无机非金属材料测试方法.ppt

3 X射线谱有哪两种类型 其含义是什么 答 两种类型 连续X射线谱和特征X射线谱连续X射线谱 指X射线管中发出的一部分包含各种波长的光的光谱 从管中释放的电子与阳极碰撞的时间和条件各不相同 绝大多数电子要经历多次碰撞 产生能量各不相同的辐射 因此出现连续X射线谱特征X射线谱 也称标识X射线谱 它是由若干特定波长而强度很大的谱线构成的 这种谱线只有当管电压超过一定数值Vk 激发电压 时才能产生 而这种谱线的波长与X射线管的管电压 管电流等工作条件无关 只取决于阳极材料 不同元属制成的阳极将发出不同波长的谱线 并称为特征X射线谱 4 何谓K 射线 何谓K 射线 这两种射线中哪种射线强度大 哪种射线波长短 X射线衍射用的是哪种射线 为什么K 射线中包含K 1和K 2 答 K 是L壳层中的电子跳入K层空位时发出的X射线 K 射线是M壳层中的电子跳入K层空位时发出的X射线 K 比K 强度大 因为L层电子跳入K层空位的几率比M层电子跳入K层空位的几率大 K 波长短 X射线衍射用的是K 射线 K 射线是由K 1和K 2组成 它们分别是电子从L3和L2子能级跳入K层空位时产生的 5 晶体对X射线的散射有哪两类 X射线衍射用的是哪一类 什么方向是晶体对X射线的衍射方向 答 晶体对X射线的散射有相干散射和不相干散射 X射线衍射用的是相干散射 晶体对X射线的衍射方向是两种相干波的光程差是波长整数倍的方向 6 布拉格方程的表达式 阐明的问题以及所讨论的问题 答 布拉格方程有两种表达1 普通形式 2dsin n 2 标准形式 2dhklsin 布拉格方程阐明的问题 仅当射向相邻原子面上的入射光程差为波长 的整数倍时 相邻面的反射波才能干涉加强形成衍射线 产生衍射 布拉格方程所讨论的问题 1 一组晶面 d定 只能在有限几个方向 反射 X射线 且满足面间距 2时2 由dhkl d n 说明面网间距为dhkl的面网的n级衍射看成面网间距为d n的面网的一级衍射 7 X射线衍射束的相对积分强度与什么因素有关 答 由于X射线衍射线束的相对积分强度为I相对 F2P e 2MA 由式知相对积分强度与结构因子F 重复因子P 角因子 温度因子e 2M 及吸收因子A 有关 8 带心点阵X射线衍射系统消光规律 答 体心点阵 当h k l 2n 1时 产生消光底心点阵 当h k 2n 1时 产生消光面心点阵 当h k l奇偶混杂时 产生消光 11 粉晶X射线衍射卡片 JCPDS或PDF卡片 检索手册的基本类型有哪几种 每种手册的编排特点是什么 答 类型编排特点字母索引按物质英文名称的字母顺序哈那瓦尔特索引8条强线d值按相对强度递减顺序排列芬克索引8条强线以d值递减顺序排列 13 对一张混合物相的X射线衍射图进行定性分析时 应注意哪几个问题 优先考虑哪些衍射线 为什么 答 应注意的问题是 1 d值比I I1更为重要 比对的d值必须相当符合 一般只能在小数点后第二位有分歧 2 重视小角度区域的衍射线 即低角度的d值比高角度的d值更重要 3 强线比弱线重要 4 特征线 即不与其它线重叠的线 重要 5 结合其它信息 如成份 热处理过程等等 6 借助其它分析测试方法共同表征 优先考虑小角度区域的衍射线 强线及特征线 15 电子束与物质相互作用可以获得哪些信息 答 可以获得以下七种信息 1 透射电子 2 二次电子 3 背散射电子 4 特征X射线 5 阴极荧光 6 俄歇电子 7 吸收电子 17 透射电子显微镜的电子显微图像包括哪几种类型 产生机制是什么 