第一篇：南京大学近代物理实验-X射线衍射物的定量物相分析
X射线衍射的定量物相分析
摘要：X射线在晶体中的衍射，实质上是大量原子散射波互相干涉的结果。每种晶体所产生的衍射花样都是其内部原子分布规律的反映。本实验利用自动化X射线衍射仪和专用的数据
分析软件，进行定量物相分析。
关键词：X射线衍射，特征谱，粉末法
一、引言
作为结构研究基础的X射线晶体学已趋成熟，相关繁重计算因计算机的使用而成为可行。它的应用日趋富有成效, 已成为必不可少的工具。材料科学的基础研究和应用基础研究中，功能意识的加强以及对结构与性能联系规律认识的不断提高，人们期望着实现以性能为导向寻找和设计最适宜结构的最佳化合物,并付诸实施。宏观表象转移至微观认识。结构参数信息带来新观念和生产工艺改进，为研制新材料、建立新理论提供依据有着重要的意义和不可限量的前景。多晶X射线衍射样品易得, 样品与实际体系相接近，作为研究物质结构,质量检查的X射线衍射分析技术应用极为广泛。
二、实验原理
三、实验仪器
德国布鲁克公司D8 X射线衍射仪： X射线光源: 3kW封闭靶（陶瓷X光管）；
测角仪: 扫描方式θ/θ联动测角仪，测角仪的样品台水平放置并保持不动，角度重现性达到 0.0001°；
驱动方式：步进马达驱动;最高定位速度：1500°/min狭缝系统：包括索勒狭缝、发散狭缝、防散射狭缝、接受狭缝等；
LynxEye探测器：（1）强度增益比常规的闪烁计数器高150倍，同时具有优秀的分辨率及信噪比；（2）超快的测量速度；（3）良好的低角度测量性能；（4）良好的分辨率；
循环水冷系统:要求连续工作;控温精度≤±2℃;供水流量,满足发生器要求, 进水度可调;过 热保护。
四、实验步骤：
1.按照D8 X射线衍射仪操作规程开机。（1）开总电源。（2）开电脑。
（3）开循环水。
（4）开仪器电源（按绿色按钮，由4灯全亮变成ON和ALARM灯亮）。
（5）开X-ray高压（右侧扳手顺时针向上扳45度保持3~5秒，直到Ready灯亮）。（6）开BIAS（在前盖盘内）。（7）开软件XRD Commander。
2.测量。打开XRD Commander，先初始化（点击两个轴上面的选项Requested，选定两个轴，使Tube为20，Detector为20，点击菜单里的初始化图标进行初始化）。做物相分析在Scantype中选Locked Coupled，并且在Detail中将探测器改为1D。在XRD Commander中选择各参数（起始角、终止角、步长等）开始测量。即可获得一张衍射图谱，将其保存为*.raw文件。对于未知的样品：首先，扫描范围0.10~900，步长大些，快速扫描。然后，参照第前面的谱线，把扫描起始角放在第一个峰前一点，把终止角放在最后一个峰后一点。对于一般定性分析用连续扫描。对于定量分析（例如无标样定量相分析等）对强度要求高，就用步进扫描。3.按照D8 X射线衍射仪操作规程关机。4.数据处理。（1）打开Eva软件。
（2）将待处理的数据文件导入。点击File/Import/Scan调入原始数据文件*.raw进行处理（或点击File/Open调入*.EVA文件进行处理）。3）在ToolBox框内进行数据处理。
i)扣背景：点击Backgnd/点击Default/点击Replace，显示扣背景处理后的数据（也可以点击Backgnd，把门槛threshold改为“0”，上下移动滑块，调整至合适背景，点击“Replace”，显示扣背景处理后的数据）。
ii)删除k：点击Strip k/点击Default/点击Replace，显示处理后的数据（也可以上下移动滑块调整至合适，单击Replace，显示处理后的数据）。
