南京工业大学材料分析与表征 第二讲 物相定性和定量分析分析-2015_PPT课件

理论依据
• 晶体有特定的晶体结构（参数），包括结构类型、晶 胞形状和大小；晶胞中原子、离子或分子的种类、数 目和位置；
• 晶体对一定波长的x射线的衍射产生带有晶体特征的 特定衍射花样，即衍射位置和衍射强度（d- I数据组 ），也就是说晶体物质和其衍射花样一一对应，“指 纹特征”；Fingerprint = unambiguous identification
• 两种或两种以上的晶体的混合物，每种物质特有的衍 射花样不变，相互独立，互不干扰。多相试样的衍射 花样只是所含物质衍射花样的简单叠加。
1919 A W Hull, A new method of chemical
analysis, J. Am. Chem. Soc. 41(1919),1168
• …every crystalline substance gives a pattern; that the same substance always gives the same pattern; and that in a mixture of substances each produces its pattern independently of the others, so that the photograph obtained with a mixture is the superimposed sum of the photograph that would be obtained by exposing each of the components separately for the same length of time. This law applies quantitatively to the intensities of the lines, as well as to their positions, so that the method is capable of development as quantitative analysis.
Grinding and mechanical mill
Infinite number of possible orientation of the particles Powder mounting to avoid orientation
Flat sample holders
衍射仪的工作方式
Line intensities
•The unit cell size and shape determine positions of diffraction peaks, and vice versa
•The atom positions determine the peak intensities, and vice versa
内容回顾
• 材料科学与材料表征 • 材料表征原理 • XRD知识回顾
– X Ray – 晶体 – 衍射条件和衍射强度 – 衍射谱信息及应用
位置 强度 峰宽 峰形 背底
结 指标化
构 测
结构类型
定 晶参测定
立方晶系 六方晶系
Class 4 Class 3
晶参精确测定 Class 1
晶粒尺寸测定 化工
物 定性分析 相 分 析 定量分析
连续扫描：探测器以一定角速度在选定的角 度范围内连续扫描。 优点：快速、方便。 缺点：峰位偏移、分辨率降低、线型畸变。
衍射仪的工作方式 步进扫描, 步长(步宽)表示每步扫描的角度,停留时 间改变调节扫描速度的快慢。 无滞后和平滑效应。峰位准确分辨力好。
X-射线物相定性分析
• 原理 • 卡片 • 索引 • 定性分析的步骤 • 定性分析的注意事项
轴ON与测角仪的中心轴(垂直图面)O垂 直。 • 试样台既可以绕测角仪中心轴转动，又 可以绕自身中心轴转动。
测角仪
Tube
Focusing circle
Sample
Detector
2
Measurement circle 测角仪聚焦原理示意图
绕角仪工作动态图
Sample stage: hot, cold, in situ
衍射仪组成
衍射仪结构图
探测
光
器
Biblioteka Baidu
管
样品 台
单色 器
衍射仪内部示意图
Calassical Powder Diffractometer
Basic optics
Basic Geometry of a diffractometer without monochromator
测角仪简介
• 测角仪是X射线的核心组成部分 • 试样台位于测角仪中心，试样台的中心
• The relationship between the crystal structure and x-ray diffraction phenomena
Crystal structure
x-ray diffraction pattern
Unit cell
Line positions
Atomic positions
X射线物相定性分析
概 相：材料中的一种结晶物质（广义上包括一种均匀的非晶态物质） 念 物相分析：研究材料中包括哪几种结晶物质，或是某种物质以何种结晶
状态存在的问题。
决定
决定
原 X射线衍射线的位置
晶胞的形状和大小
晶面间距d
理
决定 X射线衍射线的强度
晶胞内原子的种类、数目及排列方式
Basic concept of XRD
• XRD method is one of the most powerful nondestructive tools for investigation of structural properties of various materials
衍射仪
D8 ADVANCE Bragg-Brentano Diffractometer （德国BRUKER公司)
Class 4
Class 2
2
X-ray Diffraction
• XRD is based on the interference effect from the scattered radiation by the different locations of atoms in matter.
样品制备 （Sample preparation）
定性 1~5µ 定量 0.1~2µ
The total number of spherical particles in a cylindrical specimen 10mm In diameter and 0.1mm deep as a function of particle size assuming close Packing of the spheres. D-Diameter, h-specimen depth and d- particle diameter