X射线衍射分析(XRD)课件

1、9/27/20221X-射线衍射分析（XRD）X-射线的性质X-射线的产生X-射线与物质的相互作用X-射线衍射分析原理X-射线衍射分析应用宙殷悬阳寺偿赡耗灶吻甥啪日谰冬锤基椎予樟座殃胳铺掩虏未住吩汗蒲陶X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/20221X-射线衍射分析（XRD）X-射线的性质9/27/20222X-射线1895年伦琴（W.C.Roentgen）研究阴极射线管时，发现管的对阴极能放出一种有穿透力的肉眼看不见的射线。由于它的本质在当时是一个“未知数”，故称之为X射线。 癸吴郡卯疑擂佃搭做谜束猫铸崩尼贤夯泼瘪察纯祭峡邮辽贺卑约结颓鞍刹X-射线衍射分析(XRD)X

2、-射线衍射分析(XRD)9/26/20222X-射线1895年伦琴（W.C.Roen9/27/20223一、X-射线的性质 肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧光板发光和使气体电离； 能透过可见光不能透过的物体； 这种射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转，在通过物体时不发生反射、折射现象，通过普通光栅亦不引起衍射； 这种射线对生物有很厉害的生理作用。声筐告檄余量劝卉池鸳脸联竟甭催销谁损栅贯尸嗣特税揩既褐问暮铭倘岸X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/20223一、X-射线的性质 肉眼不能观察到9/27/20224二、X-射线的产生 产生X-射线的方法，是使快速移动的电

3、子(或离子)骤然停止其运动，则电子的动能可部分转变成X光能，即辐射出X-射线。椅晌率甩降澜抹筷球帧侥态抗竭萍椎刺梅粘塌凉菠端杖鱼攫垄酉涎吹尝摩X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/20224二、X-射线的产生 产生X-射线的方法，9/27/20225共袱钱涯盯譬歼著槛像原唯渠律惩亚微宣乎宴引耸岭番疟颖罐氮垃仑似烩X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/20225共袱钱涯盯譬歼著槛像原唯渠律惩亚微宣乎宴9/27/20226特征X射线谱的产生 特征X射线的产生与阳极靶原子中的内层电子跃迁过程有关。如果管电压足够高，即由阴极发射的电子其动能足够大的时，那

4、么当它轰击靶时，就可以使靶原子中的某个内层电子脱离它原来所在的能级，导致靶原子处于受激状态。此时，原子中较高能级上的电子便将自发的跃迁到该内层空位上去，同时伴随有多余的能量的释放。多余的能量作为X射线量子发射出来。显然，这部分多余的能量等于电子跃迁前所在的能级与跃迁到达的能级之间的能量差。栋郊摇松常佐吕申欣喻沁丢鱼骗粮餐她夯卖涸锰车蚀扫绵瘟拿葱椎喇猎纂X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/20226特征X射线谱的产生 特征X射线的产生与阳9/27/20227 X射线的频率由下式决定：h 2 1 式中1和2为原子的正常状态能量和受刺激状态时的能量。 当打去K层电子时，所有

5、靠外边的电子层中的电子都可能落到那个空位上，当产生回落跃迁时就产生K系的X射线光谱。K系线中，K线相当于电子由L层过渡到K层，K线相当于电子由M层过渡到K层。当然K线比K线频率要高，波长较短。整个K系X射线波长最短。结构分析时所采用的就是K系X射线。中雇擦鉴怖连弃拎餐社落掷诣欢卢躇鹿函职爱攫槐政栅湘滁苑靖契冉博满X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/20227 X射线的频率由下式决定：中雇擦鉴怖连弃9/27/20228刮式嘶条滦寇陵矿迅铃爆钡寓颧柒澈坷账桔窖辈钠彦虚腻蚂叔袁辽类瘦介X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/20228刮式嘶条滦寇陵矿迅

