07-X射线衍射分析的应用讲解
X 射线衍射分析的应用
哈那瓦特法是将已知物质的三条最强线的d 哈那瓦特法是将已知物质的三条最强线的d值从大到小 三条最强线的 的顺序排列 的顺序排列 编排方法为：一个相一个条目，在索引中占一横行； 编排方法为：一个相一个条目，在索引中占一横行； 其内容依次为按强度递减顺序排列的8条强线的晶面间距 其内容依次为按强度递减顺序排列的8条强线的晶面间距 强度递减顺序排列的 和相对强度值、化学式、卡片编号和参比强度值。 和相对强度值、化学式、卡片编号和参比强度值。 是鉴定未知相（衍射线条不多，但强度数据较准确） 是鉴定未知相（衍射线条不多，但强度数据较准确） 未知相 时主要使用的索引。 时主要使用的索引。
一、X射线物相分析 射线物相分析
材料或物质的组成包括两部分 一是确定材料的组成元素及其含量
—成份分析 成份分析
二是确定这些元素的存在状态， 二是确定这些元素的存在状态，即是什么物相
—物相分析 物相分析
C：
成分分析： 元素 成分分析：C元素 物相分析：石墨、金刚石、 物相分析：石墨、金刚石、富勒烯
铸铁（Fe-C合金） Fe- 合金） 成分分析： 、 元素含量 成分分析：C、Fe元素含量 物相分析： 元素的存在状态不同 元素的存在状态不同， 物相分析：C元素的存在状态不同，铸铁种类不同
物相分析
物相定性分析：确定物质（材料）由哪些相组成 物相定性分析：确定物质（材料） 物相定量分析： 物相定量分析：确定各组成相的含量
）、物相定性分析 （一）、物相定性分析 物相定性分析的基本原理
2dsinθ=λ
任何一种物相都有其特征的衍射谱； （1） 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不可能完全相同； 任何两种物相的衍射谱不可能完全相同； 多相样品的衍射峰是各物相衍射峰的机械叠加。 多相样品的衍射峰是各物相衍射峰的机械叠加 制备标准单相物质的衍射花样 PDF卡片 标准单相物质的衍射花样： （2）制备标准单相物质的衍射花样：PDF卡片 待分析物质(样品)的衍射花样与之对照，从而确 待分析物质(样品)的衍射花样与之对照， 与之对照 定物质的组成相
X射线衍射分析方法的应用
精确测定已知多晶材料点阵常数的基本步骤： 精确测定已知多晶材料点阵常数的基本步骤：
1获取待测试样的粉末衍射相，用照相法或衍射仪法 获取待测试样的粉末衍射相， 获取待测试样的粉末衍射相 2根据衍射线的角位置计算晶面间距 ； 根据衍射线的角位置计算晶面间距d； 根据衍射线的角位置计算晶面间距 3标定各衍射线条的指数 标定各衍射线条的指数hkl(指标化 ； 指标化)； 标定各衍射线条的指数 指标化 4内d及相应的 计算点阵常数 及相应的hkl计算点阵常数 内 及相应的 计算点阵常数(a,b,c等) 等 5消除误差； 消除误差； 消除误差 6得到精确的点阵常数值。 得到精确的点阵常数值。 得到精确的点阵常数值
晶粒尺寸的测定——仪器宽化校正 仪器宽化校正 晶粒尺寸的测定
(2)仪器宽化校正 仪器宽化校正 仪器方面的一系列误差来源， 仪器方面的一系列误差来源 ， 会导致衍射峰位 置的移动和峰形不对称， 同时也导致了衍射峰的宽 置的移动和峰形不对称 ， 化，这种宽化称做仪器宽化。 这种宽化称做仪器宽化。 仪器宽化的校正， 仪器宽化的校正，一般选用一种其本身的样品 宽化可以忽略的标准样品，它应满足以下几个条件： 宽化可以忽略的标准样品，它应满足以下几个条件： 晶粒尺寸不能太小，一般可取过300目筛，但不过 目筛， 晶粒尺寸不能太小，一般可取过 目筛 500目筛；晶体内无不均匀应变，各晶粒的晶胞常数 目筛； 目筛 晶体内无不均匀应变， 相同；最好与待测样品的吸收系数相同：还要对K 相同；最好与待测样品的吸收系数相同：还要对 α 双线进行分离，求得从K 所产生的真实宽度， 双线进行分离，求得从 α1所产生的真实宽度，才能 代入谢乐公式计算晶粒尺寸。 代入谢乐公式计算晶粒尺寸。
