现代仪器分析——X射线衍射分析

1、X射线衍射分析射线衍射分析X-ray Diffraction，XRD目录目录一、概述一、概述二、基本原理二、基本原理三、仪器构造三、仪器构造四、应用四、应用一、概述一、概述 X射线衍射分析（射线衍射分析（XRD）：是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。 特点特点：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。二、基本原理二、基本原理1、X射线的本质射线的本质 X射线的本质是电磁波电磁波，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此具有波粒二像波粒二像性性。(1)波动性(2)粒子性X射线衍射本质：射线衍射本质：衍射的本质就是晶体中各原

2、子相干散射波叠加的结果。2、X射线的产生射线的产生X射线：射线：是是高速运动高速运动的粒子（一般用电子）与某种物的粒子（一般用电子）与某种物质质相撞击相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。作用而产生的。条件：条件：1.产生自由电子；2.使电子作定向的高速运动;3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。1236541-高压变压器;2-钨丝变压器；3-X射线管；4-阳极；5-阴极；6-电子；7-X射线73、X射线管射线管封闭式封闭式X射线管实质上就是一个大的真空射线管实质上就是一个大的真空（ ）二极管。）二极管。基本组成包括：

3、 (1)阴极阴极：阴极是发射电子的地方。 (2)阳极阳极：靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方。(3)窗口窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。 (4)焦点焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X射线。mmHg751010封闭式封闭式X射线管实质上就是一个大的真空射线管实质上就是一个大的真空（ ）二极管。）二极管。基本组成包括： (1)阴极阴极：阴极是发射电子的地方。 (2)阳极阳极：靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方。(3)窗口窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。 (4)焦点焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X射线。mm

4、Hg751010X X射线管射线管4、X射线衍射方法射线衍射方法X射线衍射分析方法变化不变化多晶体粉末法 (power method)变化不变化单晶体周转晶体法(rotating-crystal method)不变化变化单晶体劳埃照相法(Laue method)晶体方法(method)变化不变化多晶体粉末法 (power method)变化不变化单晶体周转晶体法(rotating-crystal method)不变化变化单晶体劳埃照相法(Laue method)晶体方法(method) 德拜法（德拜德拜法（德拜- -谢乐法）谢乐法） 照相法照相法 聚焦法聚焦法 多晶体衍射方法多晶体衍射方法 针

5、孔法针孔法 衍射仪法衍射仪法 劳埃（劳埃（LaueLaue）法）法 单晶体衍射方法单晶体衍射方法 周转晶体法周转晶体法 四圆衍射仪四圆衍射仪 衍射方向衍射方向问题是依靠布拉格方程的理论布拉格方程的理论导出的； 衍射强度衍射强度主要介绍多晶体衍射线条的强度，将从 一个电子的衍射强度研究起，接着研究一个原子的、一个晶胞的以至整个晶体的衍射强度，最后引入一些几何与物理上的修正因数，从而得出多晶体衍射线条的积分强度。X X射线衍射可归结为两方面的问题：射线衍射可归结为两方面的问题：衍射方向和衍射强度。衍射方向和衍射强度。5、X射线衍射的方向和强度射线衍射的方向和强度 进行进行晶体结构分析晶体结构分析时

6、，重要的要把握两类信息：时，重要的要把握两类信息： 衍射方向（衍射方向（角）角）衍射方向反映了晶胞的大小以及形状因素，可以利用布拉格方程描述。 衍射强度（衍射强度（I I ）造成结晶物质种类千差万别的原因不仅是由于晶格常数不同，重要的是组成晶体的原子种类以及原子在晶胞中的位置不同所造成的。反映到衍射结果上，则表现为反射线的有无或强度的大小，这就是强度信息。衍射方向衍射方向布拉格布拉格(W.L.Bragg)(W.L.Bragg)方程方程的导出的导出2dsin=n由求得面间隔，即结晶内原子或离子的规则排列状态。将求出的衍射X射线强度和面间隔与已知的表对照，即可确定试样结晶的物质结构，此即定性分析。

7、从衍射X射线强度的比较，可进行定量分析。X射线的波长衍射角；d结晶面间隔n整数可用已知的X射线衍射角测定影响衍射强度的主要因子影响衍射强度的主要因子 11 结构因子结构因子 22 角因子（包括极化因子和洛伦兹因数）角因子（包括极化因子和洛伦兹因数） 3 3 多重性因子多重性因子 4 4 吸收因子吸收因子 55 温度因子温度因子三、三、X射线衍射仪的构造射线衍射仪的构造光源光源：高压发生器与X光管精密测角仪精密测角仪光学系统光学系统探测器探测器光源光源高压发生器与高压发生器与X光管光管X X射线产生条件：电子流、高压、真空室、靶面射线产生条件：电子流、高压、真空室、靶面104V+105X X光管

8、：陶瓷光管：陶瓷X X光管光管 靶面：靶面：CuCu靶靶封闭管光源封闭管光源X X射线测角仪射线测角仪 测角仪测角仪是是X X射线衍射仪的射线衍射仪的核心部分核心部分 BraggBraggBrentanoBrentano衍射几何衍射几何设计原理设计原理： R1R2，试样转 角，探测器转2 角（ 2 / 偶合），或试样不动，光管转，探测器转 （ /偶合） 精密光学系统精密光学系统探测器探测器 作用作用是接收样品衍射线是接收样品衍射线( (光子光子) )信号转变为电信号转变为电( (瞬时脉冲瞬时脉冲) )信号。信号。 NaINaI闪烁计数器闪烁计数器具有低背底（具有低背底（0.4cps0.4cps）、高线）、高线性范围性范围2x102x106 6 cps cps；新型；新型YAPYAP晶体闪烁计数器的晶体闪烁计数器的线性范围高达线性范围高达1x101x107 7cpscps SiSi（LiLi）固体探测器）固体探测器具有极佳的能量分辨率。具有极佳的能量分辨率。可选择特定能量的光子进行响应。背景小于可选择特定能量的光子进行响应。背景小于0.01cps0.01cps。X射线衍射技术