第二章+X射线衍射分析2

1、第二章第二章 X射线衍射分析射线衍射分析已知：已知：NaCl 晶体主晶面间距为晶体主晶面间距为2.8210-10 m对某单色对某单色X射线的布喇格第一级强反射的掠射角为射线的布喇格第一级强反射的掠射角为 15求求:入射入射X射线波长第二级强反射的掠射角射线波长第二级强反射的掠射角sin2dqlk(),.21k,根据布喇格公式l2dsinq1k1,q1152 2.8210- -10 15sin1.4610- -10 (m)2sin2dql2k,22q()arcsinl22darcsin0.517731.18 粉末照相法粉末照相法粉末衍射仪法粉末衍射仪法X射线衍射方法射线衍射方法衍射方法衍射方法l

2、 lq q实验条件实验条件劳厄法劳厄法变变不变不变连续连续X X射线照射固定的单晶体射线照射固定的单晶体转动晶体法转动晶体法不变不变变化变化单色单色X X射线照射转动的单晶体射线照射转动的单晶体粉晶照相法粉晶照相法不变不变变化变化单色单色X X射线照射粉晶或多晶试样射线照射粉晶或多晶试样粉晶衍射仪法粉晶衍射仪法不变不变变化变化单色单色X X射线照射多晶体或转动的多晶体射线照射多晶体或转动的多晶体单晶体衍射方法单晶体衍射方法多晶体衍射方法多晶体衍射方法照相法照相法 四圆衍射仪法四圆衍射仪法劳厄法劳厄法转晶法转晶法魏森堡法魏森堡法劳厄法和转晶法劳厄法和转晶法劳厄法劳厄法是用连续是用连续X射线谱作为

3、入射光源，射线谱作为入射光源，单晶体固定不动，入射面与各衍射面的夹单晶体固定不动，入射面与各衍射面的夹角也固定不动，靠衍射面选择不同波长的角也固定不动，靠衍射面选择不同波长的X射线来满足布拉格方程。产生的衍射线射线来满足布拉格方程。产生的衍射线表示了各衍射面的方位，故此法能反映晶表示了各衍射面的方位，故此法能反映晶体的取向和对称性。体的取向和对称性。转晶法转晶法是用单色是用单色X射线作为入射光射线作为入射光源，单晶体绕一晶轴（通常垂直于源，单晶体绕一晶轴（通常垂直于入射方向）旋转，靠连续改变各衍入射方向）旋转，靠连续改变各衍射面与入射线的夹角来满足布拉格射面与入射线的夹角来满足布拉格方程。利用

4、此法可作单晶的结构分方程。利用此法可作单晶的结构分析和物相分析。析和物相分析。粉晶法粉晶法辐射源辐射源:单色（特征）单色（特征）X射线；射线；试样试样：多为很细（：多为很细（0.1-10m)的粉末多晶体，根据需要也的粉末多晶体，根据需要也可以采用多晶体的块、片、丝等作试样。可以采用多晶体的块、片、丝等作试样。种类种类：粉晶照相法粉晶照相法衍射花样用照相底片来记录，衍射花样用照相底片来记录， 应应用较少用较少 粉晶衍射仪法粉晶衍射仪法衍射花样用辐射探测器接收后，再衍射花样用辐射探测器接收后，再经测量电路系统放大处理并记录和显示，应用十分普遍经测量电路系统放大处理并记录和显示，应用十分普遍样品样品

5、2q q可调节可调节底片底片q qX 射线射线 单色单色x-rayx-ray照射多晶体或粉末试样的方法。照射多晶体或粉末试样的方法。 衍射花样采用照相底片记录，称衍射花样采用照相底片记录，称粉末照相法粉末照相法（粉末法、粉晶法）（粉末法、粉晶法）。粉晶照相法：粉晶照相法：粉晶法衍射原理粉晶法衍射原理 一束波长一束波长的平行的平行x-ray照射到晶面间距为照射到晶面间距为d的一组晶的一组晶面上，当入射角面上，当入射角满足布拉格方程时，即可发生满足布拉格方程时，即可发生衍射衍射。 单晶体在衍射方向上可得到一个个分立的单晶体在衍射方向上可得到一个个分立的衍射点衍射点。 多晶体的衍射花样是所有单晶颗粒