3．精确测定多晶体点阵常数的方法 ．
由布拉格方程可知， 由布拉格方程可知 ， 点阵常数值的精确度取决于 sinθ这个量的精确度，： 这个量的精确度， 这个量的精确度 对布拉格方程2d sinθ＝λ进行微分得： 对布拉格方程 ＝ 进行微分得： 进行微分得
X射线衍射分析的应用课件
X射线衍射分析的应用
4
第一节 物相分析
• 物相分析（简称“相分析”）：确定物质由哪些相组成和 确定各组成相的含量。
• 确定物质由哪些相组成称为物相定性分析（或称“定性 相分析”，或称“物相鉴定”）：
• 确定物质中各组成相的含量称为物相定量分析（或称 “定量相分析”），常以体积分数或质量分数表示。
12
（2）字母索引
• 以物相英文名称字母顺序排列。每种相一个条目，占一横 行。
• 条目的内容顺序为：物相英文名称、三强线d值与相对强 度、卡片编号和参比强度号。条目示例如下：
X射线衍射分析的应用
13
4.物相定性分析的基本步骤
（1）制备待分析样品； （2）用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样； （3）检索PDF卡片； （4）核对PDF卡片与物相判定。
第七章 X射线衍射分析的应用
• 第一节 物相分析 一、物相定性分析 二、物相定量分析
• 第二节 点阵常数的精确测定 一、概述 二、校正误差的数据处理方法
X射线衍射分析的应用
1
20000
10.1610
18000
16000
14000
12000
12.1657
CPS
10000
8000
6000
14.8239
样品来源、制备 方法等
氯化钠(NaCl)的PDF卡片
X射线衍射分析的应用
8
X射线的波长不同
同一干涉面的2也不相同
X射线衍射分析的应用
9
X射线的波长不同 但同一干涉面的面间距相同
d-spacing
X射线衍射分析的应用
10
3. PDF卡片索引
• 为方便、迅速查对PDF卡片，JCPDS编辑出版了多种PDF 卡片检索手册：
X射线衍射在材料分析当中的应用
X射线衍射在材料分析当中的应用X射线衍射是一种重要的材料分析方法，广泛应用于材料科学、物理学、化学、地质学等领域。
它基于X射线与晶体中的原子相互作用而产生的衍射现象，通过测量衍射角度和强度，可以获得关于材料的结构、晶格参数、晶体形态、晶体质量、晶体缺陷等信息。
下面将详细介绍X射线衍射在材料分析当中的应用。
1.结构测量X射线衍射可以用来确定晶体的结构。
晶体的结构是由周期性排列的原子组成的，X射线可以通过与晶体中的原子相互作用而产生衍射现象。
测量X射线的衍射图样可以得到晶体的结构信息，包括晶胞参数、晶体对称性、原子位置等。
这对于研究固体结构和材料的物理、化学性质非常重要。
2.晶体质量分析X射线衍射可以用来评估晶体的质量。
晶体的质量对于材料的性能具有重要影响。
通过测量X射线衍射的强度和形状，可以判断晶体的纯度、晶格缺陷、晶体畸变等信息，从而评估晶体的质量。
这对于工业生产和材料品质控制非常重要。
3.相变研究X射线衍射可以用来研究材料的相变行为。
相变是材料中的原子或分子之间发生的结构转变。
通过测量相变前后X射线衍射的变化，可以确定相变的发生温度、相变类型、相变机制等信息。
这对于研究材料在不同温度、压力等条件下的结构变化和性质变化非常重要。
4.晶体的应力分析X射线衍射可以用来分析材料中的应力状态。
当晶体中存在应力时，晶胞参数会发生变化，进而影响X射线衍射的角度和强度。
通过测量X射线衍射的变化，可以计算材料中的应力状态。
这对于理解材料的力学性能、设计材料的使用条件非常重要。
5.晶体取向分析X射线衍射可以用来分析材料中晶体的取向情况。
当材料中存在多个取向的晶体时，不同晶面的衍射强度会有区别。
通过测量X射线衍射的强度和方向，可以确定晶体的取向分布。
这对于研究材料的制备方法、材料的性能分布等具有重要意义。
6.材料成像利用X射线衍射原理，可以实现材料的成像。
