1、精選優質文檔-傾情為你奉上X射線衍射實驗報告1、 實驗目的（1） 掌握X射線衍射儀的工作原理、操作方法；（2） 掌握X射線衍射實驗的樣品制備方法；（3） 掌握運用X射線衍射分析軟件進行物相分析的原理和實驗方法 ；（4） 熟悉PDF卡片的查找方法和物相檢索方法。2、 實驗儀器X射線衍射儀，PDF卡。 X射線衍射儀，主要由X射線發生器、X射線測角儀、輻射探測器、輻射探測電路、計算機系統等組成。（1） X射線發生器 X射線管工作時陰極接負高壓，陽極接地。燈絲附近裝有控制柵，使燈絲發出的熱電子在電場的作用下聚焦轟擊到靶面上。陽極靶面上受電子束轟擊的焦點便成為X射線源，向四周發射X射線。在陽極

2、一端的金屬管壁上一般開有四個射線出射窗口。轉靶X射線管采用機械泵+分子泵二級真空泵系統保持管內真空度，陽極以極快的速度轉動，使電子轟擊面不斷改變，即不斷改變發熱點，從而達到提高功率的目的，如下圖1。圖1 X射線管（2） 測角儀 測角儀圓中心是樣品臺，樣品臺可以繞中心軸轉動，平板狀粉末多晶樣品安放在樣品臺上，樣品臺可圍繞垂直于圖面的中心軸旋轉；測角儀圓周上安裝有X射線輻射探測器，探測器亦可以繞中心軸線轉動；工作時，一般情況下試樣臺與探測器保持固定的轉動關系（即-2連動），在特殊情況下也可分別轉動；有的儀器中樣品臺不動，而X射線發生器與探測器連動，如下圖2。 圖2 測角儀（3）PDF卡的組成如下3

3、圖所示圖3 PDF卡3、 實驗原理1、 X射線的產生 實驗中通常使用X光管來產生X射線。在抽成真空的X光管內，當由熱陰極發出的電子經高壓電場加速后，高速運動的電子轟擊由金屬做成的陽極靶時，靶就發射X射線。發射出的X射線分為兩類：（1）如果被靶阻擋的電子的能量不越過一定限度時，發射的是連續光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射；（2）當電子的能量超過一定的限度時，可以發射一種不連續的、只有幾條特殊的譜線組成的線狀光譜，這種發射線狀光譜的輻射叫做特征輻射。對于特征X光譜分為：（1）K系譜線:外層電子填K層空穴產生的特征X射線K、K（2） L系譜線:外層電子填L層空穴產生的特征X射線L、L如下圖4。圖4

4、特征X射線2、 X射線與物質的相互作用 X射線與物質相互作用產生各種復雜過程。就其能量轉換而言，一束X射線通過物質分為三部分：散射，吸收，透過物質沿原來的方向傳播，如下圖5，其中相干散射是產生衍射花樣原因。圖5 X射線與物質的相互作用3、 晶體點陣結構 晶體結構可以用三維點陣來表示。每個點陣點代表晶體中的一個基本單元，如離子、原子或分子等。 空間點陣可以從各個方向予以劃分，而成為許多組平行的平面點陣。因此，晶體可以看成是由一系列具有相同晶面指數的平面按一定的距離分布而形成的。各種晶體具有不同的基本單元、晶胞大小、對稱性，因此，每一種晶體都必然存在著一系列特定的d值，可以用于表征不同的

5、晶體。  X射線波長與晶面間距相近，可以產生衍射。晶面間距d和X射線的波長的關系可以用布拉格方程來表示 :2dsinn 。根據布拉格方程，不同的晶面，其對X射線的衍射角也不同。因此，通過測定晶體對X射線的衍射，就可以得到它的X射線粉末衍射圖，與數據庫中的已知X射線粉末衍射圖對照就可以確定它的物相。4、 物相鑒定原理 任何結晶物質均具有特定晶體結構（結構類型，晶胞大小及質點種類，數目，分布）和組成元素。一種物質有自己獨特的衍射譜與之對應，多相物質的衍射譜為各個互不相干，獨立存在物相衍射譜的簡單疊加。  衍射方向是晶胞參數的函數（取決于晶體結構）；衍射強度是

6、結構因子函數（取決于晶胞中原子的種類、數目和排列方式）。任何一個物相都有一套d-I特征值及衍射譜圖。因此，可以對多相共存的體系進行全分析。也就是說實驗測得的圖譜與數據庫中的已知X射線粉末衍射圖對照，通過兩者的匹配性就可以確定它的物相。 4、 實驗內容1、樣品制備 將待測粉末樣品在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實，使試樣面與玻璃表面齊平 2、  測試  A、開機 (1) 打開墻體及主機電源，并按下主機啟動按鈕。 (2) 打開冷卻循環水系統開關，使冷卻水電導率在3以內，水溫在20-24度范圍內。 (3)

7、60;按下控制面板上的開真空按鈕，使真空度降至150mV以下。(4) 打開控制柜開關 (5) 打開電腦，在軟件控制程序中開啟X射線后執行預熱至需要功率，預熱時間為1-1.5小時。  B、裝樣  將裝有待測粉末樣品的試樣架放置在測角儀中心的樣品架上  C、測量  在電腦軟件控制中，打開測量控制程序，設定好實驗參數。測量結束后，保存數據以待分析3、 物相鑒定（1） 打開Jade，讀入衍射數據文件；（2） 鼠標右鍵點擊S/M工具按鈕，進入“Search/Match”對話界面; （3） 選擇“Chemistry filter”，進入

