X射线的衍射方法.ppt

1、1,1.8 X射线衍射方法,德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法 多晶体衍射方法 针孔法 X-ray Powder diffraction 衍射仪法 劳埃（Laue）法 单晶体衍射方法 周转晶体法 四圆衍射仪 CCD系统单晶衍射仪,2,1.8.1 Debye相机法,3,德拜相机构造示意图,总体是一个金属圆筒，样品粉末置于其中轴线上，照相底片围成圆筒紧贴于金属圆筒内壁，用平直器从发散X射线中截取一小束准平行光，垂直投射到粉末条上，产生的衍射圆锥在底片上切割得弧线。,4,1.8.2 单晶衍射仪法,5,6,1.8.3粉末衍射仪法,(1).X射线发生器； (2).辐射探测器； (3).衍射测角仪；

2、(4).计算机控制、处理装置； (5).样品的制备及测试。,7,(1)X射线管结构,铜,X射线 真空,钨丝 (阴极),玻璃罩,电子束,(阳极),进水,出水,接变压器 靶,金属聚焦罩,铍窗口 X射线,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag,W,Al,8,晶体单色器的作用与图示 作用：消除衍射花样的背底和K散射 衍射束弯曲晶体单色器,晶体单色器,9,晶体单色器的原理 在衍射线光路上安装弯曲晶体单色器 由试样衍射产生的衍射线（一次衍射线）经光阑系统投射到单色器中的单晶体上，调整单晶体的方位使它的某个高反射本领晶面（高原子密度晶面）与一次衍射线的夹角刚好等于单色器晶体的该晶面对K辐射的布拉格角 由单

3、晶体衍射后发出的二次衍射线就是纯净的与试样衍射线对应的K衍射线,10,晶体单色器的作用 由于可以选择单晶的晶面正好对准K的衍射，因此，可以消除K的辐射，也能消除由连续X射线和荧光X射线产生的背底 使用石墨弯曲晶体单色器不能消除的K2辐射，所以经弯曲晶体单色器聚焦的二次衍射线，由计数器检测后给出的是的K双线衍射峰,11,石墨晶体单色器 选用石墨单晶体的0002作为反射面 使用石墨弯曲晶体单色器，对Cu K辐射而言，其衍射强度与不用单色器时相比大约降低36%。相当于用滤波片降低的强度 在Cu K辐射上使用石墨单色器测铁试样，可使背底降到10cps（每秒计数），得到满意的效果,12,单色器,13,(

4、2).辐射探测器的工作原理,辐射探测器的作用与原理 接收试样的衍射X光子，并通过光学作用，使光信号放大，并转换为电信号，输送给信号处理电路 辐射探测器的种类 正比计数器 闪烁计数器 位敏计数器,NaI闪烁检测器,14,NaI(Ti) 闪烁计数器,15,闪烁计数器 闪烁计数器：利用X射线激发可见荧光，通 过光电倍增管获得X射线强度信号,铍窗口,X-ray NaI(Tl)晶体（吸收X光发可见光）,光敏阴极发射电子,光电倍增管 1个电子变成,106107个电子,16,Si(Li)半导体探测器 高的能量分辨率 能够区分K和K 不用加滤波片, 与前面讨论的探测器不同，Si(Li)探测器采用固体电离方式计

5、数。, X射线入射到Si(Li)中，产生电子空穴对（3.8eV)。形 成电流和计数。(CuK为9000eV,仅几分之一微秒完成计数), 特点能量分辨率高，运行成本也高(低温),17,(3).测角仪,18,/2,/,19,光路图,X光管产生X射线,索拉狭缝,发散狭缝,样品台,防散射狭缝,索拉狭缝,滤波片,接收狭缝,探测器,去除x射线中的K部分,20,光阑 索拉光阑S1，S2 由一组互相平行、间隔很密的重金属（Ta、Mo)薄片组成 安装时要使薄片与测角仪平面平等，可将垂直测角仪平面方向的X射线发散度控制有2左右 狭缝光阑 作用是控制入射线的能量和发散度，限定入射线在试样上的照射面积;挡住衍射线以外