例如，X射线衍射成像技术可以用来观察材料的内部结构，如晶体的缺陷、晶体的结构变化等。
07-X射线衍射分析的应用
第一节 物相分析 第二节 点阵常数的精确测定 第三节 宏观应力测定简介
1
XR相的鉴定 或验证
混合物相的鉴定
物相分析
物相定量分析
点阵常数（晶胞参数）测定
晶体结构分析
晶粒度测定 宏观应力分析
空间群的测定 原子排布的测定
非晶体结构分析
晶体定向等
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二、物相定量分析
基本原理（设样品中任意一相为j，其某
(HKL)衍射线强度为Ij，其体积分数为fj， 样品(混合物)线吸收系数为）： Ij随fj的增加而增高；但由于样品对X射线的 吸收，Ij亦不正比于fj，而是依赖于Ij与fj及 之间的关系。
一般都采用衍射仪法获得实验数据。
18
多相混合物样品，线吸收系数 ：
35
(五） X射线在高聚物研究中的应用
聚合物结晶度测定 聚合物趋向度测定
晶体粒度大小测定
塑料中无机添加剂的分析 x射线小角散射分析
36
1. 晶体类型的鉴别
37
2.聚合物结晶度测定：
结晶度是描述聚合物结构和性能的重要参数，通过 成型条件可以控制结晶度，达到改善产品性能的目 的。在许多情况下，并不一定需要绝对结晶度，而 是从x射线衍射得到一个再现值，以便对同一种聚 合物不同的样品的结晶度进行比较，这个相对值也 称为结晶指数。
例：用Cu KαX射线（λ＝0.15405nm）作为入射光对某
氧化铝样品进行衍射分析，其XRD图谱如下，请 根据谱图和PDF卡片判断该氧化铝的类型。
13
14
• 答： 由布拉格方程，
2d sin
• 先计算三强峰的d分别为： 0.2090 nm，0.1604 nm，0.2588 nm • 与卡片10-0173 的α-Al2O3较符合，比对其他 衍射峰的结果可确定是α-Al2O3，即刚玉型结 构。
x射线衍射分析的原理X射线衍射分析原理及其应用
x射线衍射分析的原理 X 射线衍射分析原理及其应用导读：就爱阅读网友为您分享以下“X射线衍射分析原理及其应用”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对 的支持!X射线衍射分析摘要：X射线衍射分析是一种重要的晶体结构和物相分析技术，广泛应用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教学、材料生产等领域。
本文简要介绍X射线衍射原理，X射线衍射仪器的结构、原理，及其在地质学、医学等自然科学领域中的应用。
前言：1895年伦琴发现X射线，又称伦琴射线。
德国科学家劳厄于1912年发现了X射线衍射现象，并推导出劳厄晶体衍射公式。
随后，英国布拉格父子又将此衍射关系用简单的布拉格方程表示出来。
到上世纪四、五十年代，X射线衍射的原理、方法及在其他各方面的应用逐渐建立。
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。
X射线衍射技术可以探究晶体存在的普遍性和特殊性能，使得其在冶金、石油、岩石矿物、科研、航空航天、材料生产等领域的被广泛应用。
关键词：方法，衍射，原理，应用X射线衍射仪的原理1.X射线衍射原理当X射线沿某方向入射某一晶体的时候，晶体中每个原子的核外电子产生的相干波彼此发生干涉。
当每两个相邻波源在某一方向的光程差等于波长λ的整数倍时，它们的波峰与波峰将互相叠加而得到最大限度的加强，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。
光程差为0的衍射叫零级衍射，光程差为λ的衍射叫一级衍射，光程差为nλ的衍射叫n级衍射。
n不同，衍射方向的也不同。
由于常用的X射线波长约在2.5A～0.5A之间，与晶体中的原子间距(1A)数量级相同，因此可以用晶体作为X射线的衍射光栅，这就使得用X射线衍射进行晶体结构分析成为可能。
