MDI-Jade最整教程(XRD分析)

MDIJade前言►X射线衍射技术在材料、化工、物理、矿物、地质等学科越来越受到重视，由于现代X射线衍射实验技术的不断完善、数据处理的自动化程度越来越高，受到研究者的欢迎。►本节课的目的，掌握数据处理能力和对现代衍射仪实验方法的理解和运用能力。►由于Jade版本不同，操作界面也有不同，某些功能在低版本中无法看到，而低版本中的某些功能在高版本中有的已经被删除。►只介绍同学们在以后的科研工作中经常用到的部分，一些需要其他附件辅助完成的作原理介绍。Jade软件的用处►物相检索►计算物质质量分数►计算结晶化程度►计算晶粒大小及微观应变►计算点阵常数►计算残余应力►……打开Jade►在开始菜单或桌面上找到“MDIJade”图标，双击，一个简单的启动页面过后，就进入到Jade的主窗口。打开Jade读入文件►显示读入文件对话框：选择菜单“File|Patterns...”打开一个读入文件的对话框。读入文件►无法找到文件格式读入文件►读入文件的参数设置：Jade可读取的数据类型很多，如：MDIASCiiPatternFiles(*.mdi)：JADE的默认数据格式，也是一种通用的纯文本格式，被很多其它软件所使用。RINT-2000Binarypatternfiles(*.raw)：日本理学仪器数据二进制格式。Jadeimportasciipatternfiles(*.TXT)：通用文本格式，这种格式的文件可由Jade产生，也可读入到Jade中。读入文件读入文件►在文件名上双击或者单击文件名后鼠标左键单击“Read”，这个文件就被“读入”到主窗口并显示出来。►文件的读入方式有两种：一种是读入，另一种是添加。（1）Read：读入单个文件或同时读入多个选中的文件。读入时，原来显示在主窗口中的图谱被清除；（2）Add：增加文件显示。如果主窗口中已显示了一个或多个谱，为了不被新添加的文件清除，使用增加的方式读入文件。读入文件读入文件基本功能操作►File菜单：在这一菜单中，主要命令包括读入数据文件的两种方式Patterns和Thumbnail。另一个特别有用的命令是Save。这个命令具有下级菜单，其中主要的是：Save-PrimaryPatternas*.txt：将当前窗口中显示的图谱数据以文本格式（*.txt）保存，以方便用其它作图软件如Origin作图和作其它处理。►注意：（1）该命令保存的是窗口中显示的图谱，如果窗口中显示的是某一个图谱的一部分，那么，保存的只有那么一部分。保存前注意设置显示为FullRange(View-ZoomWindow菜单)。►（2）如果保存前作过平滑处理（smooth），则保存的数据为平滑后的数据而非原始数据。基本功能操作基本功能操作►Edit菜单：Preferences命令：在这里可以设置显示、仪器、报告和个性化的参数。►这里特别要提一下的是关于仪器半高宽曲线的设置，在计算晶粒尺寸和微观应变时都要用到这一个参数，即仪器固有的半高宽。Jade的做法是测量一个无应变和晶粒细化的标准样品，绘出它的半高宽-衍射角曲线，保存下来，以后在计算晶粒尺寸时，软件自动扣除仪器宽度。关于半高宽曲线的作法，在“仪器半高宽补正曲线”一节作详细介绍。►Display-KeepPDFoverlaysforNewPatternFile:保存前一图谱的物相检索结果到下一个打开的文件窗口，可减少同批样品物相检索的工作量。►Report-EstimateCrystalliteSizefromFWHMValues:在划峰（计算峰面积）时显示晶粒尺寸。►PDF菜单：PDF-Setup命令：这个命令的作用是导入ICDDPDF卡片索引。在拥有一个MDIJade软件的同时，你必须拥有一套ICDDPDF卡片库。在Jade作物相检索前，必须导入ICDDPDF卡片索引。这个命令打开PDF-Setup对话框，建立PDF卡片索引。