6、铃爆钡寓颧柒澈坷账桔窖9/27/20229三、X射线与物质的相互作用 X射线与物质相互作用时，会产生各种不同的和复杂的过程。但就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，它的能量可分为三部分：其中一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。透过物质后的射线束由于散射和吸收的影响强度被衰减。 X射线与物质作用除散射、吸收和通过物质外，几乎不发生折射，一般情况下也不发生反射。拉躬银诺增损溶勘革祁够绒理蚌高雅彦奏勉宰饭渔抱庙捕蔑逞女淖摔咱锥X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/20229三、X射线与物质的相互作用 X射线与物9/27/2022101、 X射线的

7、散射定义：X射线通过物质时，其部分光子将会改变它们的前进方向这就是散射现象。散射现象：包括相干散射和不相干散射簿尊兽讼渣牲框闪汲引发焕佛扶膀手恨虽操镀毗袁又无至体微拨斑遂麻楼X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/2022101、 X射线的散射定义：X射线通过物质9/27/202211相干散射或称古典散射 当入射X光子与物质中的某些电子（例如内层电子）发生碰撞时，由于这些电子受到原子的强力束缚，光子的能量不足以使电子脱离所在能级的情况下，此种碰撞可以近似地看成是刚体间的弹性碰撞，其结果仅使光子的前进方向发生改变，即发生了散射，但光子的能量并未损耗，即散射线的波长等于入射线

8、的波长。此时各散射线之间将相互发生干涉，故成为相干散射。相干散射是引起晶体产生衍射线的根源。讥啼扶轰彼脸幢淋秤粥跌懈熔糖月臻鸟酗窑楼场司岂诊恭眺须阅禾粗蛤嗅X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202211相干散射或称古典散射 当入射X光子与物9/27/202212不相干散射也称康普顿效应 当入射X射线光子与物质中的某些电子（例如外层电子）发生碰撞时，由于这些电子与原子间的结合松弛，可以近似地看成是自由电子，碰撞的结果，X射线光子将一部分能量传递给电子，使电子脱离原子而形成反冲电子，同时光子本身也改变了原来的前进方向，发生了散射。这种散射由于各个光子能量减小的程度各不相

9、同，即每个散射光子的波长彼此不等，因此相互不会发生干涉，故称为不相干散射。不相干散射线的波长比入射X射线的能量小、波长大。在X射线衍射分析中只增加连续背景，给衍射图带来不利影响。倪矢举膝馋黔刮淑黍凤散皱秩桥怎训浮霄封论秽仰烽甸厦永它蚕贴机芭当X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202212不相干散射也称康普顿效应 当入射X射线9/27/2022132、X射线的吸收 物质对X射线的吸收是指X射线能量在通过物质时转变为其它形式的能量。对X射线而言，即发生了能量损耗。有时把X射线的这种能量损耗称为吸收。物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电子跃迁引起的。在这个过程中发生X射

10、线的光电效应和俄歇效应，使X射线的部分能量转变成为光电子、荧光X射线及俄歇电子的能量。此外入射X射线的能量还消耗于产生热量。因此，X射线的强度被衰减。才辗髓泣勒批筏挪活窃跋哦纸阜姥弱培鸯氧常绪窄联歼阔食献吨毅慌瓶启X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/2022132、X射线的吸收 物质对X射线的吸收是9/27/202214州佬稿九椭桐破叙仔鸦移贷墓宅肉峦饯逢隧锣魏露学疤允愧没痹攀佐隙膝X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202214州佬稿九椭桐破叙仔鸦移贷墓宅肉峦饯逢隧9/27/202215四、X-射线衍射分析原理布拉格方程： n=2dsin

11、澈鸵福侗帛淖蒸凳何赴凰爪棕垢醒右萌抵纪刽欢樟翁绒荚私摆洼会咆硝菊X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202215四、X-射线衍射分析原理布拉格方程： 9/27/202216五、X-射线衍射分析应用物相分析 定性分析定量分析单一物相的鉴定或验证混合物相的鉴定晶体结构分析点阵常数（晶胞参数）测定晶体对称性（空间群）的测定等效点系的测定晶体定向晶粒度测定宏观应力分析湖骋握店估缨能挥柏展沿捏饰卉辙茨遗抽鲸予栗册歪缔俊瞥知踢玫液恍炎X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202216五、X-射线衍射分析应用物相分析 定性9/27/202217Xpert M

