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XRD分析总结.pptx

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XRD介绍解析PPT课件

XRD介绍解析PPT课件
XRD
X-ray diffraction
Made by Zhaojun
主要问题 • 什么是XRD • 为什么要做XRD • XRD的结果能说明什么问题
2
Background of XRD
Röntgen or Roentgen ray (X ray)
1895年11月8日，德国物理学家伦琴在研究 真空管的高压放电时，偶然发现镀有氰亚铂酸 钡的硬纸板会发出荧光。这一现象立即引起的 细心的伦琴的注意。经仔细分析，认为这是真 空管中发出的一种射线引起的。于是一个伟大 的发现诞生了。由于当时对这种射线不了解， 故称之为x射线。后来也称伦琴射线。
发现的X射线是什么呢？人们初步认为是一种电磁波，于是想通过光栅来观察 它的衍射现象，但实验中并没有看到衍射现象。原因是X射线的波长太短，只 有一埃（1Å）。 1912年德国物理学家劳厄想到了晶体，它和x光的波长相近，是天然的光栅， 去找普朗克老师，但没得到支持，去找正在攻读博士的索末菲，两次实验后终 于做出了X射线的衍射实验。
• 1）连续谱的形状与靶的材料无关。 • 2）连续谱存在一最大的能量值，它取决于管电压。
特征X射线谱
• 当管电压超过某临界值时，特征谱 •
才会出现，该临界电压称激发电压。 当管电压增加时，连续谱和特征谱 强度都增加，而特征谱对应的波长 保持不变。 • 钼靶X射线管当管电压等于或高于 20KV时，则除连续X射线谱外，位 于一定波长处还叠加有少数强谱线， 它们即特征X射线谱。 • 钼靶X射线管在35KV电压下的谱线， 其特征x射线分别位于0.63Å和 0.71Å处，后者的强度约为前者强 度的五倍。这两条谱线称钼的K系
特征X射线的产生机理
• 处于激发状态的原子有自发 回到稳定状态的倾向，此时 外层电子将填充内层空位， 相应伴随着原子能量的降低 。原子从高能态变成低能态 时，多出的能量以X射线形 式辐射出来。因物质一定， 原子结构一定，两特定能级 间的能量差一定，故辐射出 的特征X射波长一定。

[课件]XRD解析PPT

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Bragg 公式 2dhkl sinθhkl = nλ 应用
1）将晶体结构周期性（通过d）和射线本质（通过λ）
2）结合起来，并反映在图象上（通过θ）。 3）λ恒定，通过测θ求d（晶体结构分析） 4） d 恒定，通过测θ求λ（荧光分析） 5）波粒性 E=hv (能谱分析）
6）衍射充要条件 2dhkl sinθhkl = nλ, F 2
（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。
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。
分数表示，即物相定量分析）。
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：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。
物相定性分析的基本步骤
（1）制备待分析物质样品；

示例
未煅烧白云石的主相为碳酸钙 镁（CaMg（CO3）2），次相 为二氧化硅
300℃
500℃
750℃
1000℃
经过300和500℃煅烧后，白云石的主相和次相没有发 生变化，主相和次相仍分别为碳酸钙镁（CaMg（CO3） 2）和二氧化硅。当煅烧温度达到750℃时，碳酸钙镁 部分分解为碳酸钙和氧化镁，其主相变为碳酸钙镁 （CaMg（CO3）2），氧化镁和氧化钙。由于碳酸钙 镁在750℃下分解出二氧化碳并溢出，所以在７５０℃ 的烧失量达到15.1％。当煅温度提高到1000℃时，碳 酸钙镁全部分解为氧化钙和氧化镁，烧失量达到45.68 ％。