►Options菜单：这个菜单中主要的功能有：CellRefinement:晶胞精修，即点阵常数精确测量。在“计算点阵常数”一节中有详细介绍。CalculateStress：残余应力测量，在“残余应力”一节详细介绍。（Jade6以上版本）►View菜单：►这个菜单中主要有Zoomwindow-FullRange和ZoomWindows-DisplayRange命令，前者设置Zoom窗口显示全谱，后者设置该窗口中的显示范围。►Report菜单：这个菜单的作用是显示/打印/保存各种处理后的报告，如寻峰报告，物相检索报告，峰形拟合报告，晶粒尺寸和微观应变计算报告等等。这些报告既可以打印出来，也可以保存为文件，有些报告保存格式为纯文本文件，但有的报告以其它格式保存。报告统一以样品名作为文件名，但不同报告文件的扩展名不同。►说明：Jade5以前的版本在View菜单下►常用工具栏和手动工具栏：把菜单下面总显示在窗口中的工具栏称为常用工具栏，而一个悬挂式的菜单，作为常用工具栏的辅助工具栏称为手动工具栏。寻峰：自动标记衍射峰位置，强度，高度等数据。寻峰后如有误标，需要用手动寻峰方式来删除或添加峰标记。鼠标左键点击某处，增加一个标记，右键单击，删除一个标记。寻峰功能在“寻峰”一节有专门介绍。图谱平滑：测量的曲线一般都因“噪声”而使曲线不光滑，在有些处理后也会出现这种情况，需要将曲线变得光滑一些。数据平滑的原理是将连续多个数据点求和后取平均值来作为数据点的新值。因此，每平滑一次，数据就会失真一次。一般采用9-15点平滑为好。用鼠标右键点击平滑按钮，就会打开平滑参数设置对话框。可选择二次函数拟合或四次函数拟合。一般使用二次拟合。峰形拟合：衍射峰一般都可以用一种“钟罩函数”来表示，拟合的意义就是把测量的衍射曲线表示为一种函数形式。在作“点阵常数精确测量”、“晶粒尺寸和微观应变测量”和“残余应力测量”等工作前都要经过“扣背景”——图形拟合”的步骤。常用工具栏中的拟合命令将全谱拟合，但有时因为窗口中峰太多，计算受阻而不能进行，此时，需要用到手工拟合按钮。拟合方法在“拟合”一节作祥细介绍。扣除背景：背景是由于样品荧光等多种因素引起的，在有些处理前需要作背景扣除，单击“BG”一次，显示一条背景线，如果需要调整背景线的位置，可以用手动工具栏中的“BE”按钮来调整背景线的位置，调整好以后，再次单击“BG”按钮，背景线以下的面积将被扣除。如果鼠标右键单击“BG”按钮，弹出背景线扣除方式设置对话框。在此可选择背景线的线形，线形一般选择CubicSpline。►StripK-alpha2-Ka1/Ka2Ratio2.0：一般X射线衍射都是使用K系辐射，K系辐射中包括了两小系，即Kα和Kβ辐射。二者的波长相差较大，Kβ辐射一般通过“石墨晶体单色器”或“滤波片”被仪器滤掉了，接收到的只有Kα辐射。但是，Kα辐射中又包括两种波长差很小的Kα1和Kα2辐射，它们的强度比一般情况下刚好是2/1，在精确计算点阵常数前必须将Kα2扣除，可以通过扣除背景的功能同时扣除掉Kα2。物相检索：鼠标单击此按钮，开始检索样品中的物相，一般鼠标右键单击此按钮，出现一个对话框，对检索参数进行设置，物相检索在“物相检索”一节中作祥细介绍。PDF卡片查找：操作方法与S/M相似，只是不对图谱进行比较，而是显示满足检索条件的全部物相列表。计算峰面积：选择计算峰面积的按钮，然后在峰的下面选择适当背景位置画一横线，所画横线和峰曲线所组成的部分的面积被显示出来，这一功能同时显示了峰位、峰高、半高宽和晶粒尺寸（需要在Edit-Preferences命令中设置：Report-EstimateCrystalliteSizefromFWHMValues）等数据。画峰时，注意要适当选择好背景位置，一般以两边与背景线能平滑相接为宜。删除峰：在设备用久了以后，或者因为偶然的原因，在图谱中会出现异常的很窄的峰，它们根本不是样品的峰，需要删除掉，此时可以用删除峰的功能，选择该按钮后，在峰下的背景线位置划线，峰被删除。