6、多晶体的衍射花样是所有单晶颗粒衍射的总和衍射的总和。 一个一个“衍射锥衍射锥”代表晶体中代表晶体中一组特定的晶面一组特定的晶面。入射入射X射线射线样品样品VIVIIIIII2q q 12q q2r实验中晶体均匀旋转，促使更多的晶面有机会处于上实验中晶体均匀旋转，促使更多的晶面有机会处于上述位置。由于述位置。由于 相同，结果形成相同，结果形成“空间圆锥体空间圆锥体”。圆锥体顶角为圆锥体顶角为4 4 ，母线为衍射线方向。，母线为衍射线方向。其它晶面产生衍射，形成各自的衍射锥，只是锥角不同。其它晶面产生衍射，形成各自的衍射锥，只是锥角不同。圆锥的数目等于满足布拉格方程的晶面数。圆锥的数目等于满足布拉

7、格方程的晶面数。底片垂直于底片垂直于x-rayx-ray方向安装时，衍射线在底片上构成许多方向安装时，衍射线在底片上构成许多同心圆（衍射圆环）。同心圆（衍射圆环）。 用长条形底片卷成圆环状，衍射圆锥与底片相用长条形底片卷成圆环状，衍射圆锥与底片相交构成一系列对称弧线，每对弧线间的距离相交构成一系列对称弧线，每对弧线间的距离相当于对应的圆锥顶角当于对应的圆锥顶角44对应的弧长。对应的弧长。衍射照片及衍射图衍射照片及衍射图 按多晶衍射原理，用衍射光子探测器和测角按多晶衍射原理，用衍射光子探测器和测角仪来纪录衍射线位置及强度，仪来纪录衍射线位置及强度，I曲线记录曲线记录衍射花样，进行晶体衍射实验的设

8、备称为衍射花样，进行晶体衍射实验的设备称为x-ray衍射仪衍射仪。优点优点： 自动化程度高，检测快速，工作效率高。自动化程度高，检测快速，工作效率高。 灵敏度高，衍射线可以聚焦，衍射强度高。灵敏度高，衍射线可以聚焦，衍射强度高。 精度高，分辨率好。精度高，分辨率好。 数据处理方便。数据处理方便。X X射线衍射方法射线衍射方法衍射仪法衍射仪法布鲁克公司生产的布鲁克公司生产的D8X射线衍射仪射线衍射仪 控制及数据收集计算机控制及数据收集计算机基本原理基本原理 每一种晶体物质都有各自的晶体结构，当每一种晶体物质都有各自的晶体结构，当x射线穿过晶体时，每一种晶体物质都有自射线穿过晶体时，每一种晶体物质

9、都有自己独特的己独特的衍射花纹衍射花纹。 衍射花纹的特征可以用各个衍射面族的衍射花纹的特征可以用各个衍射面族的面面间距间距d（与晶胞的形状和大小有关（与晶胞的形状和大小有关 ）和衍）和衍射线的射线的相对强度相对强度I/I0 （与粒子的种类及其（与粒子的种类及其在晶胞中的位置有关）来表示。在晶胞中的位置有关）来表示。 d和和I/I0是晶体结构的必然反映，可根据它是晶体结构的必然反映，可根据它们来鉴别结晶物质的物相。们来鉴别结晶物质的物相。目前常用的目前常用的X射线衍射仪射线衍射仪的工作原理示意图的工作原理示意图 波长为 l 的 X 射线从 T处以 q 角入射至试样 S处， 如果试样中某一原子如果