iii)平滑处理：单击Smooth/点击Default/点击Replace，显示处理后的数据（也可以设定需要平滑的参数，左右或上下移动滑块进行调整，合适后单击Replace，显示处理后的数据）。
iv)寻峰：点击Peak Search，设定寻峰参数（门槛threshold与峰宽Width标定，可以上下移动滑块进行调整）。点击“Append to list”标定全谱衍射d值（标定漏峰只需按左键将“↓”拖移至峰顶点击即可，删除峰可点击删除峰与“×”即可），此时数据在peak状态列于框内。（4）选定所有的峰，单击Made DIF生成DIF文件。
（5）物相的定性分析：点击Search/Match。在Search/Match框内选择前三个Quality Marks，选择可能的元素，并选择Pattern，点击Search进行检索/匹配。（先选Toggle All/点击左上角的元素“H”可以将所有的元素变为红色，即肯定没有。/选择肯定有的点成绿色。/选择可能有的点成灰
色。红色肯定没有。）。最后根据列表给出的可能物质通过比较卡片内的谱线和实际测量出谱线的吻合程度来确定组成成分，也就完成了X射线衍射的初步分析工作。
五、数据处理结果
计算机输出的衍射图谱分析结果如下图所示，可以看出该样品含有Mg、Si及O三种元素。
六、思考题
1.为什么衍射仪记录的始终是平行于试样表面的衍射？
答：晶面若不平行于试样表面，尽管也产生衍射，但衍射线进不了探测器，不能被接收。
2.平行表面的晶面有无衍射产生？ 答：有衍射产生。
3.用衍射仪如何区分单晶、多晶和非晶？
答：
1、单晶结构：结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。2.多晶结构：多晶结构薄膜是由若干尺寸大小不等的晶粒所组成。
3、非晶结构（无定形结构或玻璃态结构）：它是一种近程有序结构。就是2～3个原子距离内原子排列是有序的，大于这个距离排列是杂乱无规则的。
因此单晶至多出现一组相关衍射峰，多晶则可能出现不相关的多组衍射峰，由于晶粒取向随机，因此各个峰的指数没什么规律可言。非晶的衍射图谱则是杂乱无章的，没有明显的衍射峰。
参考文献
[1]黄润生，沙振舜，唐涛等，近代物理实验（第二版），南京大学出版社，2008.
第二篇：X射线衍射的定量物相分析
摘要
X射线在晶体中的衍射，实质上是大量原子散射波互相干涉的结果。每种晶体所产生的衍射花样都是其内部原子分布规律的反映。研究X射线衍射，可归结为衍射方向和衍射强度两方面问题。衍射方向由晶胞大小、晶胞类型和位向等因素决定，衍射强度主要与原子类型及其在晶胞中位置有关。本文简单介绍了X射线衍射物相定量分析的基本原理以及几种典型的分析方法，即直接对比法、内标法和外标法。
0、引言
X射线衍射物相定量分析已被广泛应用于材料科学与工程的研究中。X射线衍射物相定量分析有内标法、外标法、绝热法、增量法、无标样法、基本冲洗法和全谱拟合法等常规分析方法。内标法、绝热法和增量法都需要在待测样品中加入参考标相并绘制工作曲线，如果样品含有物相较多，谱线较复杂，再加入参考标相会进一步增加谱线的重叠机会，给定量分析带来困难。无标样法、基本冲洗法和全谱拟合法等分析方法，虽然不需要配制一系列内标标准物质和绘制标准工作曲线，但需要烦琐的数学计算，其实际应用也受到了一定限制。外标法虽然不需要在样品中加入参考标相，但需要用纯的待测物质制作工作曲线，这在实际应用中也是极为不便的。
1、X射线定量物相分析的基本原理
物相分析与化学分析方法不同，化学分析仅仅是获得物质中的元素组分，物相分析则是得到这些元素所构成的物相，而且物相分析还是区分相同物质同素异构体的有效方法。X射线定量物相分析，是在已知物相类别的情况下，通过测量这些物相的积分衍射强度，来测算它们的各自含量。多相材料中某相的含量越多，则它的衍射强度就越高。但由于衍射强度还受其它因素的影响，在利用衍射强度计算物相含量时必须进行适当修正。
