微镜等分析
方法，来研究样品的晶体结构、分子结构等方面的特征，从而确定物质的物相。
通过以上的分析方法，结合物质的物理化学性质，可以较为准确地确定物质的物相，为后续的性质研究和应用提供基础数据和相关信息。
X射线衍射技术之四-物相分析
什么是物相?
物相是从结构角度对某一物质种类的描述. 化学组成相同但结构类型不同的物质视为不 同的物相,如方解石和文石.化学组成不同但结 构类似的物质也属不同的物相,因为二者在结 构参数方面存在差别.
物相分析分为定性分析和定量分析。定性分 析目的是确定待测物质成分及结构类型；定 量分析不仅确定物质成分及结构类型，而且 确定各物相质量分数。因此定性分析是定量 分析的基础和前提。
1．粉末衍射卡
粉未衍射卡(Power Diffraction File, 简称 PDF卡)是1941年美国道氏化学(Dow Chemical)公司从1938年起由哈那瓦尔物(J. D. Hanawalt)等人首创的标准衍射数据，在 美国材料试验协会(ASTM)的赞助下，以3 inch×5 inch (76.2 mm×127 mm)的卡片形 式发行，故也称ASTM卡。
I j Cj
Vj
Cj
fj
式中Cj──样品中与第j相有关的常数; μ ──混合样品的线吸收系数.
fj W j m m m Ij C 将 代入 V x j 变换为以xj和µ m表示的形式如下
fj
j
Ij
Cj xj
j m
Cj
'
xj
m
此式是Ｘ射线物相定量分析的基本公式。µm不是j相 的质量吸收系数，而是整个待测试样总的质量吸收 系数． n
第2节 XRD物相定量分析
一．定量分析法原理
X射线定量相分析方法是在完成了样品 的物相定性分析工作的基础上，利用衍射 花样中待测相衍射强度，分析每个相在样 品中的重量百分含量的技术。
XRD粉末衍射强度公式:
3 4 2 I e 1 c o s 2 1 2 2 2 M 0 I ( 2 ) ( ) ( F P N ) (2 ) ( e) () V h k l h k l h k l 4 3 2 m c R s i n c o s 2
05第五讲 物相定量分析-优质课件
K
j s
——参比强度值。
实验步骤:
（1）测定 K s值j 。制备Wj∶Ws=1∶1的两相混合 样。
K
j s
Ij
I s（Ij、Is各选一个或2个合适的衍射峰）
（2）制备待测相的复合样：掺入与
K
j s
相同的
内标物质，含量可不同。
（3）测量复合样。精确测量Ij、Is，所选峰及
条件与
K
j s
同。
（4）通过 K s求j 待测相含量。求得
例如，将纯j相某根线的强度算作100时，若某混合物中j相 的同一根线条强度只有60，则可认为j相在混合物中的重量 百分数为60％
这种做法虽较简便，但却比较粗略，实际上由于影响因素比 较复杂，往往使“含量-强度”的关系偏离线性，故为可靠 起见，可以事先作出定标曲线
例如TiO2有两种同素异构体--金红石和锐钛矿，若需从两相 混合物中测定某相的含量，可以采用以下方法，先配制一系 列金红石和锐钛矿不同比例的样品，如100：0; 0:10; 80:20……
确定其衍射指数和衍射角，算出Cj 则有：
I1=C1.f1/μ I2=C2.f2/μ I3=C3.f3/μ …………. In=Cn.fn/μ f1+f2+f3+…+fn=1
解上述方程组，即可求出每相的体积百分数
对两项系统可简化成：
I1=C1.f1/μ
I2=C2.f2/μ
f1+f2n=1
解上述方程组，得
5 K值法（基体冲洗法）
在待测样中加入一种标准物质I测/I标→W
测
K值法是在内标法的基础上发展起来的， 主要差别在于对比例常数K值的处理上不 同。
物相定性分析原理