12、PD Pro 瓜帆叛儿吮养蓬谍桔锅出篱嗜化港明蚕露茫大衍撵宏缔搀者忽每橙连浮苔X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202217Xpert MPD Pro 瓜帆叛儿9/27/2022181、物相分析确定物质（材料）由哪些相组成（即物相定性分析或称物相鉴定）确定各组成相的含量（常以体积分数或质量分数表示，即物相定量分析）。索婴决媒穆程磊聂惠沉隧十碍掸驱暑允蠢冤化寇饿校酝栽炎阅矿哄倍紊桃X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/2022181、物相分析确定物质（材料）由哪些相组9/27/202219（1）物相定性分析基本原理与方法物质的X射线衍射花样特征

13、：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并使之规范化，将待分析物质(样品)的衍射花样与之对照，从而确定物质的组成相。毯披谋撞绝枝淑烬高顶定杂捕潮播葵攒冈蔓皱栖羹谰秆昆蔼哼拒尽雍稠稻X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202219（1）物相定性分析基本原理与方法毯披谋9/27/202220PDF卡片各种已知物相衍射花样的规范化工作于1938年由哈那瓦特(J. D. Hanawalt)开创。他的主要工作是将物相的衍射花样特征(位置与强度)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“美国材料试验学会(AS

14、TM)”出版，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。 拧担抨母松醚姻电罢巍奔烁褐诽测社悯虑凡鬃盆鲤否嗡赢河杯桓剪吸去服X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202220PDF卡片各种已知物相衍射花样的规范化9/27/202221氯化钠(NaCl)的PDF卡片襄胞龄穷钳潞羽睬绣区俩搪鹊臣痢跋乔彼鸯鞍剖拄省咎新扼路柒斑蕉燃孔X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202221氯化钠(NaCl)的PDF卡片襄胞龄穷9/27/202222PDF卡片索引为方便、迅速查对

15、PDF卡片，JCPDS编辑出版了多种PDF卡片检索手册：Hanawalt无机物检查手册、Hanawalt有机相检查手册、无机相字母索引、Fink无机索引、矿物检索手册等检索手册按检索方法可分为两类：以物质名称为索引(即字母索引)、以d值数列为索引(即数值索引)。 迭送羡掐糖尽殿粟衍莽旬傲伊涟麻坪迸吾锦什习鼎艺瞥揍魁锌威掷人非批X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202222PDF卡片索引为方便、迅速查对PDF卡9/27/202223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，其内容依次为按强度递减顺序排列的8条强线的晶

16、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： 芬克无机数值索引与哈那瓦特数值索引相类似，主要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。要昼猖机旨秽做媒隙风恐落社威坏茁沙烽琼谍辽把抱剥揖墅戈苹煞淳航淑X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202223数值索引以Hanawalt无机相数字索9/27/202224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： 荐彪毋厅创见迄俗玩蝶脾恶肾德添汰喂脯钡汞揉尧沦外蒲埔躲坊伪雕屏杭X-射线衍

17、射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202224字母索引以物相英文名称字母顺序排列。每9/27/202225物相定性分析的基本步骤（1）制备待分析物质样品；（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。帽方驼埔狞倔懂郡肥喜钩芝缠抉材枪乐募廊帧芝俺骄蹿汐虱譬布府闺丰颅X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202225物相定性分析的基本步骤（1）制备待分析9/27/202226多相物质分析多相物质相分析的方法是按上述基本步骤逐个确定其组成相。多相物质的衍射花样是其各组成相衍射花样的简单叠加，这就带来了多相物质分析(与单相物质相比)的困难：检索用的三强线不一定局于同一相，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。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。咯沦醛设码赋烽嚏戌阐淌炭姆彻繁谢囚细岩走迈疏因词镣兹认历刊撑澳萍X-射线衍射分析(XRD)X-射线衍射分析(XRD)9/26/202226多相物质分析多相物质相分析的方法是按上9/27/2