6、的寄生散射;控制衍射线进入计数器的能量。,21,狭缝工作示意图,22,测角仪扫描模式 连续扫描 探测器在匀速移动过程中记录衍射光强度。 速度不能太快，否则峰会沿扫描方向位移，衍射峰也会展宽。 步进扫描 以一定角度间隔逐步前进，在每个角度上停留一定的时间，记录衍射光强度。,23,计数测量方法和测量参数的选择,计数测量方法 粉末多晶体衍射仪的计数测量方法有连续扫描和步进扫描两种 连续扫描 将计数器与计数率计连接，让测角仪的/2 角以1：2的角速度联合驱动 在选定2 角范围，以一定的扫描速度扫测各衍射角对应的衍射强度，测量结果自动地存入计算机，然后，在打印机上输出测量结果或在绘图仪上绘出衍射花样,2

7、4,计数测量方法 连续扫描的图谱,25,计数测量方法 连续扫描的优点 扫描速度快，工作效率高。当需要对衍射花样进行全扫描测量时，一般选用连续扫描测量方法 连续扫描的测量精度受扫描速度和时间常数的影响，因此，在测量前要合理地选定这两个参数,26,计数测量方法 步进扫描 将计数器与定标器连接，首先让计数器停在要测量的起始2位置，按定时器设定的计数时间测量脉冲数，将所测得的脉冲数除以计数时间即为该处2角对应的衍射强度，然后再作下一步测量 步进扫描的曲线是梯度形的,27,计数测量方法 步进扫描图谱,28,计数测量方法 步进扫描的特点 步进扫描每步停留的测量时间较长，测量的总脉冲数较大，从而可减小脉冲统

8、计波动的影响 步进扫描不使用计数率计，没有滞后效应。所以，它的测量精度是很高的，能给出精确的衍射峰位、衍射线形、积分强度和积分宽度等衍射信息，适合作各种定量分析 步进扫描的精度取决于步进宽度和步进时间，所以在测量前要根据实际需要选定合适的步进宽度和步进时间,29,滤光片,30,(4). 计算机控制、处理装置,D8 Advance X射线粉末衍射仪主要操作都由计算机控制自动完成，扫描操作完成后，衍射原始数据自动存入计算机硬盘中供数据分析处理。 物相定性分析时，计算机根据谱图特征自动从2005版JCPDS数据库中搜索。,31,(5). 样品的制备及测试,样品制备 粉末样品 为防止样品出现择优取向的

9、假相，粉末样品要细小； 填充区直径为25mm，通过玻璃片压平，使样品平面与样品台平面平齐。 微量样品 用于量非常少的样品； 用无水乙醇分散样品，将样品均匀滴到微量样品台，待乙醇完全挥发后即可测试。 块体样品 块状样品表面研磨抛光，大小应该能够放入直径25mm的填充区； 用橡皮泥将样品粘在填充区，并用玻璃板压平，要求样品表面与支架表面平齐。,32,样品台,微量,常量,33,利用玻璃片压平样品,34,测试过程 （1）开机前的准备 查看电源及冷却系统是否正常； （2）开机 打开联机计算机； 打开冷却系统的水冷机，设定温度在21左右。 打开衍射仪主机。 启动D8 tools确认衍射仪处于正常状态。,3

10、5,（3）X光管及其老化 开启X光管高压； 如果X光管三天没用，为保护光靶，延长光管使用寿命，则需要启动光管老化程序，程序完成以后再进行样品测试。 （4）样品制备及测试 根据样品情况制备样品； 狭缝选择：一般情况下，发散和防散射选用1或2mm，接收狭缝选用0.1或0.2mm。 根据样品测试要求（角度范围，精度要求等）选用合适的狭缝。 对于铜（Cu）靶滤波片选用镍（Ni）片。,36,扫描范围：不同样品、不同的测试目的都对应不同的扫描范围；但是扫描范围必须包括样品的特征峰。可以根据参考文献对比选择扫描范围。 扫描步长和扫描速度：常规物相定性分析常采用0.020.08的扫描步长 ，每一步的时间为0.3-3秒不等。但是在进行点阵参数测定、微量分析或物相定量分析时，常采用0.01或更小的扫描步长，每一步时间至少3秒，甚至为几分钟一步。