定量分析的依据，是物质中各相的衍射强度。设试样是由 n 个相组成的混合物，则其中第 j 相的衍射相对强度可表示为
式中(2μl)-1 对称衍射即入射角等于反射角时的吸收因子，μl 试样平均线吸收系数，V 试样被照射体积，Vc 晶胞体积，P 多重因子，｜F｜
2结构因子，Lp 角因子，e-2M 温度因子。
由于材料中各相的线吸收系数不同，因此当某相 j 的含量改变时，平均线吸收系数μ
l 也随之改变。若第 j 相的体积分数为 fj，并假定试样被照射体积 V 为单位体积，则 j 相被照射的体积为
Vj = V fj = fj
当混合物中j相的含量改变时，强度公式中除fj 及μl 外，其余各项均为常数，它们的乘积定义为强度因子，则第 j 相某根线条的强度 Ij 和强度因子 Cj 分别为
用试样的平均质量吸收系数μ
m 代替平均线吸收系数μl，可以证明
式中 wj 及 ρj 分别是第 j 相的重量分数和质量密度。
当试样中各相均为晶体材料时，体积分数fj和质量分数wj必然满足
这就是定量物相分析的基本公式，通过测量各物相衍射线的相对强度，借助这些公式即可计算出它们的体积分数或质量分数。这里的相对强度是相对积分强度，而不是相对计数强度，对此后面还要说明。
2、X射线定量物相分析的分析方法
X射线定量物相分析，又称定量相分析或定量分析，其常用方法包括直接对比法、内标法以及外标法等。
2.1、直接对比法
直接对比法，也称强度因子计算法。假定试样中共包含j种类型的相，每相各选一根不相重叠的衍射线，以某相(例如假设第1相)的衍射线作为参考。其它相的衍射线强度与参考线强度之比为
Ij / I1 =(Cj fj)/(C1 f1)
可变换为如下等式
如果试样中各相均为晶体材料，则全部体积分数 fj 之和为1，此时不难证明
这就是第 j 相的体积分。
因此，只要确定各物相的强度因子比 C1/Cj 和衍射强度比 Cj /C1，就可以利用上式计算出每一相的体积分数。
直接对比法适用于多相材料，尤其在双相材料定量分析中的应用比较普遍。例如钢中残余奥氏体含量测定，双相黄铜中某相含量测定，钢中氧化物 Fe3O4 以及 Fe2O3 测定等。残余奥氏体含量一直是人们关心的问题。如果钢中只包含奥氏体及铁素体(马氏体)两相，则
式中 fγ 为钢中奥氏体的体积分数，Cγ 及 Cα分别奥氏体和铁素体的强度因子，Iγ 及 Iα 分别奥氏体和铁素体的相对积分衍射强度。
必须指出的是，由于高碳钢试样中的碳化物含量较高，此时实际上已变为铁素体、奥氏体和碳化物的三相材料体系。因此，不能直接利用上式来计算钢材中的奥氏体含量，需要对其进行适当地修正。比较简单的修正方法是公式中分子项减去钢材中碳化物的体积分数 Cc，而分母项保持不变，即奥氏体的体积分数可表示为
至于钢中碳化物的体积分数 Cc，可借助定量金相的方法进行测量，或者利用钢中的含碳量加以估算。2.2、内标法
有时一些物理常数难以获得，无法计算强度因子Cj，也就不能采用直接对比法进行定量物相分析。内标法就是将一定数量的标准物质(内标样品)掺入待测试样中，以这些标准物质的衍射线作为参考，来计算未知试样中各相的含量，这种方法避免了强度因子计算的问题。2.2.1、普通内标法
在包含 n 种相的多相物质中，第j相质量分数为 wj，如果掺入质量分数 ws 的标样，则 j 相的质量分数变为(1-ws)wj，可得到
式中 Ij 为 j 相衍射强度，Is 为内标样品衍射强度。该式表明，ws 一定时，第 j 相含量 wj 只与强度比 Ij /Is 有关，而不受其它物相的影响。利用上式测算第 j 相的含量，必须首先确定常数R 值。
为此，制备不同 j 相含量 wj’ 的已知试样，它们中都掺入相同含量 ws 的标样。