XRD分析方法介绍PPT课件

XRD分析方法介绍PPT课件
特征谱是若干波长一定而强度很大的x射线谱。特 征谱的产生与靶材中原子结构及原子内层电子跃迁过 程有关。当高速运动的电子击靶时，具有高能量的电 子深入到靶材的原子中，激出原子内层电子，而使原 子处于不稳定的激发态，为使原子恢复至稳定的低能 态，邻近的电子立即自发地填其空穴，同时伴随多余 能量的释放，产生波长确定的x射线，其x射线的频率 和 即能hυ量= 由E2原―子E1跃迁前后的电子能级（E2和E1）决定，
从数学角度，近似函数法似乎不很严谨，但它确实 因绕开了求解物理宽化线形函数的困难，而使工作 大为简化。
最新课件
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Kα 双线分离的常用方法是Rechinger法，这种方法假定 Kα 双线的衍射线形相似且底宽相等，谱线 Kα1 与 Kα2 的峰值
强度比值为 2:1。
当辐射线Kα1 与 Kα2的波长存在 Δλ 的偏差时，则衍射角 2θ
的分离度为
2 6 2 1 ta 2 1 n 2
最新课件
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荧光x射线波长决定于原子的能极差。从荧光x射线 的特征波长可以查明被激发原子是哪种元素，这就 是x射线荧光光谱技术（XRF）。
产生俄歇电子除用x射线照射外，还可以用电子束、 离子束轰击。俄歇电子的能量分布曲线称为俄歇电 子能谱。俄歇电子能谱反映了该电子从属的原子以 及原子的结构状态特征，因此，俄歇电子能谱分析 （AES）可以分析固体表面化学组成元素的分布， 可用于精确测量包括价电子在内的化学键能，也可 以测量化学键之间微细的能量差。扫描俄歇电子能 谱仪还可观测被测表面的形貌。
为简便起见，用衍射指数hkl代替面网符合（nh、nk、nl），
则得到简化布拉格方程，即最新课2件dsinθ＝λ
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2.2 x射线衍射数据
2.2.1 衍射方向 衍射方向可用布拉格角θ、衍射角2θ、衍射面

[课件]XRD定性分析PPT

[课件]XRD定性分析PPT

小角测角仪
多功能样品台
1.定性分析的原理
（1）由于不同的物质各具有自己的原子种类、原子
排列方式和点阵参数，在一定波长的X射线照射下， 进而呈现出特定的衍射花样。 （2）多相物质的衍射花样互不干扰，相互独立，只 是机械地叠加。 （3）衍射花样可以表明物相中元素的化学结合态， 即相结构。
晶胞大小与形状
物相定性分析所应注意问题
1. 对于数据d值，由于检索主要利用该数据，因此处理时精度 要求高，而且在检索时，只允许小数点后第二位才能出现偏差。
2. 特别要重视低角度区域的衍射实验数据，因为在低角度区
域，衍射所对应d值较大的晶面，不同晶体差别较大，衍射线 相互重叠机会较小。 3. 在进行多物相混合试样检验时，应耐心细致地进行检索， 力求全部数据能合理解释，但有时也会出现少数衍射线不能解
X射线衍射花样的方向（位置）
d-I数据
晶胞中的原子种类与坐标
照相法 衍射花样
d7
X射线衍射花样的强度
d5d4d3d2d1 d3 d1 d5 d 6
衍射仪法 衍射花样
d2
d4
• 通常用d（晶面间距表征衍射线位置） 和I（衍射线相对强度）的数据代表 衍射花样。用d-I数据作为定性相分 析的基本判据。
• 定性相分析方法是将由试样测得的d-I 数据组与已知结构物质的标准d-I数据 组（PDF卡片）进行对比，以鉴定出 试样中存在的物相。
3.PDF卡片的索引
索引有两类：

以d 值数列为索引

以物质名为索引
4.物相定性分析方法
人工检索卡片库
原理相同 效率提高
计算机检索卡片数据库
计算机软件全谱拟合
2.09- 2.13 I 2.47 “三强线” 1.80

XRD介绍解析PPT课件

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Bragg’s law
布拉格公式不但能解释劳厄斑点，而且能用于对晶体 结构的研究。
布拉格父子认为当能量很高的X射线射到晶 体各层面的原子时，原子中的电子将发生强迫 振荡，从而向周围发 射同频率的电磁波， 即产生了电磁波的 散射，而每个原子 则是散射的子波波 源；劳厄斑正是散 射的电磁波的叠加。
1
能量差，即 hK WK WL hK hL
特征X射线的命名方法
• 同样当K空位被M层电子填充时，则产生Kβ辐射。M能级 与K能级之差大于L能级与K能级之差，即一个Kβ光子的 能量大于一个Kα光子的能量； 但因L→K层跃迁的几率 比M→K跃迁几率大，故Kα辐射强度比Kβ辐射强度大五 倍左右。
劳厄斑
X射线 晶体
晶体的三维光栅
劳厄(M.von Laue)提出：晶体可以作为X射线的空 间衍射光栅,即当一束 X射线通过晶体时将发生衍射， 衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强， 在其他方向上减弱。分析在照相底片上得到的衍射花 样，便可确定晶体结构。 这在他的实验中得到了证 实
• 劳厄斑：一箭双雕的实验结果 证实了X射线是电磁波，也证明了晶体排列的规律性
发现的X射线是什么呢？人们初步认为是一种电磁波，于是想通过光栅来观察 它的衍射现象，但实验中并没有看到衍射现象。原因是X射线的波长太短，只 有一埃（1Å）。 1912年德国物理学家劳厄想到了晶体，它和x光的波长相近，是天然的光栅， 去找普朗克老师，但没得到支持，去找正在攻读博士的索末菲，两次实验后终 于做出了X射线的衍射实验。
X射线物相定性分析原理
• 目前已知的晶体物质已有成千上万种。事先在 一定的规范条件下对所有已知的晶体物质进行 X射线衍射，获得一套所有晶体物质的标准X射 线衍射花样图谱，建立成数据库。