10、试样中某一原子面正好满足布拉格方面正好满足布拉格方程，便会在程，便会在C处得到处得到加强的衍射束加强的衍射束 测试时衍射仪可以连续地改测试时衍射仪可以连续地改变试样与入射变试样与入射X射线的相对射线的相对角度角度q q，使得更多的原子面有，使得更多的原子面有机会满足布拉格方程所限定机会满足布拉格方程所限定的条件而得到衍射峰的条件而得到衍射峰 X射线衍射仪的构造射线衍射仪的构造主要包括四个部分：主要包括四个部分：1.X射线发生系统，射线发生系统，用来用来产生稳定的产生稳定的X射线光源射线光源2.测角仪，测角仪，用来测量衍用来测量衍射花样三要素射花样三要素3.探测与记录系统，探测与记录系统，用用来

11、接收记录衍射花样来接收记录衍射花样4.控制系统控制系统用来控制仪用来控制仪器运转、收集和打印结器运转、收集和打印结果果1 1、对光源的要求：、对光源的要求：简单地说，对光源的基本要求是简单地说，对光源的基本要求是 稳定，强度大，光谱纯洁。稳定，强度大，光谱纯洁。测量衍射花样是测量衍射花样是“非同时测量的非同时测量的”，为了使测量的各衍为了使测量的各衍射线可以相互比较射线可以相互比较，要求在进行测量，要求在进行测量期间光源和各部件期间光源和各部件性能是稳定的。性能是稳定的。提高光源强度提高光源强度可以提高检测可以提高检测灵敏度、衍射灵敏度、衍射强度测量的精强度测量的精确度和实现快确度和实现快速测

12、量。速测量。对衍射分析很对衍射分析很重要，光谱不重要，光谱不纯，轻则增加纯，轻则增加背底，重则增背底，重则增添伪衍射峰，添伪衍射峰，从而增加分析从而增加分析困难。困难。 衍射分析中需要单色辐射以提高衍射花样的质量。通常采衍射分析中需要单色辐射以提高衍射花样的质量。通常采用用过滤片法、弯曲晶体单色器、脉冲高度分析器过滤片法、弯曲晶体单色器、脉冲高度分析器等方法，过等方法，过滤滤K 射线，降低连续谱线强度。射线，降低连续谱线强度。2、光源单色化的方法、光源单色化的方法X射线光源射线光源测角仪测角仪 测角仪圆中心是样品台测角仪圆中心是样品台H。样品台可以绕中心样品台可以绕中心O轴转动轴转动。平板状粉

13、末多晶样品安放。平板状粉末多晶样品安放在样品台在样品台H上，并保证试样上，并保证试样表面与表面与O轴线严格重合。轴线严格重合。 测角仪圆周上安装有测角仪圆周上安装有X射线射线辐射探测器辐射探测器D，探测器亦可，探测器亦可以绕以绕O轴线转动。轴线转动。 工作时，探测器与试样同时工作时，探测器与试样同时转动，但转动的角速度为转动，但转动的角速度为2：1的比例关系。的比例关系。 测角仪测角仪是衍射仪的关键部件，它的调整与使用正确是衍射仪的关键部件，它的调整与使用正确与否，将直接影响到探测到的衍射花样的质量。与否，将直接影响到探测到的衍射花样的质量。探测与记录系统：探测与记录系统：X X射线衍射仪是用

14、探测器、定标器射线衍射仪是用探测器、定标器、计数率仪及其相应的电子线路作为探测与记录、计数率仪及其相应的电子线路作为探测与记录系统来代替照相底片记录试样的衍射花样的。系统来代替照相底片记录试样的衍射花样的。控制系统控制系统：是利用电子计算机控制：是利用电子计算机控制X X射线衍射仪测量射线衍射仪测量、记录、数据处理和打印结果的装置。、记录、数据处理和打印结果的装置。实验与测量方法实验与测量方法1 1、样品的制备方法、样品的制备方法 （1 1）、粉末要细；）、粉末要细； （2 2）、要有代表）、要有代表; ; （3 3）、特殊样品的制备）、特殊样品的制备2 2、仪器实验工作参数的选择、仪器实验工