物相定性分析原理物相定性分析是一种常用的材料分析方法，其主要原理是通过观察和分析材料在特定条件下的各种物相，来确定材料的组成、结构、性质和变化规律。
物相指的是材料在固相、液相和气相之间的状态变化，通过观察和分析物相变化的特征，可以确定材料的晶体结构、晶体形貌、晶格常数、元素组成、晶格缺陷和晶体性质等信息。
物相定性分析的主要方法包括X射线衍射、电子衍射、红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜和透射电镜等。
这些技术能够提供关于晶体结构、成分和形貌的详细信息，从而揭示材料的内在性质和性能。
X射线衍射是物相定性分析中最常用的方法之一。
它利用X射线的特性和物质的晶体结构之间的相互作用，通过测量衍射图案来确定材料的晶体结构、晶格常数和晶面间距。
X射线衍射技术对晶体的要求比较高，只有具有一定程度的结晶性的材料才能通过X射线衍射进行分析。
通过X射线衍射分析，可以确定材料的晶体结构类型、晶胞参数和晶体取向。
电子衍射是一种通过电子束照射材料表面或薄片，利用电子与物质的相互作用来进行分析的方法。
电子衍射技术对样品的要求较低，可以分析非晶态材料或粉末材料的晶体结构。
通过电子衍射，可以确定材料的晶体结构、晶胞参数、相对晶格常数和晶体的取向。
红外光谱是一种通过测量物质在红外辐射下吸收和散射的光谱来进行分析的方法。
红外光谱可以用来研究物质的分子结构和化学键，通过分析红外光谱图谱，可以确定物质的官能团和化学组成。
拉曼光谱是一种通过测量物质在受到激发光照射时发生的光散射来进行分析的方法。
拉曼光谱对样品的要求较低，可以分析固态、液态和气态材料。
通过分析拉曼光谱图谱，可以确定物质的化学成分、结构和分子相互作用。
扫描电镜和透射电镜是通过利用电子束与样品相互作用，测量样品表面和内部结构的显微镜分析方法。
扫描电镜可以观察样品表面的形貌和结构特征，透射电镜可以观察样品的晶体结构、晶体形貌和晶格缺陷。
这两种电子显微镜技术对样品的要求较高，需要制备良好的样品。
材料科学研究：物相定性分析
2）数字索引
在未知待测相的任何信息时，使用数字索引（Hanawalt）检索卡片。每行代表一张卡片， 共有七部分：1-卡片质量标志；2-八强峰的晶面间距，下标表示相对强度，x表示最强峰定为 10，其余四舍五入为整数。3-PSC(Pearson Sympol)表示物相所系布拉菲点阵；4-化学式；5矿物名或普通名；6-PDF卡片号；7-I/Ic参比强度。
四、定性分析步骤
四、定性分析步骤
应用举例 例1）已知部分结果的物相鉴定
CPS
b
Al-TiO
2
V=100%
a: a-Al O 23
b:Al Ti 3
b ba
a ba
a
ba
ba b
b aa
a
20 30 40 50 60 70 80 90
四、定性分析步骤
例2）未知任何信息结果的物相鉴定
CPS
b a:a-Al O
材料研究方法
物相定性分析
课程内容
一
基本原理
二
PDF卡片
三
卡片的检索
四
定性分析步骤
一、基本原理
X射线的衍射分析是以晶体结构为基础的。X射线衍射花样反映了晶体中的晶 胞大小、点阵类型、原子种类、原子数目和原子排列等规律。每种物相均有 自己特定的结构参数，因而表现出不同的衍射特征，即衍射线的数目、峰位 和强度。即使该物相存在于混合物中，也不会改变其衍射花样。尽管物相种 类繁多，却没有两种衍射花样特征完全相同的物相，这类似于人的指纹，没 有两个人的指纹完全相同。因此，衍射花样可作为鉴别物相的标志。
材料测试与分析技术-4.1 物相的定性分析
物理性质: 折射率、正负号、光轴夹角、密度、熔点、颜色
可靠性标志: “★” 表示数据可靠性高； “i”表示经指标化及强度估计．但不如有“★”号者可靠; “O”号表示可靠程度低；