分别测量不同 wj’ 的已知试样衍射强度比
Ij’/Is 利用测得的数据绘制出 Ij’/Is 与 wj’ 直线，这就是所谓的定标曲线，如图所示。采用最小二乘法求得直线斜率，该斜率即为系数 R 值。
然后，方可测量未知试样中 j 相的含量。在待测试样中也掺入与上述相同含量 ws 的标样，并测得 Ij /Is 值及系数 R 来计算待测试样中 j 相的含量 wj 值。需要说明，未知试样与上述已知试样所含标样质量分数 ws 必须相同，在其它方面二者之间并无关系，而且也不必要求两类试样所含物相的种类完全一样。常用的内标样品包括-Al2O3、ZnO、SiO2及Cr2O3等，它们易于作成细粉末，能与其它物质混合均匀，且具有稳定的化学性质。上述内标法的缺点是：首先在绘制定标曲线时需配制多个混合样品，工作较量大。其次由于需要加入恒定含量的标样粉末，所绘制定的定标曲线只能针对同一标样含量的情况，使用时非常不方便。为了克服这些缺点，可采用下面将要介绍的K值内标法。2.2.2、K 值内标法
选择公认的参考物质 c 和纯 j 相物质，将它们按质量 1:1 的比例进行混合，混合物中它们的质量分数为 wj’ = wc’ = 0.5。
令上式中 wj=wc=0.5，此混合物衍射强度比为
式中 Ij’ 为 j 相的衍射强度，Ic’ 为参考物质的衍射强度，Kj 称为 j 相的参比强度或 K 值。K值只与物质的参数有关，而不受各相含量的影响。目前，许多物质的参比强度已经被测出，并以 I/Ic 的标题列入PDF卡片索引中，供人们查找使用。这类数据通常以α-Al2O3为参考物质，并取各自的最强线计算其参比强度。当试样中各相均为晶体材料时，并且各相质量分数 wj 之和为1，此时不难证明
在这种情况下，一旦获得各物相的参比强度K 值，测量出各物相的衍射强度 I，利用上式即可计算出每一相的质量分数。其中各个物相的参比强度为相同参考物质，测量谱线与参比谱线晶面指数也相对应，否则必须对它们进行换算。
由于 K 值法简单可靠，因而应用比较普遍，我国对此也制订了国家标准，从试样制备和测试条件等方面均提出了具体要求。2.2.3、增量内标法
假设多相物质中第 j 相为待测未知相，第1相为参考未知相。如果添加质量分数为Δwj 的纯 j 相物质，则此时第 j 相的含量由 wj 变为(wj+Δwj)/(1+Δwj)，第1相的含量由 w1 变为 w1/(1+Δwj)。可以得到
式中 Ij 为 j 相的衍射强度，I1 为第1相的衍射强度，B 为常数。
分别测量不同 Δwj 试样的衍射强度比 Ij /I1，采用最小二乘法，将测量数据回归为 Ij /I1 与Δwj 的直线，往左下方延长，直至它与横轴相交，此交点横坐标的绝对值即为待测 wj 值，如图。
增量内标法不必掺入其它内标样品，避免了试样与其它样品衍射线重叠的可能，通过增量还可提高被测物相的检测灵敏度。当被测相含量较低或被分析的试样很少时，用此方法效果明显，为了提高准确度，可取多根衍射线来求解。
对于多相物质，仅留一相作为参考相，其余均给予一定的增量，按此方法就能得到全面的定量分析结果。
上述三种内标法，特别适合于粉末试样，而且效果也比较理想。尤其是 K 值内标法，在已知各物相参比强度 K 值的情况下，不需要往待测试样中添加任何物质，根据衍射强度及 K 值计算各物相的含量，因此该方法同样对块体试样适用。2.3、外标法
如果不能实现K值内标法，则块体试样只能采用外标法进行定量分析。下面将根据各相吸收效应差别，分两种情况进行讨论。
2.3.1、各相吸收效应差别不大
当试样中各相的吸收效应接近时，则只需测量试样中待测 j 相的衍射强度并与纯 j 相的同一衍射线的强度对比，即可定出 j 相在试样中的相对含量。若混合物中包含 n 个相，它们的吸收系数及质量密度均接近(例如同素异构物质)，可以证明，试样中 j 相的衍射强度 Ij 与纯 j 相的衍射强度 Ij0 之比为