15、作参数的选择一些实验工作参数的选择对衍射图的影响是互相矛一些实验工作参数的选择对衍射图的影响是互相矛盾、互相制约的盾、互相制约的扫描方式扫描方式 连续扫描连续扫描 试样和探测器以试样和探测器以1：2的角速度做匀速圆周运动，的角速度做匀速圆周运动，转动过程中探测器同时记录各镜面衍射信号。转动过程中探测器同时记录各镜面衍射信号。具有一定的分辨率、灵敏度和精确度。具有一定的分辨率、灵敏度和精确度。 步进扫描步进扫描 不连续的，每转动一定角度即停止。不连续的，每转动一定角度即停止。 峰位正确，分辨率好。峰位正确，分辨率好。强度强度111200220311222400331420422511,33344

16、0531600,44220 30 40 50 60 70 80 90 100 1102q qNaClNaCl的粉末衍射图的粉末衍射图 衍射花样衍射花样3 3个基本要素：个基本要素： 衍射线的峰位；衍射线的峰位； 线形；线形； 强度强度 纵坐标的单位：纵坐标的单位：每秒脉冲数，每秒脉冲数， CPSCPS 衍射线强度测定衍射线强度测定 （i i）峰高强度：衍射线的峰高对应的强度。）峰高强度：衍射线的峰高对应的强度。 （ii ii）积分强度：曲线以下背底以上区域面积。）积分强度：曲线以下背底以上区域面积。峰位确定 1、峰顶法、峰顶法 2、切线法、切线法 3、半高宽中点法、半高宽中点法 4、7/8高度

17、法高度法 5、中点连线法、中点连线法 物质结构状态与散射物质结构状态与散射(衍射衍射)谱线谱线 自然界中物质常见的结构状态包括：自然界中物质常见的结构状态包括： 原子完全无序原子完全无序 (稀薄气体稀薄气体) 原子近程有序但远程无序原子近程有序但远程无序 (非晶非晶) 原子近程有序和远程有序原子近程有序和远程有序 (晶体晶体) 原子完全无序情况原子完全无序情况 ，例如稀薄气体。在进，例如稀薄气体。在进行行X射线分析时，只能得到一条近乎水平的射线分析时，只能得到一条近乎水平的散射背底谱线。散射背底谱线。I2 原子近程有序但远程无序情况，例如非晶体原子近程有序但远程无序情况，例如非晶体材料。由于近

18、程原子的有序排列，在配位原子材料。由于近程原子的有序排列，在配位原子密度较高原子间距对应的密度较高原子间距对应的 2 附近产生非晶散附近产生非晶散射峰。射峰。I2I2 非晶体材料的近程原子有序度越高，则配位非晶体材料的近程原子有序度越高，则配位原子密度较高原子间距对应的非晶散射峰越强原子密度较高原子间距对应的非晶散射峰越强，且散射峰越窄。，且散射峰越窄。 理想晶体的衍射谱线，是布拉格方向对应理想晶体的衍射谱线，是布拉格方向对应的的 2 处产生没有宽度的衍射线条。处产生没有宽度的衍射线条。 前提是不存在消光现象。前提是不存在消光现象。I2X射线对物质的衍射谱射线对物质的衍射谱 实 际 晶 体 中

19、实 际 晶 体 中由于存在晶体由于存在晶体缺陷等破坏晶缺陷等破坏晶体完整性的因体完整性的因素，导致衍射素，导致衍射谱线的峰值强谱线的峰值强度降低，峰形度降低，峰形变宽。变宽。I2I2 物质微区不均匀性，例如存在纳米级别的异物质微区不均匀性，例如存在纳米级别的异类颗粒或孔隙，则会在类颗粒或孔隙，则会在 25o 范围内出现相应范围内出现相应的漫散射谱线即小角散射现象。的漫散射谱线即小角散射现象。I2物相分析方法（物相分析方法（X X射线衍射分析）射线衍射分析） 物相分析物相分析-测定元素（当样品为纯物质时）测定元素（当样品为纯物质时） -测定物相（当样品为化合物或固溶体时）测定物相（当样品为化合物

