粉末衍射仪法
X-射线粉末衍射法物相定性分析
X 射线粉末衍射法物相定性分析粉末衍射也称为多晶体衍射，是相对于单晶体衍射来命名的，在单晶体衍射中，被分析试样是一粒单晶体，而在多晶体衍射中被分析试样是一堆细小的单晶体（粉末）。
每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体结构。
当X 射线被晶体衍射时,每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样。
利用X 射线衍射仪实验测定待测结晶物质的衍射谱，并与已知标准物质的衍射谱比对,从而判定待测的化学组成和晶体结构这就是X 射线粉末衍射法物相定性分析方法。
一.实验目的及要求（1）学习了解X 射线衍射仪的结构和工作原理;（2）掌握利用X 射线粉末衍射进行物相定性分析的原理;（3）练习用计算机自动检索程序检索PDF(ASTM)卡片库，对多相物质进行相定性分析。
二. 实验原理通过晶体的布喇菲点阵中任意3个不共线的格点作一平面，会形成一个包含无限多个格点的二维点阵，通常称为晶面。
相互平行的诸晶面叫做一晶面族。
一晶面族中所有晶面既平行且各晶面上的格点具有完全相同的周期分布。
因此，它们的特征可通过这些晶面的空间方位来表示。
要标示一晶面族，需说明它的空间方位。
晶面的方位（法向）可以通过该面在3个基矢上的截距来确定。
对于固体物理学原胞，基矢为1a ，2a ，3a ，设一晶面族中某一晶面在3基矢上的交点的位矢分别为1r a ，2s a ，3t a ，其中r ，s ，t 叫截距，则晶面在3基矢上的截距的倒数之比为123111::::r s th h h = 其中123,,h h h 为互质整数，可用于表示晶面的法向，就称123h h h 为该晶面族的面指数，记为123()h h h 。
最靠近原点的晶面在坐标轴上的截距为11/a h ，22/a h ，33/a h 。
同族的其他晶面的截距为这组最小截距的整数倍。
在实际工作中，常以结晶学原胞的基矢a ，b ，c 为坐标轴表示面指数。
此时，晶面在3坐标轴上的截距的倒数比记为111::::r s th k l =整数,,h k l 用于表示晶面的法向，称hkl 为该晶面族的密勒指数，记为()hkl 。
X射线粉末衍射仪法
X射线粉末衍射仪法摘要本实验采用X射线粉末衍射仪法，对样品、薄膜ZnO和二者的混合物等多晶样品进行了X射线衍射扫描。
实验测得的结构为体心立方，ZnO为六角密排结构；由已知和ZnO的质量分数比为1：1的混合物定标得出另外一种混合物中和ZnO的质量分数之比约为2.54:1，实验还测量了ZnO薄膜样品的晶粒大小为。
关键词X射线粉末衍射仪法物相分析PDF卡1．引言X射线是一种波长介于紫外线与射线之间的电磁波，其波长约为0.01~100之间，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。
1912年德国物理学家劳厄(M.Von Laue)发现了晶体的X射线衍射现象。
同年，英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上，提出著名的X射线的布拉格衍射方程，并首次用X射线衍射法测定出氯化钠的晶体结构。
1916年德国科学家德拜和写了提出了X射线粉末衍射仪法，揭开了利用多晶样品进行晶体结构测定的序幕。
X射线衍射法已经成为研究原子、分子和晶体结构的重要手段之一，被广泛用于晶体结构参数测定、材料的物相分析和亚微观晶粒的大小分布测量等方面。
物相分析是X射线衍射在金属中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。
前者把对材料测得的点阵平面间距及衍射强度与标准物相的衍射数据相比较，确定材料中存在的物相；后者则根据衍射花样的强度，确定材料中各相的含量。
在研究性能和各相含量的关系和检查材料的成分配比及随后的处理规程是否合理等方面都得到广泛应用。
本实验学习掌握多晶X射线粉末衍射仪的原理与基本操作，熟悉定性物相分析的步骤及PDF数据库的使用方法，了解定量物相分析，精确测定晶格常数及晶粒大小测量等实验方法。
2．原理2.1理论晶体的粉末X射线衍射图的衍射峰的强度和对应的衍射角是由晶体内部结构特性决定的。
衍射峰对应的衍射角取决于晶胞大小和形状，以此可以对样品组成进行定性物相分析；而你是否的强度取决于晶胞内原子的类型及分布，这是利用X 射线衍射进行定量物相分析的基础。
X射线粉末衍射法
可见光与X射线在晶体上反射的 区别：
• 1。可见光仅在表面反射，X射线在晶体表 面与内部都可以反射。 • 2。可见光在任何角度上反射，X射线仅对 某些角度（布喇格角）有反射。 • 3。可见光在镜面反射可达100%，X射线反 射则很弱。
a(cos1 cos1 ) H
从透射观点出发的劳厄衍射：
• 采用连续光谱。 • 三方程：
a(cos1 cos1 ) H b(cos 2 cos a2 ) K c(cos 3 cos 3 ) L
劳厄法
布喇格衍射：.
