X射线衍射仪及物相定性分析-PPT.ppt

回顾－－粉末法成像原理5.1引言5.2X射线衍射仪的原理与结构A.X射线测角仪衍射仪设计的测角方式有两种：
1、光源不动，试样与探测转转动，试样转动θ角，探测器转动2θ，它们保持θ－2θ关系，即为θ－2θ模式。
2、试样不动，与探测转动，光源转动θ角，探测器转动θ，它们保持θ－θ关系，即为θ－θ模式。
衍射仪的特点：
a.测角精度要高，角度重现性一般达到0.0002度，高精度达到0.0001度；
b.样品台，探测器大圆必须同轴；
c.对聚焦光路平板试样的衍射面必须严位于中心轴平面上；B.光路图
测角仪要求与X射线管的线状焦点联接使用，线焦点的长边方向与侧角仪的中心轴平行。X射线管的线焦点F的尺寸—般为(1.5x10)毫米。
为控制X射线的发散度，在测角仪中采用由狭缝光栏与梭拉光阑组成的联合光阑系统，聚焦光路如图中所示。平行光路衍射几何在平行光路衍射时样品表面不平－即不在中心轴平面上C.探测器
（1）闪烁计数器
这种类型计数器是利用X射线激发其种物质产生可见的荧光，这种可见荧光的多少与X射线强度成正比。（2）锂漂移硅检测器
锂漂移硅检测器是一种固体探测器，通常表示为Si(Li)检测器。它也和气体计数器一样，借助于电离效应来检测X射线，但这种电离效应不是发生在气体介质而是发生在固体介质之中。
当一个外来的X射线光子进入之后，它把价带中的部分电子激发到导带，于是在价带中产生一些空穴，在电场的作用下这些电子和空穴都可以形成电流，故把它们称为载流子。在温度和电压一定时，载流子的数目和入射的x射线光子能量成比例。
在半导体中产生一个电子—空穴对所需要的能量等于禁带的宽度，对硅而言，其值为1.14电子伏特。但是在激发的过程中还要有部分能量消耗于晶格振动，因此，在硅中激发一个电子—空穴对实侧的平均能量为3.8电子伏特。一般的X射线光子能量为数千电子伏特，因此，—个X射线光子可激发大量的电子—空穴对，这个过程只要几分之一微秒即可完成。所以，当一个X射线光子进入检测电路时，就产生一个电脉冲，我们可以通过这些电脉冲来检测X射线的能量和强度。锂漂移硅检测器D.衍射图：
当样品探测器进行θ－2θ连动时，探测器记录下X射线的强度，并将X射线的强弱转变成电讯号，记录下每一点的平均强度，这样，衍射仪就能自动记录下来绘成衍射强度随角度变化的情况。即θ－2θ曲线，氧化铝粉的X射线衍射分析（θ－2θ曲线）E.衍射仪工作方式
(1)连续扫描
探测器以一定的速度在选定的角度内进行连续扫描，探测器以测量的平均强度，绘出谱线，特点是快，缺点是不准确，一般工作时，作为参考，以确定衍射仪工作的角度。
(2)步进扫描
探测器以一定的角度间隔逐步移动，强度为积分强度，峰位较准确。
F.峰值的确定
现代衍射仪的测量与计算均由计算机来控制,在出现峰值时，计算机根据一定的规则确定峰位，即2θ角的位置。
确定峰位的方法很多，通常使用切线法，即根据峰的陡度即切线斜率的改变值来确定峰位（峰顶处，改变较大）。当确定为峰值时，就测出其相应的2θ角然后根据布拉格公式，计算出每一个峰所对应的干涉面的d值，并打印在衍射峰上，同时给出对应的峰高度，即衍射强度。据此可进行物相分析。5.3定性物相分析1938年哈那瓦特创立了一套基本的迅速检索方法
其基本原理是：
衍射图线条位置由衍射角2θ决定，而2θ角决定于波长及面间距d值，d值是由物质确定的参数，不随衍射条件的改变而改变，改由d值来代替2θ值就可避免衍射条件的不确定性，即
2θ－－→d
每一个d值对应一个强度，而强度随实验条件的变化而变化，应此用各衍射线的相对强度代替绝对强度
I－－→I/I0
(3)因此随实验因数改变的衍射图，由不随实验条件改变的一组d值-强度数据代替，即：
I---2θ衍射图－－－－→d---I数据
因此，只要以d值及强度数据建立一个标准的卡片库，就可以代替原来的标准衍射花样，将未知物质的衍射图经转换成d-I数据后就可与标准卡片对照来标定物相。
哈那瓦特最初制作了1000种物质的卡片，1941年由美国材料试验协会(AmericanSocieyforTestingMaterials)接管，由美国材料试验协会整理并出版了1300张，所以卡片叫ASTM卡片。
以后许多国家都加入了这项工作，称之为粉末衍射卡片，简称PDF卡片，到1985年已有46000张。叫粉末衍射卡组(PowderDiffractionFile)简称PDF。平均每年增加2000张。
目前由“粉末衍射标准联合会”(JointComunitteeonPowderDiffractionStandards，简称JCPDS)和“国际衍射资料中心”(ICDD)联合出版。较近期的书刊也将卡片称之为JCPDS衍射数据卡片。B.卡片及介绍，见书P68页。
粉末衍射卡片的形式和内容如图1-23