20、或固溶体时） 材料的成份材料的成份和和组织结构组织结构是决定其性能的基本因素。是决定其性能的基本因素。 化学分析能给出材料的成份，化学分析能给出材料的成份， 金相分析能揭示材料的显微形貌，金相分析能揭示材料的显微形貌， X X射线衍射分析可得出材料中物相的结构及元素的射线衍射分析可得出材料中物相的结构及元素的存在状态。存在状态。三种方法不可互相取代。三种方法不可互相取代。物相分析包括物相分析包括定性分析定性分析和和定量分析定量分析两部分。两部分。 成分分析：成分分析：C元素元素 物相分析：物相分析：石墨、金刚石、石墨、金刚石、C60定性分析定性分析 目的目的：判定物质中的物相组成。：判定物质中

21、的物相组成。 原理原理：任何结晶物质都有其特定的化学：任何结晶物质都有其特定的化学组成和结构参数（包括点阵类型、晶胞组成和结构参数（包括点阵类型、晶胞大小、晶胞中质点的数目及坐标等）。大小、晶胞中质点的数目及坐标等）。当当X 射线通过晶体时产生特定的衍射射线通过晶体时产生特定的衍射图形，对应一系列特定的面间距图形，对应一系列特定的面间距d 和相和相对强度对强度I / I1 值。值。衍射线的位置取决于晶胞形状、大小，也取决于各衍射线的位置取决于晶胞形状、大小，也取决于各晶面间距晶面间距d ；衍射线的相对强度衍射线的相对强度I i/ I0则取决于晶胞内原子的种类、则取决于晶胞内原子的种类、数目及排

22、列方式；数目及排列方式；所以，任何一种结晶物质的衍射数据所以，任何一种结晶物质的衍射数据d 和和Ii / I0 是其是其晶体结构的必然反映。晶体结构的必然反映。不同物相混在一起时，它们各自的衍射数据将同时不同物相混在一起时，它们各自的衍射数据将同时出现，互不干扰地叠加在一起出现，互不干扰地叠加在一起。因因此，可根据各自的衍射数据来鉴定各种不同的物此，可根据各自的衍射数据来鉴定各种不同的物相。这有如用不同的指纹来区分不同的人。相。这有如用不同的指纹来区分不同的人。X射线衍射物相分析的基本思想射线衍射物相分析的基本思想：（1）对于一束波长确定的单色）对于一束波长确定的单色X射线，同一物相产生确定射

23、线，同一物相产生确定的衍射花样。的衍射花样。（2）晶态试样的衍射花样在谱图上表现为一系列衍射峰，）晶态试样的衍射花样在谱图上表现为一系列衍射峰，各峰的峰位各峰的峰位2i（衍射角）和相对强度（衍射角）和相对强度Ii/I0是确定的。由是确定的。由2dsin=可求出产生各衍射峰的晶面族所具有的面间距可求出产生各衍射峰的晶面族所具有的面间距di 。这样，这样，一系列衍射峰的一系列衍射峰的diIi/I0，便象，便象“指纹指纹”一样成为识一样成为识别物相的标记别物相的标记。（3）混合物相的谱图是各组分相分别产生衍射或散射的简）混合物相的谱图是各组分相分别产生衍射或散射的简单叠加。单叠加。 根据上述思想，参