无符号者为一般； “C”表示衍射花样数据来自计算。
光盘卡片
物理性质 ⑥ 不要过于迷信卡片上的数据，特别是早年
的资料，注意资料的可靠性。
注意：
当多相混合物中某相的含量很少时，或某相各晶面 反射能力很弱时，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。如在钨和碳化钨的混合物中，仅含 0.1~0.2wt%钨时，就能观察到它的衍射线条；而碳化 钨的含量在不少于0.3~0.5wt%时，其衍射线条才可见。
定性分析 = 信息(花样)的采集处理 + 查找核对标准花样
标准卡片：
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 通用的花样标准。通用的方法是将各种衍射花样 的特征数字化，制成一张卡片或存入计算机，用 待测物质的数据与标准卡片比较。
这 种方法是 J.D. Hanawalt于 1936年创 立的 。 1941年由美国材料试验协会(American Society) 接管数据采集，所以卡片叫ASM卡片或叫粉末 衍射卡组(powder diffraction file,简称PDF), 到 1985 年 出 版 46000 张 ， 平 均 每 年 2000 张 问 世 。 目前“粉末衍射标准联合会“(Joint Committee on powder diffraction standards ， 简 称 JCPDS)和“国际衍射资料中心”(ICDD)联合出 版 。 较 近 期 的 书 刊 也 将 卡 片 称 为 JCPDS 衍 射 数 据卡。
物相定量分析的原理
物相定量分析的原理
物相定量分析是一种通过对物质样品进行实验和测量，以确定其组成成分和含量的分析方法。
它基于不同物质在特定条件下的物理和化学性质的差异，利用一系列分析手段进行定量分析。
物相定量分析的原理主要包括样品制备、分析方法选择和标定等步骤。
首先，为了获取准确的分析结果，需要对样品进行制备如溶解、研磨、稀释等。
然后，根据要分析的物质的特性和分析目的，选择合适的分析方法，比如重力分析法、滴定法、电化学分析法、光谱分析法等。
在选择方法时，需考虑分析方法的准确性、灵敏度、选择性和可靠性等指标。
在进行物相定量分析时，还需要进行标定。
标定是通过建立分析物质的标准曲线或标准样品体系，根据已知浓度的标准物质测定其信号强度或响应值，并与待测物样品的信号强度或响应值进行比对，从而获得待测物质的浓度。
此外，物相定量分析还需注意实验条件的控制和结果的验证。
在实验过程中，需控制温度、pH值、离子强度等条件以消除
外部环境对实验结果的影响。
同时，对实验结果进行验证，如进行重复实验、与其他分析方法对比等，以确保获得准确可靠的分析数据。
总之，物相定量分析通过选择适当的分析方法，并进行标定和验证，能够准确测定样品中不同组分的含量，为科学研究和工业生产提供重要的分析依据。
物相定性分析的原理是什么
物相定性分析的原理是什么物相定性分析是指通过对物质的外部形态、颜色、形状、质地、硬度等特征进行观察和分析，以确定物质的组成、结构和性质的一种分析方法。
物相定性分析的原理主要包括形态学分析、光学显微分析、X射线衍射分析、电子显微分析等多种方法。
首先，形态学分析是物相定性分析的基础。
形态学分析是通过对物质的外部形态、颜色、形状、质地、硬度等特征进行观察和描述，从而初步推断物质的组成和性质。
通过形态学分析，可以初步判断物质是单质还是化合物，是无机物还是有机物，是金属还是非金属，从而为后续的定性分析提供基础。
其次，光学显微分析是物相定性分析的重要手段之一。