式中表明，在此情况下第 j 相的体积分数 fj 和质量分数 wj 都等强度比 Ij /Ij0 值。可见，这种方法具有简便易行的优点。
但是，在对试样和纯 j 相进行衍射强度测量时，要求两次的辐照情况及实验参数必须严格一致，否则将直接影响到测量的精度，这是此方法的缺点。2.3.2、各相吸收效应差别较大
各相吸收效应差别较大时，可采用以下的外标方法进行定量分析。选择 n 种与被测试样中相同的纯相，按相同的质量分数将它们混合，作为外标样品。即 w1’: w2’ ….wn’ = 1 其中第1相作为参考相。可以证明，它们的衍射强度比为
对于被测试样，相应的衍射强度比为
各相均为晶体材料，并且各相质量分数 wj 之和为1，可以得到
式中表明，只要测得外标样品的强度比 I1’/Ij’ 和实际试样的强度比 Ij /I1，即可计算出各相的质量分数。此法不需要计算强度因子，不需要制作工作曲线，也不必已知吸收系数。但是，前提是可以得到各个纯相的物质，这是此方法的缺点。
3、结束语
通过本课程的学习，我初步掌握了X射线衍射分析的原理和方法，姜老师上课轻松而不失严谨，使我获益匪浅，在此感谢姜老师的传授和指导！
第三篇：实验2_X射线衍射粉末法多物相定性分析
实验二
X射线衍射定性相分析
一、实验目的与任务
根据衍射图谱或数据，学会物相定性鉴定方法。
二、物相定性分析原理
晶体对X射线的衍射效应是取决于它的晶体结构，不同种类的晶体将给出不同的衍射花样。假如一个样品内包含了几种不同的物相，则各个物相仍然保持各自特征的衍射花样不变。而整个样品的衍射花样则相当于它们的迭合。除非两物相衍射线刚好重迭在一起，二者一般之间不会产生干扰。这就为我们鉴别这些混合物样品中和各个物相提供了可能。关键是如何将这几套衍射线分开。这也是多相分析的难点所在。
三、实验仪器设备
岛津XRD-6000 X射线粉末衍射仪，实验样品，衍射图谱，MDI JADE 5.0(带PDF2004)。
四、多相混合分析方法
多相混合物的衍射图谱鉴定较困难，根据混合物相的具体情况分别对待，将不同物相的衍射线分开，以便较快而准确分析鉴定。
（1）多相分析中若混合物是已知的，无非是通过X射线衍射分析方法进行验证。在实际工作中也能经常遇到这种情况。
（2）若多相混合物是未知且含量相近。则可从每个物相的3条强线考虑：
a.从样品的衍射花样中选择5相对强度最大的线来，显然，在这五条线中至少有三条是肯定属于同一个物相的。因此，若在此五条线中取三条进行组合，则共可得出十组不同的组合。其中至少有一组，其三条线都是属于同一个物相的。当逐组地将每一组数据与哈氏索引中前3条线的数据进行对比，其中必可有一组数据与索引中的某一组数据基本相符。初步确定物相A。
b.找到物相A的相应衍射数据表，如果鉴定无误，则表中所列的数据必定可为实验数据所包含。至此，便已经鉴定出了一个物相。
c.将这部分能核对上的数据，也就是属于第一个物相的数据，从整个实验数据中扣除。d.对所剩下的数据中再找出3条相对强度较强的线，用哈氏索引进比较，找到相对应的物相B，并将剩余的衍射线与物相B的衍射数据进行对比，以最后确定物相B。假若样品是三相混合物，那么，开始时应选出七条最强线，并在此七条线中取三条进行组合，则在其中总会存在有这样一组数据，它的三条线都是属于同一物相的。对该物相作出鉴定之后，把属
于该物相的数据从整个实验数据中除开，其后的工作便变成为一个鉴定两相混合物的工作了。
假如样品是更多相的混合物时，鉴定方法的原理仍然不变，只是在最初需要选取更多的线以供进行组合之用。
五、注意事项
对于多晶混合物衍射图谱分析鉴定时应注意：