24、照已知物相标准，由衍射图即可识根据上述思想，参照已知物相标准，由衍射图即可识别样品中的物相。别样品中的物相。 物相定性分析过程物相定性分析过程：1. 实验实验 用用粉末衍射仪法粉末衍射仪法获取被测试样物相的衍射图谱。获取被测试样物相的衍射图谱。2. 将实验得到样品的衍射图与已知物相在相同实验条件下将实验得到样品的衍射图与已知物相在相同实验条件下的衍射图直接比较，根据峰位、相对强度、样品结构已知的衍射图直接比较，根据峰位、相对强度、样品结构已知信息等判别待定物相。信息等判别待定物相。3. 通过对所获衍射图谱的分析和计算，获得各衍射峰的通过对所获衍射图谱的分析和计算，获得各衍射峰的2i ，各衍射峰

25、对应的面间距各衍射峰对应的面间距di及各峰相对强度及各峰相对强度Ii/I0。在这几个数。在这几个数据中，要求对据中，要求对2i和和di值进行高精度的测量计算，而值进行高精度的测量计算，而Ii/I0相对相对精度要求不高。目前，一般的衍射仪均由计算机直接给出精度要求不高。目前，一般的衍射仪均由计算机直接给出所测物相衍射线条的所测物相衍射线条的di值。值。4. 由由di，然后结合，然后结合Ii/I0，及试样结构已知信息等，在，及试样结构已知信息等，在汇编标准中用汇编标准中用diIi/I0 ，使用检索手册，根据需要使用，使用检索手册，根据需要使用字母检索、字母检索、Hanawalt检索或检索或Fink

26、检索手册，查寻物相检索手册，查寻物相PDF卡片号对照检索，定性识别物相。卡片号对照检索，定性识别物相。5. 若是多物相分析，则在（若是多物相分析，则在（3）步完成后，对剩余的）步完成后，对剩余的衍射线重新根据相对强度排序，重复（衍射线重新根据相对强度排序，重复（3）步骤，直）步骤，直至全部衍射线能基本得到解释。至全部衍射线能基本得到解释。1938年左右，哈那瓦特（年左右，哈那瓦特（Hanawalt)等就开始等就开始收集和摄取各种已知衍射花样，将其衍射数据收集和摄取各种已知衍射花样，将其衍射数据进行科学的整理和分类。进行科学的整理和分类。1942年，美国材料试验协会（年，美国材料试验协会（AST

27、M）整理出整理出版了卡片版了卡片1300张，称之为张，称之为ASTM卡片。卡片。1969年起，由美国材料试验协会和英国、法国年起，由美国材料试验协会和英国、法国、加拿大等国家的有关单位共同组成了名为、加拿大等国家的有关单位共同组成了名为“粉末衍射标准联合委员会粉末衍射标准联合委员会”（JCPDS）国际机国际机构，专门负责收集、校订各种物质的衍射数据构，专门负责收集、校订各种物质的衍射数据，将它们进行统一的分类和编号，编制成卡片，将它们进行统一的分类和编号，编制成卡片出版，这种卡片组被命名为粉末衍射卡组（出版，这种卡片组被命名为粉末衍射卡组（ Powder Diffraction File, P

28、DF）。）。 标准卡是取每种物相的八条最强线的标准卡是取每种物相的八条最强线的d值值和相对强度来表示，其中头三条线必须是和相对强度来表示，其中头三条线必须是290的最强线。的最强线。 JCPDS卡片应用步骤：卡片应用步骤： 选三条最强的衍射线，再任选其中一条衍射线选三条最强的衍射线，再任选其中一条衍射线d。在索引卡上的该在索引卡上的该d值范围内查，（如值范围内查，（如d=2.12A,须须在在2.102.14范围内查），再根据第二根较强线范围内查），再根据第二根较强线的的d值，在索引中找；再看第三条线。对比时还值，在索引中找；再看第三条线。对比时还要注意三根线的相对强度是否大致符合。要注意三根线