8、元素限定對話框，選中樣品中的元素名稱，然后點擊OK返回對話框，再點擊OK；（4） 從物相匹配表中選中樣品中存在的物相。在所選定的物相名稱上雙擊鼠標，顯示PDF卡片，按下Save按鈕，保存PDF卡片數據；（5） 如果樣品存在多個物相，在主要相鑒定完成后，選擇剩余峰(未鑒定的衍射)，做“Search/Match”，直至全部物相鑒定出來。（6） 鼠標右鍵點擊“打印機”圖標，顯示打印結果，按下“Save”按鈕，輸出物相鑒定結果。（7） 以同樣的方法標定其它樣品的物相,物相鑒定實驗完成。 4、 物相定量分析（1） 在Jade窗口中，打開一個多相樣品的衍射譜；（2） 完成多相樣品的物相鑒定，物相鑒定時，選

9、擇有RIR值的PDF卡片；（3） 選擇每個物相的主要未重疊的衍射峰進行擬合，求出衍射峰面積；（4） 選擇菜單“Options|Easy Quantitative”，按絕熱法計算樣品中兩相的重量百分數；（5） 按下“Save”按鈕，保存定量分析結果，定量分析數據處理完成。 5、 樣品處理技術 X射線衍射分析的樣品主要有粉末樣品、塊狀樣品、薄膜樣品、纖維樣品等。樣品不同，分析目的不同（定性分析或定量分析），則樣品制備方法也不同。1、 粉末樣品 粉末樣品應有一定的粒度要求，所以，通常將試樣研細后使用，可用瑪瑙研缽研細。定性分析時粒度應小于44微米(350目)，定量分析時應將試樣研細至10微米左右。較

10、方便地確定10微米粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾動，兩手指間沒有顆粒感覺的粒度大致為10微米。根據粉末的數量可壓在玻璃制的通框或淺框中。壓制時一般不加粘結劑，所加壓力以使粉末樣品粘牢為限，壓力過大可能導致顆粒的擇優取向。當粉末數量很少時，可在乎玻璃片上抹上一層凡士林，再將粉末均勻撒上。  常用的粉末樣品架為玻璃試樣架，在玻璃板上蝕刻出試樣填充區為20×18平方毫米。玻璃樣品架主要用于粉末試樣較少時(約少于500立方毫米)使用。充填時，將試樣粉末-點一點地放進試樣填充區，重復這種操作，使粉末試樣在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實，要求試樣面與玻璃表面齊平。如果試

11、樣的量少到不能充分填滿試樣填充區，可在玻璃試樣架凹槽里先滴一薄層用醋酸戊酯稀釋的火棉膠溶液，然后將粉末試樣撒在上面，待干燥后測試。 2、 塊狀樣品 先將塊狀樣品表面研磨拋光，大小不超過20×18平方毫米, 然后用橡皮泥將樣品粘在鋁樣品支架上，要求樣品表面與鋁樣品支架表面平齊。 3、 微量樣品 取微量樣品放入瑪瑙研缽中將其研細，然后將研細的樣品放在單晶硅樣品支架上（切割單晶硅樣品支架時使其表面不滿足衍射條件），滴數滴無水乙醇使微量樣品在單晶硅片上分散均勻，待乙醇完全揮發后即可測試。 4、 薄膜樣品 將薄膜樣品剪成合適大小，用膠帶紙粘在玻璃樣品支架

12、上即可。6、 注意事項（1） 理論上講，只要PDF卡片足夠全，任何未知物質都可以標定。但是實際上會出現很多困難。（2） 主要是試樣衍射花樣的誤差和卡片的誤差。例如，晶體存在擇優取向時會使某根線條的強度異常強或弱；強度異常還會來自表面氧化物、硫化物的影響等等。（3） 粉末衍射卡片確實是一部很完備的衍射數據資料，可以作為物相鑒定的依據，但由于資料來源不一，而且并不是所有資料都經過核對，因此存在不少錯誤。尤其是重校版之前的卡片更是如此。（4） 美國標準局（NBS）用衍射儀對卡片陸續進行校正，發行了更正的新卡片。所以，不同字頭的同一物質卡片應以發行較晚的大字頭卡片為準。 從經驗上看，晶面間距d值比相對

13、強度重要。（5） 待測物相的衍射數據與卡片上的衍射數據進行比較時，至少d值須相當符合，一般只能在小數點后第二位有分歧。（6） 由低角衍射線條測算的d值誤差比高角線條要大些。較早的PDF卡片的實驗數據有許多是用照相法測得的，德拜法用柱形樣品，試樣吸收所引起的低角位移要比高角線條大些；相對強度隨實驗條件而異，目測估計誤差也較大。吸收因子與2角有關，所以強度對低角線條的影響比高角線條大。（7） 而衍射儀法的吸收因子與2角無關，因此德拜法的低角衍射線條相對強度比衍射儀法要小多相混合物的衍射線條有可能有重疊現象，但低角線條與高角線條相比，其重疊機會較少。倘若一種相的某根衍射線條與另一相的某根衍射線重疊，而且重疊的線條又為衍射花樣中的三強線之一，則分析工作就更為復雜。（8） 當混合物中某相的含量很少時，或某相各晶面反射能力很弱時，它的衍