X射线分析.ppt

第3章X—射线分析3.1概述X-射线荧光分析
利用元素内层电子跃迁产生的荧光光谱，应用于元素的定性、定量分析；固体表面薄层成分分析；
X-射线衍射分析
x-ray的波长与物质微观结构中原子、分子间距离相当，可被晶体衍射，可以判断晶体的结构。
电子能谱分析共同点3.1.1、X射线的产生与X射线光谱（2）X射线特征光谱跃迁定则：特征光谱——定性依据
X光管能产生连续x-ray和标识/特征x-ray两种形式的x-ray，X光管受管电压、管电流和靶材料的影响，一般情况下：
对于连续x-ray：
管压越高，产生的x-ray的波长范围越大，强度越高；
管电流对x-ray范围影响不大，管电流越大，强度越大；
当管压、管电流不变时，靶材的原子序数Z越大，强度越大。
对于标识x-ray：波长只与原子序数有关（即靶材料），与管压无关，但其强度与之有关。
实际上连续x-ray与标识x-ray是叠加在一起的，如果需要标识x-ray，用色散元件将其分出来。3.1.2、X射线的吸收、散射与衍射X射线的吸收元素的X射线吸收光谱2.X射线的散射（2）非相干散射3.X射线的衍射Bragg衍射方程及其作用3.1.3.x-ray与物质的相互作用
常用于分析的x-ray与物质的相互作用有：
1x-ray对物质有很强的透穿能力，医疗x-ray无损探伤（焊口，压力容器）x-ray断层扫描
2x-ray的波长与物质微观结构中原子、分子间距离相当，可被晶体衍射，可以判断晶体的结构。XRD
3x-ray能量较大，能使原子内层电子激发，可用于成分分析，如x-ray荧光光谱XRF3.2x射线衍射分析（XRD）
3.2.1.基本原理
晶体中的原子或分子处于有序排列状态，可以作为一个优良的衍射光栅，
当与晶体中原子，分子距离相当的x-ray投射到晶体上时，电子受迫振动产生相干散射，
各晶格点上的原子的电子散射波相互干涉形成了散射，
晶体中各原子呈的周期性排列，因而各晶格点上的散射波也存在固定位相关系而产生干涉作用，即形成衍射波晶体对x-ray的衍射是晶体内各原子相于散射波叠加的结果，晶体结构与空间衍射线的空间方向的关系—布拉格方程式，
当x-ray以某些角度θ入射到某一晶体时，得到的衍射线，而以其它角度入射时，则无衍射线。入射角度与晶体结构有确定的关系，
如晶体上，只有当
入射角＝15°和32°时，才有衍射线。
布拉格方程式：
式中，d—晶面间距离；θ—入射角/布拉格角；λ—特征x-ray的波长；n—衍射级数，取正整数（n=1.2.3）。3.2.2.粉末衍射法（多晶体衍射法）
粉末衍射法是XRD最常用的一种方法，
粉末样品容易制备（1~10µm）
粉末样品最符合多晶样品的条件，没有难以避免的组织结构，可以认为是结构比较完美的晶体
把粉末看作为许多小晶体的集合，由于数量多、各种取向的晶体的都有，因此可获得该晶体各个晶面的衍射数据。仪器特点衍射仪的主要构成及衍射几何光学布置应用

粉末XRD法的主要应用是进行物相分析。
（1）定性分析
XRD定性分析与光谱分析、化学分析等不同，后者只能测定元素或化合物，而XRD却有鉴定样品中的物相，物相包括纯元素、化合物、固熔体等。例如，不同结构（晶型）的Al2O3有20种左右，但用其它方法无法确定，而XRD却能明确区分。
XRD定性分析的依据是：每种结晶物质都有自己特定的结构参数，包括点阵类型，晶胞大小，晶胞中原子（离子、分子）的数目及质量等等。
而这些参数在XRD衍射数据中却有所反映，不同晶体有着自己特征的衍射特性。
对于单晶体衍射，反映在衍射花样上；对于多晶衍射，衍射线的位置（2θ角）、数目、强度都是该种晶体物质的特征，可作为定性分析的依据。目前，权威性的规范化卡片有“粉末衍射标准联合会”出版的PDF卡片。P88表
例如Nacl晶体的PDF卡片，****
物相定性分析基本步骤：
i制备样品，在规定条件下测定其衍射谱图；
ii确定各衍射线的d值（由布拉格公式计算得到），以及相对强度I/I1；
iii检索PDF卡片（计算机检索）；
iv核对d、I/I1等数据，确定晶体种类。
注意：实验数据与卡片相比可能会有一定偏差，这可能是样品纯度、实验误差等因素造成的。未知物衍射数据d第1部分37过程分析：由已知条件可知，反应体系为Al-TiO2，由热力学知识可知，该体系进行的热爆反应为强放热反应，反应的可能产物为Al2O3和金属间化合物AlXTiY，而Al2O3结构有多种如等，但其中最为稳定的为-Al2O3，同时AlXTiY也有多种形式，由热力学分析可知，Al3Ti存在的可能性较大，为此，我们试探地认为反应结果由-Al2O3和Al3Ti两相组成，由字母索引法分别找到-Al2O3和Al3Ti相的PDF卡片，分别对照所测数据，发现所测数据就是由这两个相所