仪器分析实验 X射线衍射物相分析.pdf

仪器分析实验 X 射线衍射物相分析 2015 年 3 月 24 日 X 射线衍射物相分析 开课实验室：环境资源楼105 【实验目的】 （1）了解Philips 射线衍射仪的基本结构和工作原理； （2 ）基本掌握样品测试过程； （3 ）掌握利用衍射图进行物相分析的方法。 【基本原理】 • 原理概述 ：晶体晶面间距约为 10-10m 量级，与 X 射线波长范围（0.1-10 埃）相符合，因此X 射线在遇到晶 体时，可能发生衍射现象，从而推测出其结构信息； • X 射线与特征 （或标识）X 射线 ： X 射线是一种波长很短的电磁波，穿透能力强；在用电子束轰击金属靶，如铜，产生的 X 射线中，包含与 靶中各种元素对应的具有特定波长的 X 射线。对铜靶来说，其中包含 Kα1、Kα2 及 Kβ 三种特征 X 射线； • X 射线衍射 ：将具有一定波长的 X 射线照射到结晶性物质上时，X 射线因在结晶内遇到规则排列的原子或 离子而发生散射，散射的 X 射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现 象。但并不是所有情况下 X 射线都发生衍射，其必须满足的条件是布拉格方程： 2d sin θ=nλ 即当 λ 确定且 n=1 （一次衍射）时，则只有当θ 角满足： θ=arcsin 时才可发生衍射。故根据布拉格方程，通过合理地转动样品、X 光管和接收器，调整 θ 角，扫一张谱图， 则可以得到这一晶体样品的结构信息； • 晶体 X 射线衍射图谱 ：由于每种晶体其 X 光衍射都有一组特定的 d 值，粉末线的分布是一定的；每种晶体 内原子排列也是一定的，因此衍射线的相对强度也是一定的，每一个晶体都有一套特征的粉末衍射数据 d-I 值，并可把它作为定性鉴定物质和物相的依据。对晶体微观结构精细的形象变换，每种晶体结构与其 X 射 线衍射图之间有着一一对应的关系，任何一种晶态物质都有自己独特的 X 射线衍射图，而且不会因为与其 它物质混合在一起而发生变化，是 X 射线衍射法进行物相分析的依据。规模最庞大的多晶衍射数据库是由 JCPDS 编篡的《粉末衍射卡片集》（PDF ）。 • 粉末衍射卡片索引 ： 包括：粉末衍射卡片哈氏索引（Hanawalt ），芬克索引（Fink Index ）和戴维字母索引（Alphabetical Index ）； 1、 哈氏数值索引：每一种的数据在索引中占一横行，依次有：八条强谱线晶面间距数值，化学式卡片顺序 号，查阅时把晶体面间距按衍射峰强弱排列成 d1,d2,d3，找到 d1 再找 d2 值，一直顺序找到第八值， 从而可查的对应八强线的卡片顺序号，但也可用前三强的 d 值，按下列排列方式查找：d1d2d3,d2d3d1, d3d1d2,在哈氏数值索引中出现三次； 2 、 芬克索引：也属于数值索引，不过它是以每种物质的八条强线晶面间距 d 作为该物质特征，芬克索引的 编制是按各种物质八条强线中第一个 d 值的递减次序划分成组。每一小组内再按第二个 d 值的递减次序 排列。编制索引时，每钟物质的八条强线晶面间距循环排列即 d1d2d3d4d5d6d7d8,d2d3d4d5d6d7d8d1 等 顺序出现八次； 3、 戴维无机字母索引：以英文名称的字母顺序排列的。依次有该物质的英文名称，化学式，三条强线晶面 间距，卡片顺序号。根据英文名称便可应用戴维字母索引。 • 多相分析：本次试验测量为多相分析，多种物相分析较单物相分析复杂。因为这需要一个相一个相的鉴定。 而且被测衍射花样的三强线不一定属于同一个相。要想找到某个相的三强线必须排列组合多次尝试。当检索 出一个相后，要将除出已鉴定相之外的剩余衍射线的强度重新进行归一化处理，即在剩余衍射线中重新用其 中的最强线峰高去除剩余衍射线的峰高强度，得到重新归一化的相对强度。然后在新的基础上，再作三强线