4XRD分析方法精品PPT课件

4XRD分析方法精品PPT课件
– 以 IA/IB为纵坐标，A物质含量为横坐标, 作工作曲线。 – 测试未知试样的X射线衍射图谱，计算其中衍射主极
大的峰的积分强度IA/IB， – 根据工作曲线则可以测得其中组分的含量。
工作曲线
IA/IB
IAX/IBX
C1 C2 C3CXC4 C5
A相含量
X射线衍射定量分析
• K值法及参比强度法（自学）
– 简单但精度稍差。
X射线衍射定量分析
• 内标法
– 待测试样中含有多个物相 – 各相的质量吸收系数不同。
• 先完成工作曲线，确定混合物中的不同组分的 含量。
X射线衍射定量分析
• 例：
– 按不同配比均匀混合A和B相，如100:0， 90:10， 80:20， 70:30， ……
– 分别测试其X射线衍射，计算衍射主极大的峰的积分 强度IA/IB，
衍射线
பைடு நூலகம்衍射峰
• I＝M·Lp·F2·e-2M·A*(θ)· (PO)
– M:多重性因数； – Lp：洛伦兹偏振因数； – F2：结构因数； – e-2M：温度因数； – A*(θ)：吸收因数； – (PO)：择优取向因数
X射线衍射定量分析
• 因此根据衍射强度，从理论上将无法精确确定混 合物中的精确含量；
• 物相定量分析的准确度与样品状况有密切关系
• I＝M·Lp·F2·e-2M·A*(θ)· (PO)
– 试样颗粒的大小， – 混合样中各相分布均匀，避免微晶体的择优取向。
X射线衍射可以得到的信息
• 物相鉴定
– 定性 – 定量
• 晶面的择优取向生长 • 结晶度的测定 • 晶胞参数的确定 • 晶粒尺寸的测定（谢乐公式） • 膜厚的测定 • 薄膜的应力分布