答 透射电子显微镜的电子显微图像包括振幅衬度和相位衬度 1 相位衬度 透射束与散射束相互干涉引起的 2 振幅衬度 a 质厚衬度 非晶试样中各部分厚度和密度差别导致对入射电子的散射程度不同引起的 b 衍射衬度 晶体薄膜内各部分满足衍射条件的程度不同而引起的 19 散射衬度与什么因素有关 这种图像主要用来观察什么 答 散射衬度也称为质厚衬度 它是指穿过样品且散射角度小的那些电子即弹性散射所形成的衬度 散射衬度与样品的密度 原子序数 厚度等因素有关 这种图像主要用来观察非晶试样和复形膜样品所成图像 20 散射衬度像上试样厚 密度大的地方图像显得暗 为什么 答 由于散射衬度即质厚衬度与试样的密度 原子序数及试样厚度有关 对于同一物质的试样 原子序数相同 试样厚的地方 散射电子穿过样品所走的路程长 散射损失能量大 散射角大 图像就较暗 试样密度大的地方 入射电子与样品内电子或原子核碰撞的几率大 次数多 散射损失能量大 散射角亦大 图像就比较暗 所以 散射衬度像上的试样厚 密度大的地方图像显得暗 21 衍衬象的衬度是怎么产生的 利用这种图像可观察干什么 答 衍射衬度是由晶体薄膜内各部分满足衍射条件的程度不同而形成的衬度 根据衍射衬度原理形成的电子图像称为衍射衬度像 利用这种图像可观察晶体缺陷 如位错 层错等 22 何谓明场象 何谓暗场象 答 用物镜光栏挡去衍射束 让透射束成像 有衍射的为暗象 无衍射的为明象 这样形成的为明场象 暗场像指用物镜光栏挡去透射束及其余衍射束 让一束强衍射束成像 则无衍射的为暗像 有衍射的为明像 24 何谓二次电子 扫描电镜中二次电子像的衬度与什么因素有关 为什么 最适宜观察什么 答 二次电子是指在入射电子作用下被轰击出来并离开样品表面的原子的核外电子 二次电子的衬度与两个因素有关 1 入射电子的能量 入射电子能量在2 3KW时 二次电子发射系数达到最大 衬度明显 2 入射电子束在试样表面的倾斜角度 因为 0 cos 0为 0 时的二次电子系数 当倾斜角度增加时 二次电子发射系数增大 衬度也明显 二次电子像也最适宜观察试样的表面形貌 25 何谓背散射电子 扫描电镜中背散射电子衬度与什么因素有关 为什么 最适宜观察什么 答 背散射电子是指入射电子与试样的相互作用经多次散射后 重新逸出试样表面的电子 背散射电子衬度与试样的形貌及成分有关 因为背散射电子的产额随试样原子序数的增大而增大 其来自试样表面几百纳米的深度范围 背散射电子衬度最适宜观察试样的平均原子序数兼形貌 26 扫描电镜中二次电子像为什么比背散射电子像的分辨率更高 答 1 二次电子来自试样表面很浅的深度 信息束斑小 分辩率高 背散射电子是来自试样表面较深的范围 信息束斑大 分辨率小 2 二次电子像无影像 背散射电子像是有影像的 因此 二次电子像分辨率高 27 电子探针X射线显微分析有哪两大类 具体的分析方法有哪些 答 可分为波谱分析和能谱分析两大类具体的分析方法有定点定性分析 定点定量分析 线扫描分析和面扫描分析 32 差热分析 DTA 的定义是什么 这种分析技术有何用 答 差热分析 DTA 是指在程序控制温度下 测量物质和参比物的温度差与温度关系的一种方法 差热分析方法能较精确的测定和记录一些物质在加热过程中发生的失水 分解 相变 氧化还原 升华 熔融 晶格破坏和重建 以及物质间的相互作用等一系列的物理化学现象 并借以判断物质的组成和反应机理 35 差热曲线峰谷产生原因有哪些 差热曲线鉴定物质的依据是什么 优先考虑什么 答 差热曲线峰谷即表示吸放热过程 