在晶体的点阵结构中，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。
X射线衍射分析原理及应用
X射线衍射分析原理及应用一、X射线衍射分析的原理X射线衍射的基本原理是当X射线入射到晶体表面时，由于晶体具有定向排列的原子或离子，X射线与晶体中的电子发生相互作用并散射，形成不同方向上的干涉条纹，通过测量和分析这些干涉条纹的位置和强度可以推断出晶体的结构特征。
具体来说，X射线衍射分析的原理可以归纳为以下几个方面：1. 布拉格法则：当入射角θ和出射角θ'满足布拉格方程nλ = 2d·sinθ，即入射的X射线与晶体晶面的倾角和衍射角满足特定的关系时，会发生衍射。
2.动态散射：在晶体中，入射的X射线会与晶格中的电子发生相互作用，散射成各个方向上的次级波，波的振动方向垂直于入射方向。
3.干涉：次级波在不同晶面的散射电子之间发生干涉，产生特定的干涉条纹。
4.衍射图样：干涉条纹的位置和形状与晶体的晶胞结构、晶面间距以及晶体取向有关，通过测量和分析衍射图样可以确定这些信息。
二、X射线衍射分析的应用1.晶体结构分析：通过在不同角度下测量样品的X射线衍射图样，可以推断出材料的晶体结构，包括晶胞参数、晶面间距、原子位置等信息。
这对于理解材料的物理、化学以及电子结构等性质非常重要。
2.晶体取向分析：X射线衍射分析可以用来确定晶体中不同晶向的取向分布，即晶体中晶面的取向。
这对于材料工艺和性能的控制具有重要意义，例如金属的冷轧、挤压等过程中，晶体的取向对材料的力学性能有很大影响。
3.晶体缺陷分析：晶体中存在着各种缺陷，如位错、晶界、析出相等。
通过观察和分析X射线衍射图样中的峰形和峰宽等信息，可以确定晶体的缺陷类型和含量，进而了解材料的机械、电学以及热学性质。
4.应力分析：在材料的变形过程中，晶体中会引入应力场。
应力会引起晶格的畸变，从而导致X射线衍射图样的形状和位置发生变化。
通过分析这些变化可以得到材料中的应力分布和大小，对于材料的力学性能的评估和优化具有重要意义。
总之，X射线衍射分析是一种非常重要的材料表征方法，可以提供丰富的关于晶体结构、晶胞参数、晶体取向以及晶体缺陷等信息。
X射线衍射分析原理与应用
X射线衍射分析原理与应用首先，X射线是一种电磁辐射，具有波动性和粒子性。
在X射线的波长范围内，它的波长大致在0.1-10纳米，相当于能量在1-100千电子伏特之间。
当X射线射到物质上时，发生与物质中原子核和电子的相互作用。
在物质中，晶体结构是各种晶体成分的排列有序的方式，不同晶体材料的晶体结构具有不同的特点。
当X射线作用在晶体上时，会被晶体中的原子发生干涉现象。
由于X射线的波长与晶体排列的空间尺寸相当，因此干涉现象会发生，形成一系列衍射图样。
衍射图样中最重要的特征是衍射角和衍射强度。
通过测量衍射角可以获得物质的晶体学参数，包括晶格常数、晶胞结构和晶体的对称性等。
而衍射强度可以用来得到物质结构中原子的位置和原子的放置方式等。
X射线衍射分析广泛应用于材料科学研究领域。
其中最为重要的是在晶体学研究中的应用。
通过X射线衍射实验，可以确定物质的晶体结构，进而揭示其化学成分和晶体生长机制。
这对于材料学家来说非常重要，能够帮助他们设计和合成新的材料。
此外，X射线衍射分析还被广泛应用于材料表征和质量控制中。
通过测量物质中的衍射角和衍射强度，可以快速准确地分析出材料中的晶体结构、相对含量和晶体缺陷等信息。
这对于材料的制备和性能改善具有重要意义。
此外，X射线衍射分析还被广泛应用于材料的破坏性和非破坏性测试中。
通过X射线衍射分析，可以非破坏地确定材料中的晶体结构和组分，进而评估材料的性能和可靠性。
这对于材料的质量控制和产品的性能改善具有重要意义。
在生物医学领域，X射线衍射分析技术也得到了广泛应用。
通过X射线衍射分析，可以研究生物大分子的结构和功能，揭示其在生物过程中的作用机制。
这对于理解疾病的发生和发展，以及药物的设计和开发具有重要意义。