XRD定量分析PPT课件

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• 不足： (1) K值法可以只测量一个目的相，也可以测量全部目 的相，而绝热法则必须同时测出所有相。 (2) K值法可以测定含有未知相的多相混合物试样(未 知相不是目的相)，绝热法却不能。 (3) K值法能判断是否存在非结晶物质(如果左<右即表 示存在非结晶物质)，绝热法则不能。
定量分析的难点
测定强度与理论强度不一致。 1． 择优取向 – 多个线对测量 2． 其它相的干扰 – 避免重叠 3． 局部吸收 – 充分粉碎 4. 消光效应 – 选择反射本领较低的衍射线
Iα= K1 xα/ρα[xα(μα/ρα- μβ/ρβ) + μβ/ ρβ] 对纯α 相
(Iα)0 = K1/ μα 二者相除可消掉K1，得 Iα/ (Iα)0 = xα(μα/ρα) /[xα(μα/ρα- μβ/ρβ) + μβ/ ρβ] 测出Iα和 (Iα)0 ，已知各相的质量吸收系数，即可求得xα。 也可以确定若干个xα，在相同条件下测出同一根衍射线条的 强度Iα ，作出定标曲线，根据定标曲线中Iα/ (Iα)0 的值，可以 很容易确认α相 的含量
如左＝右，则样品中所有物相均为结晶相，强度数据可靠； 如左<右，则表明有非晶物质存在； 如左>右,表明强度数据或K值有误。
K值法不需作复杂的标准曲线，无繁杂计算，从而节省了分析时 间，应用较广。但与内标法一样，必须提供纯样品物质，受到一 定限制。
4、直接比较法（绝热法）
• 定量相分析时不与系统以外发生关系。用试样中的 某一个相作标准物质直接进行比较。
外标法的特点
• 不必在试样中加入无关的相，可以定量计 算混合物中单相的含量。
• 需要配制不同α含量的样品做定标曲线，过 程较为复杂。
2、内标法
• 在被测粉末样品中加入一种恒定的标准物质制成复合试样。 通过测复合试样中待测相的某一衍射线强度与内标物质某一 衍射线强度之比，测定待测相含量。
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学海无 涯
XRD 分析总结
1. XRD 分析基本原理
当一束单色 X 射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规 则排列的原子间距离与入射 X 射线波长有相同数量级，故由不同原子散射的 X 射线相互干 涉，在某些特殊方向上产生强 X 射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构 密切相关，就是 X 射线衍射的基本原理。物质的每种晶体结构都有自己独特的 X 射线衍射 图，而且不会因为与其他物质混合在一起而发生变化，这就是 X 射线衍射法进行物相分析 的依据[1]。
1. 样品预处理 将合成的样品洗涤，过滤烘干后，置于盛有氯化钠饱和水溶液的干燥器中，将干燥器放
置在 35℃恒温水浴中 24h，取出。 2. XRD 测试步骤 1. 制样 ① 取少量待测样品，用玛瑙研钵研细。 ② 取少量研细的待测样品于特制的玻璃或塑料样品皿中，用特制的玻璃片压平。 2. XRD 扫描 ① 打开 XRD 衍射仪的玻璃门，选用合适的光栅（1mmNi），将装有待测样品的玻璃或塑料
不同物相的多晶衍射谱，在衍射峰的数量、2θ 位置及强度上总有一些不同，具有物相 特征。几个物相的混合物的衍射谱是各物相多晶衍射谱的权重叠加，因而将混合物的衍射 谱 与各种单一物相的标准衍射谱进行匹配，可以解析出混合物的各组成相。一个衍射谱可 以用 一张实际谱图来表示，也可以与各衍射峰对应的一组晶面间距值和相对强度来表示。 因而这 种匹配可以是和图谱对比，也可是将他们的各晶面间距值, 相对强度进行对比。这 种匹配解
采用垂直测角器，样品托可平放，因此可对少量样品进行测试。 3. 性能指标
扫描方式：/ 测角仪； 可读最小步长：0.0001°； 角度重现性：0.0001°； 最大扫描速度：1500°/min； 环境要求：室内温度：19℃ ～ 25℃，相对湿度：≤70％。
4. D8 ADVANCE X 射线粉末衍射仪分析 A 型分子筛
一参造系，表征的结果才有意义。
参考文献
[1]徐如人, 庞文琴, 于吉红等. 分子筛与多孔材料化学[M]. 北京：科学出版社, 2004.
3
样品皿平放在样品台上，锁紧，关好玻璃门。
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学海无涯
② 在电脑上打开分析软件，设置好扫描角度，步长和扫描速度（A 型分子筛一般扫广角 5~60°，步长 0.05°，扫描速度 0.2 步/秒）后，点击 open，点击data collection，则仪器开 始检测，分析软件同步进行数据采集。
③ 扫描结束后，点击close，此时可以打开仪器玻璃门，取下样品皿，保存采集的数据，便 于后续分析处理。
4.3 注意事项： ①. 重点实验室的仪器除了上述步骤，不得自行开关，擅改参数，室内空调温度不得随便改
动，出现故障，需请专门的老师来维修处理。 ②. 确保仪器的安全玻璃门关上才能开始测定，X 射线对人的生理有很大伤害。 ③. 制样时要确保样品研细均匀，制好后的样品表面平整光滑，否则表征数据不够精确。 ④. A 型分子筛具有一定的水吸附能力，对表征结果有一定影响，在表征前需吸水饱和，统
3. Bruker D8 ADVANCE X 射线粉末衍射仪
1. 基本功能 由封闭管 X 射线光源、广角测角仪、PSD 检测器以及用于控制仪器和处理数据的计算
机所组成。样品（一般需要 20～100 mg）通常为粉末，利用粉末样品对 X 射线的衍射效应， 记录和分析X 射线衍射谱图，可以对样品进行物相定性和定量分析，测定精确的晶胞参数、 简单晶体的晶体结构、样品的结晶度、微晶的粒度、样品中的宏观和微观应力、织构等。 2.RD 分析应用主要有以下几个方面：
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
等效点系的测定
晶体结构分析
晶粒粒度测定 晶体定向 宏观应力分析
晶体对称性（空间群）的测定 点阵常数（晶胞参数）测定
我们采用XRD 表征主要应用于 A 型分子筛的物相分析，故简单介绍物相的定性和定量 分析。. 2.1 物相组成的定性分析
1
学海无涯
析可以用计算机自动进行，也可用人工进行。 2.2 定量相分析
对一些特定的体系，可应用下列国标规定的方法进行：GB/T 5225-85，GB/T 8359-87， GB/T 8362-87。对不同的分析体系应选用合适的分析方法，如外标法、参考强度比法、增量 法、无标法等。其它合适的方法亦可以使用。使用时还应查阅这些方法的最新发展，探讨使 用他们的可能性。

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