（1）低角度线的数据比高角度线的数据重要。这是因为，对于不同晶体来说，低角度线的d值相一致重叠的机会很少，而对于高角度线（即d值小的线），不同晶体间相互重叠机会增多，当使用波长较长的X射线时，将会使得一些d值较小的线不再出现，但低角度线总是存在。样品过细或结晶较差的，会导致高角度线的缺失，所以在对比衍射数据时，应较多地注重低角度线，即d 值大的线。
（2）强线比弱线重要，特别要重视d值大的强线。这是因为强线稳定也较易测得精确；而弱线强度低而不易察觉，判断准确位置也困难，有时还容易缺失。
（3）应重视物相的特征线。物相的特征线即不与其它物相重叠的固有衍射线，在衍射图谱中，这种特征线的出现就标志着混合物中存在着某种物相。有些结构相似的物相，以及许多多型晶体，它们的粉晶衍射数据相互间往往大同小异，只有当某几根线同时存在时，才能肯定它是某个物相。这些线就是所谓的特征线。对于这些物相的鉴定，必须充分重视特征线。
六、实验报告
通过查找与对照JCPDS卡片，每人独立完成2种多晶混合物相鉴定。
第四篇：材料分析基础实验报告之X射线衍射(XRD)物相分析
实验一 X射线衍射仪的结构与测试方法
一、实验目的
1、掌握X射线衍射的基本原理；
2、了解X射线衍射仪的基本结构和操作步骤；
3、掌握X射线衍射分析的样品制备方法；
4、了解X射线的辐射及其防护方法
二、实验原理
根据晶体对X射线的衍射特征－衍射线的位置、强度及数量来鉴定结晶物质之物相的方法，就是X射线物相分析法。
每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体结构。没有任何两种物质，它们的晶胞大小、质点种类及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。当X射线波长与晶体面间距值大致相当时就可以产生衍射。
因此，当X射线被晶体衍射时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，它们的特征可以用各个衍射晶面间距d和衍射线的相对强度I／I1来表征。其中晶面间距d与晶胞的形状和大小有关，相对强度则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。所以任何一种结晶物质的衍射数据d和I／I1是其晶体结构的必然反映，因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相。
三、实验设备
丹东方圆仪器有限公司的D2700型X射线粉末衍射仪一台；玛瑙研体一个；化学药品或实际样品若干（Li4Ti5O12）。
四、实验内容
1、采用玛瑙研体研磨样品，在玻璃样品架上制备一个合格试验样品；
2、选择合适的试验参数，获得XRD图谱一张；
3、理解样品、测试参数与XRD图谱特征的关系。
五、实验步骤
1、开机 1）打开总电源 2）启动计算机
3）将冷却水循环装置的机箱上的开关拨至运行位置，确认冷却水系统运行，水温正常（19-22℃）；
4）按下衍射仪ON绿色按键打开衍射仪主机开关 5）启动高压部分
（a）必须逐渐提升高压，稳定后再提高电流。电压不超过40kV，管电流上限是40mA，一般为30mA。
（b）当超过4天未使用X光管时，必须进行光管的预热。在25kV高压，预热10分钟；30kV，预热5分钟；35kV，预热5分钟。（c）预热结束关机后，至少间隔30分钟以上方可再次开机实验。6）将制备好的样品放入衍射仪样品台上； 7）关好衍射仪门。
2、样品测试
1）在电脑上启动操作程序
2）进入程序界面后，鼠标左键点击“测量”菜单，再点击“样品测量”命令，进入样品测量命令