为了科学研究的严肃性，请不要随意使用此功能。手动拟合：有选择性地拟合一个或选定的几个峰，其它未被选定的峰不作处理。单击此按钮，在需要拟合的峰上单击，作出选定，依次选定所有需要拟合的峰后，再次单击此按钮，开始拟合。如果要取消一个峰的拟合，在该峰上用鼠标右键单击。拟合误差：拟合时，窗口中出现一条红线，红线的波动表示误差的大小和出现误差的位置，误差的大小用R表示。基本显示操作►在放大窗口右下角有一组竖列的按钮，它们的作用如图如示：注意：在Jade中，鼠标左键和右键的功能是不同的，左键一般指按先前已设置好的条件执行某种操作，右键则打开一个对话框，进行条件设置，然后再执行操作。但是，在这里，左键和右键的功能是相反的功能。基本显示操作►在寻峰或物相检索完成后，在屏幕的右下角有一横排按钮，它们的主要功能如图所示：PDF卡片索引的建立►在使用JADE开始如物相检索等工作之前，需要有一张PDF2卡片光盘，并将光盘建立索引。►（1）选择菜单PDF-Setup命令，见到索引窗口：►（2）输入PDF2光盘中PDF2.DAT文件所在位置。►（3）选择需要建立索引的PDF2子库，PDF2中共有14万多张卡片，这些卡片按类保存在不同的子库中，最简单的办法就是“SelectAll”。►（4）Go，开始建立索引，建立索引需要大约10分钟的时间。物相检索►物相检索也就是“物相定性分析”。它的基本原理是基于以下三条原则：（1）任何一种物相都有其特征的衍射谱；（2）任何两种物相的衍射谱不可能完全相同；（3）多相样品的衍射峰是各物相的机械叠加。►因此，通过实验测量或理论计算，建立一个“已知物相的卡片库”，将所测样品的图谱与PDF卡片库中的“标准卡片”一一对照，就能检索出样品中的全部物相。►物相检索的步骤包括：（1）给出检索条件：包括检索子库（有机还是无机、矿物还是金属等等）、样品中可能存在的元素等；（2）计算机按照给定的检索条件进行检索，将最可能存在的前100种物相列出一个表；（3）从列表中检定出一定存在的物相。►一般来说，判断一个相是否存在有三个条件：（1）标准卡片中的峰位与测量峰的峰位是否匹配，换句话说，一般情况下标准卡片中出现的峰的位置，样品谱中必须有相应的峰与之对应，即使三条强线对应得非常好，但有另一条较强线位置明显没有出现衍射峰，也不能确定存在该相，但是，当样品存在明显的择优取向时除外，此时需要另外考虑择优取向问题；（2）标准卡片的峰强比与样品峰的峰强比要大致相同，但峰强比仅可作参考。如对于金属块状样品，由于择优取向存在，导致峰强比不一致；（3）检索出来的物相包含的元素在样品中必须存在，如果检索出一个FeO相，但样品中根本不可能存在Fe元素，则即使其它条件完全吻合，也不能确定样品中存在该相，此时可考虑样品中存在与FeO晶体结构大体相同的某相。当然，如果你自己也不能确定样品会不会受Fe污染，你就得去做做元素分析再来了。►对于无机材料和粘土矿物，一般参考“特征峰”来确定物相，而不要求全部峰的对应，因为一种粘土矿物中可能包含的元素也可能不同。►物相检索步骤：►第一轮检索：大海捞针（1）打开一个图谱，不作任何处理，鼠标右键点击“S/M”按钮，打开检索条件设置对话框，去掉“Usechemistryfilter”选项的对号，同时选择多种PDF子库，检索对象选择为主相（S/MFocusonMajorPhases）再点击“OK”按钮，进入“Search/MatchDisplay”窗口。►“Search/MatchDisplay”窗口分为三部分：最上面是全谱显示窗口，可以观察全部PDF卡片的衍射线与测量谱的匹配情况；中间是放大窗口，可观察局部匹配的细节，通过右边的按钮可调整放大窗口的显示范围和放大比例，以便观察得更加清楚；窗口的最下面是检索列表，从上至下列出最可能的100种物相，一般按“FOM”由小到大的顺序排列，FOM是匹配率的倒数，数值越小，表示匹配性越高。►在列表右边的按钮中，上下双向箭头（下方）用来调整