X射线衍射图谱分析——介绍

x射线晶体衍射及分析姜英昭一、衍射方法X射线衍射X-raydiffraction电子衍射electrondiffraction中子衍射neutrondiffraction同步辐射synchrotronradiation粉末照相法粉末衍射仪法单晶体衍射方法照相法四圆衍射仪法多晶体衍射方法劳厄法转晶法魏森堡法……X射线是由高速移动的电子（或离子）在阳极骤然停止运动，一部分能量转化成热能，另一部分能量转化为X射线光量子而产生的三、X射线与物质相互作用二、X射线产生1、X射线射入晶体将引起晶体中原子的电子振动，振动的电子发出X射线————次生X射线（相干散射）2、次生X射线与入射X射线波长相同3、单一原子的次生X射线强度较小，周期性重复原子产生的次生X射线会发生干涉现象4、某些方向上光程差等于波长的整数倍时，次生X射线才可以叠加形成衍射线四、X射线衍射概念：五、X射线衍射方法布拉格定律：2dsinθ=nλ（1）粉晶照相法——徳拜粉晶衍射相机（2）平面探测器粉晶衍射仪六、X射线衍射仪组成：带有稳压稳流装置的X射线发生器精密的测角仪系统控制及数据处理系统（利用单色器得到特征X射线）X射线物相分析晶胞参数的确定晶粒尺寸的计算结晶度的测量晶粒取向测定……七、数据分析方法X射线物相分析物相定性分析：确定物质（材料）由哪些相组成一是确定材料的组成元素及其含量—成份分析二是确定这些元素的存在状态，即是什么物相—物相分析物相定量分析：确定各组成相的含量方法：经典：与PDF标准卡片对照现代：计算机检索成分分析：C元素物相分析：石墨、金刚石、C60定量分析的程序（衍射仪法）①粉末衍射图谱的获得②d值的测量：2θ→d2dsinθ=nλ③相对强度的测量各衍射线的峰高比——最强线为100④查阅索引⑤核对卡片1、晶体不同晶面“反射”衍射强度不同,测得的衍射线强度是一组晶面（hkl）反射的X射线总量，即积分强度。2、入射X射线不是严格平行而是有一定散度的光束，晶体也非严整的格子，一组晶面反射的X射线是在θ附近一个小的角度范围内1横坐标：衍射角2θ单位°2纵坐标：强度标值I单位cps(记数/秒)3峰顶标值：网面间距d单位埃4基线：BL5衍射强度：去背景后的峰高h单位cps可用相对强度峰值最大为1006半高宽：峰高的1/2宽度（表示某些晶体的结晶度）单位°7、背景B：基线与横坐标之间的距离8、峰背比h/B)sin()sin()2(sin)(sin21212121MMhMhMkaMMo钼靶X射线特征谱K线系（最内层以外各层电子跃迁到内层）中波长最长、强度最大的谱线注：寻峰测量网面间距时，由于X射线的吸收问题使衍射线向高角度偏离，在低角度区域比较明显，可与标样校正曲线（石英NaCl)校正k3•间接方法；直接测量某一衍射线的θ角，然后通过晶面间距公式、布拉格公式计算出晶格常数。•以立方晶体为例，其晶面间距公式为：••根据布拉格方程2dsinθ=λ，则有：•222adHKL二、晶胞参数测定方法222sinHKLa2（钙钛矿结构材料——锶钛矿）衍射仪给出的数据：晶面指数、衍射峰的峰位、相对衍射强度（最大值100）三、晶粒尺寸测定Dhkl是垂直于（hkl）面方向的晶粒尺寸（单位为Å）；λ为所用X射线波长；β是由于晶粒细化引起的衍射峰（khl）的宽化（单位是Rad）；K为一常数。若β为衍射峰的半高宽，则K=0.89，若β取衍射峰的积分宽度，则K=1。适用范围：晶粒尺寸为10~1000Å。中子衍射①X射线是与电子相互作用，因而它在原子上的散射强度与原子序数成正比，而中子是与原子核相互作用，它在不同原子核上的散射强度不是随值单调变化的函数，这样，中子就特别适合于确定点阵中轻元素的位置(X射线灵敏度不足)和值邻近元素的位置（X射线不易分辨）；②对同一元素，中子能区别不同的同位素，这使得中子衍射在某些方面，特别在利用氢-氘的差别来标记、研究有机分子方面有其特殊的优越性；③中子具有磁矩，能与原子磁矩相互作用而产生中子特有的磁衍射，通过磁衍射的分析可以定出磁性材料点阵中磁性原子的磁矩大小和取向，因而中子衍射是研究磁结构的极为重要的手段；④一般说来中子比X射线具有高得多的穿透性，因而也更适用于需用厚容器的高低温、高压等条件下的结构研究。中子衍射的主要缺点是需要特殊的强中子源，并且由于源强不足而常需较大的样品和较长的数据收集时间。