3）等待仪器自检完成后，设定好右边的控制参数； 4）鼠标左键点击“开始测量”，保存输出文件； 5）此时仪器立即开始采集数据，并在控制界面显示；（a）工作电压与电流：一般设为40kV，40mA；（b）扫描范围：起始角度>5°，终止角度<80°；（c）步进角度：推荐0.02°，一般在0.02—0.06°之间；（d）采样时间：推荐1s，一般0.2—1.0s；（e）测量方式：步进测量；
6）采集数据结束后，开始测量键弹起，数据自动保存在制定的文件里；
7）如需测量下一个样品，则开启衍射仪门，换好样品后，再关闭衍射仪门。从样品测试步骤1开始重复。
3、关机
1）当所有样品测试完成后，点击控制界面退出键； 2）退出高压；
3）待仪器顶部的高压指示灯熄灭后，按下off红色按钮关闭衍射仪 4）5分钟后关闭水循环制冷装置，关闭总电源； 5）关闭电脑
六、实验结果
1、控制参数：步进测量，管电压40kV，管电流30mA，起始角度10°，终止角度80°，步进角度0.03°，采样时间0.2s；符合规范要求。
2、得到的Li4Ti5O12样品的衍射图谱为：
3、上述测量数据可供后续分析得到样品的成分。
七、注意事项
1、样品的粗细对衍射峰的强度有很大的影响，对粉末进行长时间的研磨，使样品的平均粒径在10微米左右，以保证有足够的晶粒参与衍射。
2、在制作样品过程中避免择优取向，制样时尽量轻压。
3、根据研究工作的需要选用不同的测量方式与测量参数，记录的衍射图谱不同，因衍射图谱上必须注明主要的实验参数条件。
4、一定要等待X射线关闸关闭后再打开X射线衍射仪的门，防止受到辐射损伤。实验二 多晶粉末材料的X射线衍射物相定性分析
一、实验目的
1、掌握X射线衍射进行物相定性分析的原理
2、熟悉JCPDS卡片及其检索方法；
3、掌握多相物质进行相分析的方法和步骤。
二、实验原理
1、X射线衍射物相定性分析的原理
每一种结晶物质都有其特定的结构参数，包括点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子的种类、数目及其位置等等，而这些参数在X射线的衍射图谱上均有所反映；
尽管物质的种类有千千万万，但却没有两种衍射花样完全相同的物质，图谱中衍射线的位置所反映的晶面间距及它们的强度(d-I系列)犹如人的指纹一样，是鉴别物相的依据。多相物质的衍射图谱, 是单相物质衍射图的简单叠加，任何物相都不会因其它物相的存在而改变其衍射特征。
2、JCPDS卡片
将已发现物质的衍射数据制成标准卡片，物相定性分析就成为简单的卡片检索与对照工作，一旦试样的衍射数据与标准衍射卡片相符，则其晶体结构和物理性能等便由卡片得知。1969年改由The Joint Committee on Powder Diffraction Standards(JCPDS)出版；称为PDF卡片。
三、实验设备 丹东方圆仪器有限公司的D2700型X射线粉末衍射仪一台；衍射图谱；JCPDS卡片及索引；计算机，装有XRD定性分析软件。
四、实验内容
1、衍射花样测试，已在实验一测试完毕；
2、单物相鉴定实验
首先求出di和Ii/I1；根据待测相的衍射参数，得出三条强线的晶面间距值d1，d2，d3(包括误差）；根据d1值(或d2，d3)，在数值索引中检索适当d组，找出与d1，d2，d3值符合较好的一些卡片；把待测相的三条强线的d值和I/I1值与这些卡片上各物质的三强线d值和I/I1 值相比较，淘汰一些不相符的卡片，最后获得与实验数据一一吻合的卡片，卡片上所示物质即为待测物，鉴定工作完成。
五、结果分析
1、根据实验一的到的实验数据—衍射图谱：
2、通过MDI Jade5软件的PDF检索功能，PDF卡片索引建立后，处理上述数据，进行物相检索，得到以下结果：
可知：物相检索的结果是PDF#49-0207，物相为Li4Ti5O12，晶格常数a=b=c=8.3588A，符合实验，且得到以下详细数据：