29、的相对强度是否大致符合。(1) 1a,1b,1c三三数 据 为 三 条数 据 为 三 条最 强 衍 射 线最 强 衍 射 线对 应 的 面 间对 应 的 面 间距距,1d为最大为最大面间距；面间距；(2)2a,2b,2c,2d为 上 述 各 衍为 上 述 各 衍射 线 的 相 对射 线 的 相 对强 度 ， 其 中强 度 ， 其 中最 强 线 的 强最 强 线 的 强度为度为100；(3)辐射光源辐射光源波长波长滤波片滤波片相机直径相机直径所 用 仪 器 可所 用 仪 器 可测 最 大 面 间测 最 大 面 间距距测 量 相 对 强测 量 相 对 强度的方法度的方法数据来源数据来源(4)晶系晶

30、系空间群空间群晶胞边长晶胞边长轴率轴率A = a0/ b0 C=c0/b0轴角轴角单 位 晶 胞 内单 位 晶 胞 内“分子分子”数数数据来源数据来源(5)(5)光学性质光学性质折射率折射率光学正负性光学正负性光轴角光轴角密度密度熔点熔点颜色颜色数据来源数据来源(6)(6)样品来源、样品来源、制备方法、制备方法、升华温度、升华温度、分解温度等分解温度等(7)物相名称物相名称(8)物相的化物相的化学 式 与 数 据学 式 与 数 据可靠性可靠性可靠性高可靠性高-良好良好-i一般一般-空白空白较差较差-O计算得到计算得到-C各个字母所代表的点阵类型是：各个字母所代表的点阵类型是：C简单立方；简单立

31、方； B体心立方；体心立方；F面心立方；面心立方； T简单四方简单四方;U体心四方；体心四方； R简单菱形；简单菱形；H简单六方；简单六方； O简单斜方；简单斜方；P体心斜方；体心斜方； Q底心斜方；底心斜方；S面心斜方；面心斜方； M简单单斜；简单单斜；N底心单斜；底心单斜； Z简单三斜。简单三斜。(9)(9)全部衍射全部衍射数据数据物相分析步骤物相分析步骤1、确定、确定d值和强度值和强度I/I0值（估计）值（估计）2、查索引、查索引3、得到编号、得到编号4、查卡片、查卡片5、确定物质或物相、确定物质或物相ZrO2粉末的粉末的X射线衍射谱以及标定射线衍射谱以及标定SiO2晶体和SiO2玻璃的

32、 X 射线衍射谱图 在某些角度上，晶体的衍射谱图在某些角度上，晶体的衍射谱图出现了锐利的衍射峰。这是晶体出现了锐利的衍射峰。这是晶体衍射的基本特征，根据这些锐利衍射的基本特征，根据这些锐利的衍射峰可以分析晶体内部原子的衍射峰可以分析晶体内部原子排列的情况。排列的情况。 非晶态材料的衍射谱图与晶态材非晶态材料的衍射谱图与晶态材料有所不同，料有所不同，SiO2玻璃的衍射谱图玻璃的衍射谱图上就不存在有类似的衍射峰，表上就不存在有类似的衍射峰，表明原子排列没有长程有序的特征明原子排列没有长程有序的特征。 TiO2/PVP纳米纤维在分别于不同温度焙烧纳米纤维在分别于不同温度焙烧(500、550、600和

33、和700 C)得到的得到的XRD图谱图谱TiO2纳米纤维的纳米纤维的XRD分析分析定性相分析的注意事项：定性相分析的注意事项：(1)d值的数据比相对强度的数据重要；值的数据比相对强度的数据重要；(2)低角度区的衍射数据比高角度区域的数据重要；低角度区的衍射数据比高角度区域的数据重要；(3)了解试样的来源、化学成分和物理特性等对于作出正确的了解试样的来源、化学成分和物理特性等对于作出正确的结论是十分有帮助的；结论是十分有帮助的；(4)在进行多相混合试样的分析时，不能要求一次就将所有主在进行多相混合试样的分析时，不能要求一次就将所有主要衍射线都能核对上，因为它们可能不是同一物相产生的；要衍射线都能