• 从反射观点考虑的布喇格法。一晶面干涉 总是加强。二晶面干涉加强公式： 2dsinθ =nλ .
连续谱的特征
• 3. 短波限λ 0变小。
1 hc m 2 hv max 2 0 0 : 短波限 eV
hc 6.625 1034 3 108 12.42 0 1010 ( A) 19 eV V 1.60 10 V
mZ. • 连续谱线总能量： I K iV 1 连续 • 效率：1%左右 9 ~ 1.4 10 9 , m 2 K 1 . 1 10 • 经验规律λ m=1.5λ 0 1 λ m:连续谱中强度最大处的波长。管电流仅对 连续谱的强度有影响。
X光的发现
• 1895 年 , 德 国 物 理 学 家 伦 琴 (W.C.R0ntgen,1845-1923) 发 现:阴极射线管被包好，远距离 一镀有铂氰酸钡的屏出现微弱 荧光。显而易见的特点:它能穿 过不透明物质.人类历史上第一 次观察到了人手骨骼的影象。 • 以数学上惯用的假定词 X 作为 它的代名词.
• • • • • • • 可见光——光栅 X射线——晶体：X射线晶体学 绝大多数固体物质都是晶体. 晶体特点: 单晶,多晶.可分为七个晶系，14种晶胞。 晶轴、晶面、晶格（常数） 如人的指纹.
南京大学物化实验系列X射线粉末衍射法测定晶胞常数
实验二十九X射线衍射法测定晶胞常数—粉末法一．实验目的和要求1、了解X射线衍射仪的基本原理、简单结构和操作方法。
2、掌握X射线粉末法的原理，测定NaCl或NH4Cl的晶体点阵形式、晶胞参数以及晶胞中内含物的个数。
二．XRD技术的原理和仪器简单介绍1、X射线的产生在抽至真空的X射线管中，钨丝阴极通电受热发射电子，电子在几万伏的高压下加速运动，打在由金属Cu (Fe、Mo) 制成的阳靶上，在阳极产生X射线，如书上P256图III-8-1所示。
众所周知，X射线是一种波长比较短的电磁波。
由X射线管产生的X射线，根据不同的实验条件有两种类型：(1) 连续X射线(白色X射线)：和可见光的白光类似，由一组不同频率不同波长的X射线组成，产生机理比较复杂。
一般可认为高速电子在阳靶中运动，因受阻力速度减慢，从而将一部分电子动能转化为X射线辐射能。
(2) 特征X射线(标识X射线)：是在连续X射线基础上叠加的若干条波长一定的X射线。
当X光管的管压低于元素的激发电压时，只产生连续X射线；当管压高于激发电压时，在连续X射线基础上产生标识X射线；当管压继续增加，标识X射线波长不变，只是强度相应增加。
标识X射线有很多条，其中强度最大的两条分别称为Kα和Kβ线，其波长只与阳极所用材料有关。
X射线产生的微观机理：从微观结构上看，当具有足够能量的电子将阳极金属原子中的内层电子轰击出来，使原子出于激发态，此时较外层的电子便会跃迁至内层填补空位，多余能量以X射线形式发射出来。
阳极金属核外电子层K-L-M-N…，如轰击出来的是K层电子(称为K系辐射)，由L层电子跃迁回K层填补空穴，就产生特征谱线Kα，或由M层电子跃迁回K层填补空穴，就产生特征谱线Kβ。
当然，往后还有L系、M系辐射等，但一般情况下这些谱线对我们的用处不大。
2、X射线的吸收在XRD实验中，通常需要获得单色X射线，滤去Kβ线，保留Kα线。
[提问：为什么不能用含有多种波长的多色X射线? 事实上就是通过提问对后面的思考题第1题作适当提示。
实验二讲义 X射线粉末衍射法物相分析