光学显微分析利用光学显微镜观察物质的微观形貌和结构，从而推断物质的组成和性质。
通过光学显微分析，可以观察到物质的晶体形态、晶体结构、晶体缺陷等信息，进而确定物质的晶体结构和晶体性质。
光学显微分析还可以观察到物质的晶体取向、晶体生长方式等信息，为进一步的定性分析提供重要依据。
另外，X射线衍射分析是物相定性分析的重要手段之一。
X射线衍射分析利用X射线衍射仪观察物质对X射线的衍射图样，从而推断物质的晶体结构和晶体性质。
通过X射线衍射分析，可以确定物质的晶体结构类型、晶格参数、晶面指数等信息，进而确定物质的晶体结构和晶体性质。
X射线衍射分析还可以确定物质的晶体取向、晶体取向分布等信息，为进一步的定性分析提供重要依据。
此外，电子显微分析也是物相定性分析的重要手段之一。
电子显微分析利用电子显微镜观察物质的微观形貌和结构，从而推断物质的组成和性质。
通过电子显微分析，可以观察到物质的晶体形貌、晶体结构、晶体缺陷等信息，进而确定物质的晶体结构和晶体性质。
电子显微分析还可以观察到物质的晶界、晶内结构等信息，为进一步的定性分析提供重要依据。
综上所述，物相定性分析的原理主要包括形态学分析、光学显微分析、X射线衍射分析、电子显微分析等多种方法。
这些方法相互结合，可以全面、准确地确定物质的组成、结构和性质，为物相定性分析提供了重要的理论和实验基础。
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物相鉴定顺序如下：
1）从前反射区选取强度最大的三根衍射线， 并使其d值按强度递减的次序排列，又将其余 线条的值按强度递减顺序列于三强线之后 2）从Hanawalt索引中找到对应的d1（最强线 的面间距）组
物相鉴定顺序
3）按次强线的面间距d2找到接近的几行。在 同一组中，各行系按d2递减顺序安排 4）检索这几行数据是否与实验值很接近。若 是则再依次查对第三、第四、第五至第八条线， 并从中找出最可能的物相及其卡片号 5）比对卡片（d值与强度值），若吻合即可确 定待测样品的物相
5.1.3 PDF卡片索引
PDF卡片索引: 帮助实验人员从数万张卡片中迅速查到所 须的PDF卡片工具书
索引分为：有机相、无机相 检索方法分：数字检索、字母检索
Hanawalt无机相（物）检索手册
➢ 是一种数字索引，将最强线的面间距d1处于 某一范围内者归入一组，组的顺序按面间距 范围从大到小排列，组的面间距范围及其误 差在每页顶部标出 在每组内则按次强线的面间距d2减小的顺 序排列
Ιj
C j fj μ
C j:常数
m 1 n j j
j: j相的重量百分数 和m为混合物的密度和质量吸收系数
5.2.2 定量分析方法
j
Wj W
Vj
f jV
Wj
j
f j
Iron Oxide Fe2O3 3.60X 6.018 4.368 21-920
5.1.3 PDF卡片索引
➢ 有机相检索手册 ➢ Fink无机索引 ➢ 矿物检索手册
5.1.4 定性相分析步骤
获得衍射花样 测定2，计算面间距d值 相对强度值I/I1(I1为最强线的强度)的测量 检索PDF卡片 判定得出结果
物相的定性分析概论和基本原理
物相的定性分析概论和基本原理
目录
5.1.1 基本原理 5.1.2 PDF卡片 5.1.3 PDF卡片索引 5.1.4 定性相分析方法 5.1.5 计算机检索
目录
5.2 物相的定量分析 5.2.1 基本原理 5.2.2 定量分析方法 5.2.3 具体应用 5.2.4 注意问题
定性分析注意事项
晶面间距d比相对强度I/I1更重要 线条有重叠，分析工作复杂 混合物中某相的含量很少时，难于显示衍射 线条，无法确定该相的存在
定性分析只能肯定某相的存在，不能断 言某相绝对不存在