六、实验结论
通过MDI Jade5物相检索，与标准PDF卡片对比，确认XRD所测物质为Li4Ti5O12，且晶格常数为8.3588埃，符合实验。
第五篇：实验 ： X射线衍射分析
X射线衍射分析
一:实验目的
(1)概括了解X射线衍射仪的结构及使用。
(2)练习用PDF(ASTN)卡片以及索引，对多相物质进行相分析。二：X射线衍射仪简介
近年来，自动化衍射仪的使用已日趋普遍。传统的衍射仪由X射线发生器、测角仪、记录仪等几部分组成。自动化衍射仪是近年才面世的新产品，它采用微计算机进行程序的自动控制。入射x射线经狭缝照射到多晶试样上，衍射线的单色化可借助于滤波片或单色器。如图1所示，D／max—rc所附带的石墨弯晶单色器的反射效率在28.5％以上。衍射线被探测器(目前使用正比计数器)所接受，电脉冲经放大后进入脉冲高度分析器。操作者在必要时可利用该设备自动画出脉冲高度分布曲线，以便正确选择基线电压与上限电压。信号脉冲可送至数率仪，并在记录仪上画出衍射图。脉冲亦可送人计数器(以往称为定标器)，经微处理机进行寻峰、计算峰积分强度或宽度、扣除背底等处理，并在屏幕上显示或通过打印机将所需的图形或数字输出。D／max—rc衍射仪目前已具有采集衍射资料、处理图形数据、查找管理文件以及自动进行物相定性分析等功能。
图1 D／max—rc工作原理方框图
物相定性分析是X射线衍射分析中最常用的一项测试。D／max—rc衍射仪可自动完成这一过程。首先，仪器按所给定的条件进行衍射数据的自动采集，接着进行寻峰处理并自动启动检索程序。此后系统将进行自动检索匹配，并将检索结果打印输出。
衍射仪法的优点较多：如速度快、强度相对精确、信息量大、精度高、分析简便、试样制备简便等。衍射仪对衍射线强度的测量是利用电子计数管（electronic counter）直接测定的。
这里关键要解决的技术问题是：1.X射线接收装置--计数管；2.衍射强度必须适当加大，为此可以使用板状试样；3.相同的（hkl）镜面也是全方向散射的，所以要聚焦；4.计数管的移动要满足布拉格条件。这些问题的解决关键是由几个机构来实现的：1.X射线测角仪——解决聚焦和测量角度的问题；2.辐射探测仪——解决记录和分析衍射线能量问题。
X射线衍射仪的光学原理图如下：
测角仪是衍射仪的核心部件。(1)样品台S：位于测角仪中心，可以绕O轴旋转，O轴与台面垂直，平板状试样C放置于样品台上，要与O轴重合，误差小于0.1mm；(2)X射线源：X射线源是由X射线管的靶上的线状焦点F发出的，F也垂直于纸面，位于以O为中心的圆周上，与O轴平行；(3)光路布置：发散的X射线由F发出，投射到试样上，衍射线中可以收敛的部分在光阑处形成焦点，然后进入技术管。(4)测角仪台面：狭缝、光阑和计数管固定在测角仪台面上，台面可以绕O轴转动，角位置可以从刻度盘上读出。(5)测量动作：样品台和测角仪台可以分别绕O轴转动，也可以机械连动，机械连动时样品台转过θ角时计数管转动2θ角，这样设计的目的是使X射线在板状试样表面的入射角经常等于反射角，常称这一动作为θ-2θ连动。
X光管产生的特征X射线经准直狭缝以θ角入射到样品表面，其衍射光线由放在与入射x射线成2θ角的探测器测量（强度I）。θ-2θ角可由测角仪连续改变（扫描），测出相应I-θ曲线，从而获得物质结构信息。三：操作规程
由指导老师讲解
四：实验结果
五：实验内容及报告要求
(1)由指导教师在现场介绍X射线衍射仪的构造，进行操作表演，并描画一两个衍射峰。
(2)以2~3人为一组，按事先描绘好的多相物质的衍射图进行物相定性分析。(3)记录所分析的衍射图的测试条件，将实验数据及结果以表格形式列出。
六：思考题
(1)利用X射线进行物相分析是，对试样有什么要求？(2)简要说明X射线衍射一的主要功能。
点击咨询 