实验四 X射线粉末衍射法物相分析（p236实验40）一、目的要求1.掌握X射线粉末衍射法的实验原理和技术2.学会根据X射线粉末衍射图，分析粉晶试样的物相组成二、X射线粉末法原理X射线粉末衍射法自从德拜和谢乐首创以来，已经有了很大的发展，其应用范围非常广泛，可用来鉴别矿物的物相，测定点阵常数和晶胞大小，对固溶体进行相的定性与定量分析，还可研究晶粒的大小以及晶体中的残余应力和点阵畸变等，因此X射线粉末衍射法已成为催化、材料科学及矿物研究中常用的实验手段。
由结晶学知道，晶体具有周期性结构。
一个立体的晶体结构，可看成是一些完全相同的原子平面网按一定距离d平行排列而成，同时也可以看成是另一些原子平面网按另一距离d’平行排列而成。
所以一个晶体必然存在着一组特定的d值（d, d’, d’’, d’’’ ）。
结构不同的晶体其d值组绝不相同，所以可用它来表示晶体特征。
下面介绍如何用X射线粉末法来测定d值。
假定晶体中某一方向上原子网面之间的距离为d，X射线以夹角θ入射晶体，如1所示，从原子网面1和2上产生的两条衍射线a’和b’，其光程差为BD+DC，而BD=DC=dSinθ，故BD+DC=2dSinθ。
我们知道，只有当光程差等于入射光波长λ的整数倍n时，亦即d与θ之间应符合布拉格（Bragg）方程时，才能产生被加强了的衍射线。
（参见谢有畅、邵美成编《结构化学》下册，P49）2dSinθ= nλ（8-1）图1 原子网面对X射线的衍射多晶X射线衍射仪器的类型多种多样，但按其设计所采用的衍射几何特点的不同，可分为平行光束型和聚焦型两大类；按X射线的检测记录手段来分也可分为两大类：感光胶片法（照相法）和衍射仪法。
本实验所采用的仪器为聚焦型衍射仪。
应用聚焦原理来设计粉末衍射装置，实验时可以使用大发散的点发散X射线束，样品受照射的表面可以很大，大大增加参与衍射的晶粒数目；而由于聚焦作用，样品表层中取向凑巧的晶粒产生的同一衍射却能同时聚焦集中在同一位置上，得到强度高得多的衍射线，有利于测量。
X射线粉末衍射仪 XRD 原理、应用与进展篇
X射线粉末衍射仪 XRD 原理、应用与进展篇X射线粉末衍射仪 XRD 原理、应用与进展篇1.衍射分析技术的发展与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单自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射线衍射分析成为究晶体最方便、最重要的手段。
本文主要介绍X射线衍射的原理和应用。
1.1基本构造及原理1.1.1基本构造X射线衍射仪的形式多种多样, 用途各异, 但其基本构成很相似, 图4为X射线衍射仪的基本构造原理图, 主要部件包括4部分。
(1) 高稳定度X射线源提供测量所需的X射线, 改变X射线管阳极靶材质可改变X射线的波长, 调节阳极电压可控制X射线源的强度。
(2) 样品及样品位置取向的调整机构系统样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。
(3) 射线检测器检测衍射强度或同时检测衍射方向, 通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。
(4) 衍射图的处理分析系统现代X射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统, 它们的特点是自动化和智能化。
图1 X射线衍射仪基本构造1.1.2 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。
厦门大学仪器分析-X射线粉末衍射法
图(a) 晶体产生X射线衍射的条件的示意图
图(b) 晶面（hkl）及其X射线衍射点hkl的示意图
三、X射线粉末衍射物相分析
1）取干燥后的部分产品研磨，压片，置于X射线 粉末衍射仪上