总之，X射线衍射分析是一种重要的材料分析方法，通过对物质对X 射线的衍射现象进行研究，可以获取物质的结构信息和组成成分。
它在材料科学领域具有广泛的应用价值，不仅可以揭示材料的晶体结构和组分，还可以用于材料表征和质量控制，甚至应用于生物医学领域。
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Fink无机数值索引与Hanawalt数值索引相类似， 不同的是其以八强线条的d值循环排列，每种相在 索引中可出现8次。 9
9
（2）字母索引
以物相英文名称字母顺序排列，每种相一个 条目，占一横行。 条目的内容顺序为：物相英文名称、三强线d 值与相对强度、卡片编号和参比强度值。条 目示例如下：
则
不同成分时，u不同
物相定量分析的基本依据
20
定量分析的方法:
直接对比法 内标法
外标法 无标样分析法等
21
内标曲线法 K值法(基体冲洗法) 任意内标法
第二节 点阵常数的精确测定
一、概述 取一个阵点做顶点，以不同方向上的平移周期a、b、c为 棱长，做一个平行六面体。这样的平行六面体叫做晶胞。如果 只要求反映空间点阵的周期性，就可以取体积最小的晶胞，叫 做原胞。原胞的重复排列，可以形成整个点阵。 原胞的三个棱， 可以选作描写点阵的基本矢量，用a、b、c来表示。选择任一 阵点做原点，点阵中任何一个阵点的矢径都可以用方程 α =ma+nb+pc 来表示，式中的m、n、p都是整数。由a、b、 c的大小和方向决定整个点阵，所以叫做点阵常数。
第七章 X射线衍射分析的应用
第一节 物相分析 第二节 点阵常数的精确测定 第三节 宏观应力测定简介
1
XRD的基本用途
物相定性分析
单一物相的鉴定 或验证
混合物相的鉴定
物相分析
物相定量分析
点阵常数（晶胞参数）测定
晶体结构分析
晶粒度测定 宏观应力分析
空间群的测定 原子排布的测定
非晶体结构分析
晶体定向等
例：用Cu KαX射线（λ＝0.15405nm）作为入射光对某
氧化铝样品进行衍射分析，其XRD图谱如下，请 根据谱图和PDF卡片判断该氧化铝的类型。
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• 答： 由布拉格方程，
2d sin
• 先计算三强峰的d分别为： 0.2090 nm，0.1604 nm，0.2588 nm • 与卡片10-0173 的α-Al2O3较符合，比对其他 衍射峰的结果可确定是α-Al2O3，即刚玉型结 构。
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第一节 物相分析
物相定性分析或称物相鉴定：
物相分析： 即确定物质（材料）由哪些相 组成。 物相定量分析： 即确定各组成相的含量（常以体积 分数或质量分数表示）。
3
一、物相定性分析
1. 基本原理 不同物质的X射线衍射花样特征不同。
物质的X射线衍射花样特征是分析物质相组成 的“指纹脚印”。 制备各种标准单相物质的衍射花样
15
5. 多相物质分析
特点：机械叠加。 检索方法：逐个确定其组成相。 存在的情况： 1)、三强线不一定属于同一相，而且还可能发生一个相 的某线条与另一相的某线条重叠的现象。 2)、当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，所以一般要求含量>5wt%。
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二、物相定量分析
基本原理（设样品中任意一相为j，其某
(HKL)衍射线强度为Ij，其体积分数为fj， 样品(混合物)线吸收系数为）： Ij随fj的增加而增高；但由于样品对X射线的 吸收，Ij亦不正比于fj，而是依赖于Ij与fj及 之间的关系。
一般都采用衍射仪法获得实验数据。