产生的原因可能发生了以下物理化学变化 放热 熔融 化合反应 重结晶 氧化反应 燃烧吸热 脱水反应 分解反应 还原反应 蒸发 升华等各种有热效应伴随的物理化学变化 鉴定物质的依据是 峰位置所对应的温度尤其是外延起始温度是鉴别物质及其变化的定性依据 峰面积是反映热效应总热量 是定量计算热效应的依据 峰的形状则可求得热效应的动力学参数 试样在升温或降温过程中的物理化学变化是试样本身的热特性 相对应差热曲线也具有其本身特性 借此可以判定物质的组成及反应机理 优先考虑的是峰位置及峰面积 根据峰位置定性鉴别物质 测出反应峰的面积可求出 H 从而确定反应物质的名称及含量 36 差示扫描量热分析 DSC 的定义是什么 与DTA有何异同 答 差示扫描量热分析是把试样和参比物的温度差保持为零时 所需要的能量对温度或时间关系的一种技术 DSC与DTA相似 所不同的是试样和参比物的容器下设置了一组补偿加热丝 试样的热量变化由输入电功率来补偿 在DSC中由于与参比物无温差 无热传递 因此 DSC损失低 可定量分析 DSC与DTA相比 两者的共同点为 两者都是通过加热过程所产生的热效应来分析试样的物理化学变化 曲线形貌和分析方法类似 不同点为 1 DTA测的是温度差 DSC测量的是能量差 功率差或热流差 2 DTA测量的温度比DSC更高 DSC测量的精度比DTA更高 37 DTA与TG在综合热分析曲线DTA TG上有怎样的对应关系 答 热重分析适用于加热或冷却过程中有质量变化的一切物质 配合差热分析法 能对这些物资进行精确的鉴定 一般情况下 TG曲线上曲线急剧下降的曲线段对应的是DTA曲线上向下的峰 但DTA曲线上的峰不一定都对应着TG曲线上急剧下降的曲线段 因为也可能是热量发生变化而质量不变的过程 38 什么是外推始点温度 曲线开始偏离基线那点的切线与曲线最大斜率切线的交点 在峰的前沿最大斜率点的切线与外推基线的交点 39 振动光谱有哪两种类型 价键或基团的振动有哪些类型 哪种振动的频率较高 哪种振动的频率较低 答 振动光谱有红外吸收光谱和激光拉曼光谱两种类型 价键或基团的振动有伸缩振动和弯曲振动 其中伸缩振动分为对称伸缩振动和非对称伸缩振动 弯曲振动则分为面内弯曲 剪式弯曲振动 面内摇摆振动 和面外弯曲 扭曲振动 面外摇摆振动 伸缩振动频率较高 弯曲振动频率较低 41 说明红外光谱产生的机理与条件 产生机理 当用红外光波长范围的光源照射物质时 物质因受光的作用 引起分子或原子基团的振动从而产生对光的吸收 使光的透射强度减弱 用光波波长 或波数 对光的透过率作图 便可得到红外光谱产生条件 1 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 即振动的频率与红外光谱谱段的某频率相等 2 振动中有偶极矩变化 42 红外光谱图的四大表象 四要素 是什么 谱峰三要素是什么 答 四大表象 谱带的位置 谱带的强度 谱带的形状 谱带的数目 谱峰三要素 峰位置 峰强度 峰形状 红外光谱与拉曼光谱比较 1 红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区 反映的都是分子振动的信息 同属分子振 转 动光谱 对于一个给定的化学键 其红外吸收频率与拉曼位移相等 均代表第一振动能级的能量 2 红外光谱的入射光及检测光都是红外光 红外光谱是吸收光谱 而拉曼光谱的入射光和散射光大多是可见光 拉曼光谱为散射光谱 3 机理不同 拉曼散射过程来源于分子的诱导偶极矩 