2）设置衍射参数（10o-90o，8o/min，0.01o/步)
3）数据处理（平滑，背景扣除，Ka2扣除，寻峰， 匹配） 4）结果分析
1. 连续X-射线谱
2. 特征X-射线谱
特征X射线谱中所有高层电子往n=1层跃迁所产生的X射线称 为K系X射线，所有高层电子往n=2层跃迁所产生的X射线称为L系X 射线，n=3、4…为M、N…系。n=2往n=1层跃迁所产生的Kα又可 分为Kα1和Kα2 。
二、 X射线衍射法
X射线通过晶体时会被晶体中很大数量的原子、离子或 分子散射从而在某些特定的方向上产生强度相互加强的衍射 线。其必须满足的条件是光程差为波长的整数倍: 2dsinθ = nλ ，即布拉格衍射条件。 图(a)：晶体产生X射线衍射的条件的示意图 图(b)：晶面（hkl）及其X射线衍射点hkl的示意图
《仪器分析实验》
X－射线粉末衍射法ethod：XRD
一、X-射线的产生与X-射线谱
产生X射线的方法： 1、用高能电子束轰击金属靶； 2、用一次高能X射线束照射靶（试样）以产生二次 X荧光射线束； 3、让试样暴光于产生X射线的放射源之下。
X光管的构造：
南京大学物化实验系列X射线粉末衍射法测定晶胞常数
南京⼤学物化实验系列X射线粉末衍射法测定晶胞常数实验⼆⼗九X射线衍射法测定晶胞常数—粉末法⼀．实验⽬的和要求1、了解X射线衍射仪的基本原理、简单结构和操作⽅法。
2、掌握X射线粉末法的原理，测定NaCl或NH4Cl的晶体点阵形式、晶胞参数以及晶胞中内含物的个数。
⼆．XRD技术的原理和仪器简单介绍1、X射线的产⽣在抽⾄真空的X射线管中，钨丝阴极通电受热发射电⼦，电⼦在⼏万伏的⾼压下加速运动，打在由⾦属Cu (Fe、Mo) 制成的阳靶上，在阳极产⽣X射线，如书上P256图III-8-1所⽰。
众所周知，X射线是⼀种波长⽐较短的电磁波。
由X射线管产⽣的X射线，根据不同的实验条件有两种类型：(1) 连续X射线(⽩⾊X射线)：和可见光的⽩光类似，由⼀组不同频率不同波长的X射线组成，产⽣机理⽐较复杂。
⼀般可认为⾼速电⼦在阳靶中运动，因受阻⼒速度减慢，从⽽将⼀部分电⼦动能转化为X射线辐射能。
(2) 特征X射线(标识X射线)：是在连续X射线基础上叠加的若⼲条波长⼀定的X射线。
当X光管的管压低于元素的激发电压时，只产⽣连续X射线；当管压⾼于激发电压时，在连续X射线基础上产⽣标识X射线；当管压继续增加，标识X射线波长不变，只是强度相应增加。
标识X射线有很多条，其中强度最⼤的两条分别称为Kα和Kβ线，其波长只与阳极所⽤材料有关。
X射线产⽣的微观机理：从微观结构上看，当具有⾜够能量的电⼦将阳极⾦属原⼦中的内层电⼦轰击出来，使原⼦出于激发态，此时较外层的电⼦便会跃迁⾄内层填补空位，多余能量以X射线形式发射出来。
阳极⾦属核外电⼦层K-L-M-N…，如轰击出来的是K层电⼦(称为K系辐射)，由L层电⼦跃迁回K层填补空⽳，就产⽣特征谱线Kα，或由M层电⼦跃迁回K层填补空⽳，就产⽣特征谱线Kβ。
当然，往后还有L系、M系辐射等，但⼀般情况下这些谱线对我们的⽤处不⼤。
2、X射线的吸收在XRD实验中，通常需要获得单⾊X射线，滤去Kβ线，保留Kα线。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
圆，一般半径是185mm。当试样围绕轴O转动时，接 收狭缝和探测器则以试样转动速度绕O轴转动，转动角 可由转动角度读数器或控制仪上读出。
3.4 粉末衍射仪法
最基本的衍射实验方法有：粉末法、劳厄法、转晶法三种 测试手段有照相法和衍射仪法两种
三种基本衍射实验方法
实验 方法
粉末法