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多相混合物样品，线吸收系数 ：
检索手册按检索方法可分为两类，一类以物质名 称为索引(即字母索引)，另一类以d值数列为索 引(即数值索引)。
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（1）数值索引
以Hanawalt无机相数字索引为例。 其编排方法为：一个相一个条目，在索引中占一 横行，内容依次为按强度递减顺序排列的8条强线 的晶面间距和相对强度值、化学式、卡片编号和 参比强度值。条目示例如下：
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卡片编号
三强线
结构式、矿物名称 或通用名称 化学式及英文名称 数据可靠性
实验条件
晶体学数据
光学及其它数据
样品来源、 制备方法等 d与相对强度、 晶面干涉指数
7
氯化钠(NaCl)的PDF卡片
3. PDF卡片索引
为方便、迅速查对PDF卡片，JCPDS编辑出版了 多种PDF卡片检索手册： Hanawalt无机物检索手册 Hanawalt有机相检索手册 无机相字母索引 Fink无机索引 矿物检索手册等。
1. 根据衍射数据确定各衍射线的d值及其相对 强度。
2. 初步确定试样可能含有的物相，按照这些 物相的英文名称，从字母索引中找出它们的卡 片号，然后从卡片盒中找出相应的卡片。 3. 将计算所得d值和相对强度，与卡片上的值 一一对比，如果数据吻合，则待分析样中含有 卡片记载的物相。同理，可将其他物相一一定 12 出。
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4. 物相定性分析的基本步骤
A、待分析样是完全未知的样品 ———数值索引
（1）制备待分析物质样品，用衍射仪法或 照相法获得样品衍射花样； （2）确定各衍射线条d值及相对强度I/I1值 （I1为最强线强度）。 （3）检索PDF卡片，三强线！！！； （4）核对PDF卡片与物相判定。
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B、对待分析样有所了解 ——字母索引
对照 确定物相
4
方法：
规范化
2. PDF卡片
1938年，哈那瓦特(J. D. Hanawalt)开创各种已知物 相衍射花样的规范化工作：将物相的衍射花样特征 用d(晶面间距)和I(衍射线相对强度)数据组表达， 并制成相应的物相衍射数据卡片。 卡片最初由“美国材料试பைடு நூலகம்学会(ASTM)”出版，故 称ASTM卡片。 1969年，成立了国际性组织“粉末衍射标准联合会 (JCPDS)”，由它负责编辑出版“粉末衍射卡片”， 称PDF卡片。
因此，多相物质定性分析时，需要将衍射线条轮
番搭配、反复尝试，比较复杂。
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6.应注意的几个问题
（1）实验条件影响衍射花样 在定性分析过程中，以d值为主要依据，而相对 强度仅作为参考依据。 在核查d值时，应考虑到低角度衍射线的分辨率 较低，因而测量误差比高角度线条大的情况等。 （2）充分利用有关待分析物的化学、物理、力学 性质及其加工等各方面的资料信息。 （3）固溶体相的鉴定：d值会发生变化。 （4）计算机自动检索（如Jade等)：可节省时间， 但最后必须人工核查。
质量吸收系数
j相质量吸收系数
j相质量分数
衍射仪法吸收因子为1/(2)，混合物样品中任一相j的 强度(Ij)
式中，Vj——j相参与衍射(被照射)的体积。 设样品参与衍射的总体积V为单位体积，则Vj=V· fj=fj。
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设
对于同一样品各相之Ij而言，B值相同 又设
对给定之j相，Cj只取决于衍射线条指数(HKL)