与分子极化率的变化相关 红外吸收过程与分子永久偶极矩的变化相关 中红外吸收光谱的区域如何划分 答 中红外光谱区分成 基团频率区和指纹区基团频率区 官能团区 4000cm 1 1400cm 1由伸缩振动产生的吸收带 比较稀疏 容易辨认 常用于鉴定官能团 其中 1 4000 2500cm 1X H伸缩振动区 X可以是O N C或S等原子 2 2500 1900为叁键和累积双键伸缩振动区 3 1900 1200cm 1为双键伸缩振动区无机物中 除水 OH 外 CO2 CO32 N H等少数键有振动吸收 指纹区 单键的伸缩振动和变形振动产生的谱带 与整个分子的结构有关 吸收带数量密集而复杂 1 1400cm 1 900cm 1区域C O C N C F C P C S P O Si O等单键的伸缩振动C S S O P O等双键的伸缩振动吸收 其中 1375cm 1的谱带为甲基的 C H对称弯曲振动 对识别甲基十分有用 C O的伸缩振动在1300 1000cm 1 是该区域最强的峰 也较易识别 2 900 650cm 1 确认化合物的顺反构型 3 无机化合物的红外吸收基频基本上都处于1500cm 1以下 43 利用红外光谱分析鉴定物质结构的依据是什么 优先考虑什么 答 依据 1 根据特征频率判断基团是否存在 要同时涉及到峰的强度和峰的形状 即考虑谱峰三要素 2 同一基团的几种振动吸收是同时存在的 只有当基团频率和指纹频率同时存在时 才能判断基团存在 3 分析时先看高频的基团频率 再看低频区的指纹频率 4 若前面有 后面无 可考虑是否由于峰小出不来 若前面无 后面有 则一定不能判定该基团存在 应优先考虑特征频率 44 何谓拉曼光谱 说明拉曼光谱产生的机理与条件 答 拉曼光谱是用单色光束照射在样品上 产生拉曼效应 散射光中散射强度中约有1 的光频率与入射光束的频率不同 除在入射光频率处有一强的瑞利散射线外 在它的较高和较低频率处还有比它弱得多的谱线 观察到弱的谱线 拉曼光谱产生条件 分子中某个基团的振动频率与单色光频率一致且同时分子的极化率改变 45 拉曼位移是什么 拉曼谱图的表示法 答 拉曼位移即为拉曼散射光与入射光频率之差 它只与能级差有关 与入射光波长无关 分子由态到激发态产生负拉曼位移 分子由激发态到基态产生正拉曼位移拉曼谱图的横坐标为拉曼位移 纵坐标为强度 46 红外与拉曼活性判断规律 指出下列分子的振动方式哪些具有红外活性 哪些具有拉曼活性 为什么 1 O2H2 2 H2O的对称伸缩振动 反对称伸缩振动和弯曲振动 答 活性判断规律 偶极矩变有红外活性 反之没有 极化率变有拉曼活性 反之没有 有对称中心的分子其分子振动对红外和拉曼之一有活性 则另一非话性 无对称中心的分子其分子振动对红外和拉曼都是有活性的 1 O2H2分子的振动具有拉曼活性 因为其振动中并没有偶极矩的变化 有极化率的变化 2 H2O的对称伸缩振动 反对称伸缩振动和弯曲振动对红外和拉曼都具有活性 因为水分子为无对称中心的分子 其振动同时使偶极矩和极化率产生变化 47 红外与拉曼光谱分析相比较 拉曼光谱在结构分析中的特点是什么 答 拉曼光谱是分子对激光的散射 强度由分子极化率决定 其适用于研究同原子的非极性键振动 与红外光谱分析相比 拉曼光谱的特点 1 光谱范围较红外光谱宽 为40 4000cm 1 2 水可以作溶剂 3 样品可盛于玻璃瓶 毛细管等容器中直接测定 4 固体样品可直接测定 5 激光方向性强 光束发散小 1 2 可测定一定深度的微区样品 如测包裹体中