所用 辐射单色辐射 Nhomakorabea样品
照相法
衍射仪法
晶体粉末 样品转动或 德拜照相机 粉末衍射仪
固定
劳厄法 连续辐射 转晶法 单色辐射
单晶体 单晶体
样品固定 劳厄相机
样品转动或 转晶-回摆
3、 粉末衍射仪常见相分析测试图谱（石英）
強度
140
120
100
80
60
40
20
0
15
25
35
45
55
65
75
85
2θ (°)
三、 粉末衍射仪的工作方式
a. 连续扫描 连续扫描就是让试样和探测器作匀速圆周运动，在转动
过程中同时将探测器依次所接收到的各晶面衍射信号输入到记 录系统或数据处理系统，从而获得的衍射图谱。快速、方便， 非常适合于大量的日常物相分析工作。但有滞后、平滑效应。
很多，与入射线的方位角都是θ，因而它们的衍射线分布在一 个以入射线为轴，以衍射角2θ为半顶角的圆锥面上。
不同的面网衍射角不同，衍射线所在的圆锥半顶角不同， 从而不同面网的衍射就会共同构成一系列以入射线为轴的同顶 点圆锥。
粉末衍射仪将不同衍射线的衍射角和强度记录下来，通过 布拉格方程换算出d值，从而测定出晶体结构。
六、 常用测定条件
P57表1－8
X射线发生器：产生稳定X射线源（特征X射线 K ，Cu靶1.5418 Å）。
测角仪：测定衍射角度。 探测仪：记录衍射数据，测定接受到的X射线
强度。 电脑及外围设备：自动化显示及数据处理、输出。
常用粉末衍射仪主要由X射线发生系统、测角仪、探测仪 及数据处理输出系统四大部分组成 。
X 光管 固定
2、 粉末衍射仪的光学布置及原理
1000
0
30
60
X Axis Title
Intensity
(c/s)
250 200 150 100 50
67.2 67.4 67.6 67.8 68 68.2 68.4 68.6 2-Theta
四、 衍射线峰位的确定
常用方法： (a) 峰顶法 (b) 切线法 (c) 半高宽中点法 (d) 7/8高度法 (e) 中点连线法 (f) 抛物线拟合法
二、粉末衍射仪组构
衍射仪介绍 X射线粉末衍射仪是采用测角仪和衍射光
子探测器来记录衍射线位置（衍射线角度）及 强度的分析仪器 。
1、 粉末衍射仪的构造
送水装置 水冷
X线管 高压电缆
高压 发生器 X线发生器(XG)
控制驱动装置
测角仪 样品 角度扫描
显示器
数据输出
计数管 ＨＶ
计数存储装置(ECP)
四部分构成
b.步进扫描 步进扫描又称阶梯扫描。步进扫描工作是不连续的，试
样每转动一定的角度Δθ即停止，在这期间，探测器等后续 设备开始工作，并以定标器记录测定在此期间内衍射线的总 计数，然后试样转动一定角度，重复测量，输出结果。无滞 后、平滑效应，峰位准确。
水泥熟料中C3A的X射线衍射谱
CA 3
2000
Y Axis Title
固定
照相机
单晶衍射仪 单晶衍射仪
一、粉末衍射原理
样品： 粉末状小颗粒
（通常在 320目 以上），在试样槽 中压制成片状。
X 光管 固定
试样中包含了无数个取向不同 但结构一样的小晶粒。
当一束单色X射线照射到样品上 时，对晶体的某一面网（h k l）， 总有某些小晶粒的（h k l）面网能 够恰好满足布喇格条件而产生衍射。 由于试样中小晶粒数量巨大，所以 能够满足布喇格条件的面网
五、 样品制备
被测试样制备良好，才能获得正确良好 的衍射信息。
对于粉末样品，通常要求其颗粒平均粒 径控制在5μm左右，亦即通过320目的筛子， 而且在加工过程中，应防止由于外加物理或 化学因素而影响试样其原有的性质。
实验室衍射仪常用的粉末样品形状为平板形。其 支承粉末制品的支架有两种，即透孔试样板和不透孔 试样板，如图3-37所示。