34、核对上，因为它们可能不是同一物相产生的；(5)尽量将尽量将X射线物相分析法和其它相分析法结合起来；射线物相分析法和其它相分析法结合起来；(6)要确定试样中含量较少的相时，可用物理方法或化学方法要确定试样中含量较少的相时，可用物理方法或化学方法富集浓缩。富集浓缩。定性分析中应注意的问题定性分析中应注意的问题a.强度异常强度异常（a）择优取向）择优取向(b) 峰的重叠；峰的重叠；(c) 来自表面氧化物、硫化物的影响来自表面氧化物、硫化物的影响.b.测量灵敏度测量灵敏度物相的百分含量物相的百分含量.当物相含量很小或该相各晶面反射能力当物相含量很小或该相各晶面反射能力很弱时，可能难于显示该相的衍射线条

35、很弱时，可能难于显示该相的衍射线条，因而不能断言某相绝对不存在，因而不能断言某相绝对不存在.定量分析定量分析任务：任务：根据混合相试样中各相物质的衍射线的强根据混合相试样中各相物质的衍射线的强度来确定各相物质的相对含量。度来确定各相物质的相对含量。 直接对比法直接对比法 外标法外标法 内标法内标法 K值法值法X射线物相分析特点及适用范围1特点特点 鉴定可靠，因鉴定可靠，因d值精确、稳定；值精确、稳定； 直接鉴定出物相，并确定物相的化合形式；直接鉴定出物相，并确定物相的化合形式； 需要样品少，不受晶粒大小的限制；需要样品少，不受晶粒大小的限制； 对晶体结构相同、晶胞参数相近的物相，有对晶体结构相

36、同、晶胞参数相近的物相，有相似的衍射花样；相似的衍射花样； 不能直接测出化学成分、元素含量；不能直接测出化学成分、元素含量； 对混合物相中含量较少的相，有一定的检测对混合物相中含量较少的相，有一定的检测误差。误差。2适用范围适用范围 衍射分析仅限于结晶物质。衍射分析仅限于结晶物质。一、一、 利用布拉格衍射峰位及强度利用布拉格衍射峰位及强度： 结构分析结构分析：晶体结构测定、物相定性和定量分析、相变研：晶体结构测定、物相定性和定量分析、相变研究、薄膜结构分析等。究、薄膜结构分析等。 取向分析取向分析：晶体取向测定、解理面及惯析面测定、晶体形：晶体取向测定、解理面及惯析面测定、晶体形变研究、晶体生

37、长研究、多晶材料织构测定和分析等。变研究、晶体生长研究、多晶材料织构测定和分析等。 点阵参数测定点阵参数测定：固溶体组分测定、固溶体类型测定、固溶：固溶体组分测定、固溶体类型测定、固溶度测定、相图中边界测定、宏观弹性应力及弹性系数测定、度测定、相图中边界测定、宏观弹性应力及弹性系数测定、热膨胀系数测定等。热膨胀系数测定等。 衍射线形分析衍射线形分析：晶粒度和嵌镶块尺度测定、冷加工形变研：晶粒度和嵌镶块尺度测定、冷加工形变研究和微观应力测定、层错测定、有序度测定、点缺陷统计究和微观应力测定、层错测定、有序度测定、点缺陷统计分布及畸变场测定等。分布及畸变场测定等。应用概况应用概况二、二、 利用衍衬成象及利用衍衬成象及X射线干涉射线干涉 研究对象是近完整及完整晶体，研究内容包括：动力研究对象是近完整及完整晶体，研究内容包括：动力学衍射理论研究、宏观晶体缺陷观察及分析、单个微观晶学衍射理论研究、宏观晶体缺陷观察及分析、单个微观晶体缺陷观察及分析、柏氏矢量测定、晶体生长机理研究、体缺陷观察及分析、柏氏矢量测定、晶体生长机理研究、晶片弯曲