5.2 物相的定量分析
定量分析目的：
确定多相物质中各相的相对含量
5.2.1定量分析的依据
各相的衍射线的强度随该相含量的增加而提高
例如
以1995年的无机相Hanawalt检索手册为例，将面 间距d1分为40组 2.50-2.44(±0.1)
★ 2.47x 2.558 2.776 2.044 1.574 6.113 3.152 1.892 oI12 Ca2CuO3 34-282 1.8
5.1.3 PDF卡片索引
➢ 戴维无机相字母索引
概论
X射线衍射依赖衍射花样三要素：
衍射线（或衍射斑）的位置 强度 线型
概论
确定样品中存在的结晶物相的种类
例如：将CaCO3与NaCl晶体混合时，X射线物 相分析可以直接加以区分
确定样品中某物相的百分含量
概论
测量晶体的晶格常数 进行无机物的定性、定量分析 进行结构分析
有机物的结晶情况分析
概论
应用领域：
5.2.2 定量分析方法
采用衍射仪测量时，单相多晶体的衍射强度 公式
I相 I033 R 2 m e2 c2 2v V 2F 2 HK P hL k( l )e 2 M A ()
定量分析方法
设样品是由n个相组成的混合物，其总的线吸收系数为， 则其中某相（j相）的HKL衍射线强度公式为：
NaCl晶体的衍射花样
钨粉的衍射花样
定性相分析的思路
将d-I的数据组代表衍射花样 将由试样测得的d-I数据组与已知结构物
质的标准d-I数据组进行对比
鉴定出试样中存在的物相
5.1.2 PDF卡片
1938年J.D.Hanawalt等人发起以d-I数据组代替衍射花样， 制备衍射数据卡片
1942美国材料试验协会(ASTM)出版了大约1300张衍射 数据卡片
金属材料学、矿物学、岩石学、材料合成 研究、药物合成研究、材料性能研究（如配合 低温、高温物台的使用可研究不同环境下晶格 的变化）
5.1.1 基本原理
任一种结晶物质都具有特定的晶体结构 在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质
都给出自己特有的衍射花样，每一种晶体物 质和它的衍射花样一一对应 多相试样的衍射花样只是由它所含物质的衍 射花样机械叠加而成
Ij I033 R 2 m e 2 2 c 22 1 V v 2 jP HF K H L 2 K(L )e 2 M
各相的j不同；若j相的体积分数为fj 令试样被照射的体积V为单位体积 则j相被照射的体积为Vj=V×fj
5.2.2 定量分析方法
则第j相某根衍射线的强度Ij（参见P48）
物相鉴定顺序
6）若找不到对应的卡片，说明衍射花样的最 强线与次强线并不属于同一物相，此时需从待 测花样中选取下一根线作为次强线，重复3） ~5）的检索程序 注意：不同物相的线条有可能重叠 定性相分析流程图参见P43图4-3
5.1.5 计算机检索MDI Jade 5.0
1）建立数据库：将标准物质的衍射花样数据输 入存到计算机中
2）打开桌面MDI Jade 5.0，进入计算机自动 检索系统
MDI Jade 5.0
3）读入文件：将待测样品的实验衍射数据及其 误差考虑输入，也可以输入样品的元素信息以 及物相隶属的子数据库类型（有机、无机、金 属、矿物等） 4）计算机检索：计算机按照给定的程序将之与 标准的花样进行匹配、检索、淘汰、选择，最 后输出结果
1969年成立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PDF卡片
1978年与国际衍射资料中心联合出版，即JCPDS/ICDD 1992年以后的卡片统一由ICDD出版，至1997年已有卡
片47组，包括有机、无机物相约67000个
5.1.2 PDF卡片
5.1.2 PDF卡片