MDI-Jade教程(XRD分析).ppt

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：MDI ASCii Pattern Files(*.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-2000 Binary pattern files(*.raw)：日本理学仪器数据二进制格式。Jade import ascii pattern files(*.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-Primary Pattern as*.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：菜单：Preferences命令：在这里可以设置显示、仪器、命令：在这里可以设置显示、仪器、报告和个性化的参数。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，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，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。即仪器固有的半高宽。JadeJade的做法是测量一个无应变的做法是测量一个无应变和晶粒细化的标准样品，绘出它的半高宽和晶粒细化的标准样品，绘出它的半高宽-衍射角曲衍射角曲线，保存下来，以后在计算晶粒尺寸时，软件自动扣线，保存下来，以后在计算晶粒尺寸时，软件自动扣除仪器宽度。除仪器宽度。关于半高宽曲线的作法，在关于半高宽曲线的作法，在“仪器半高仪器半高宽补正曲线宽补正曲线”一节作详细介绍。一节作详细介绍。Display-Keep PDF overlays for New Pattern File: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-Estimate Crystallite Size from FWHM Values:在划峰（计算峰面积）时显示晶粒尺寸。PDF菜单：PDF-SetupPDF-Setup命令：这个命令的作用是导入命令：这个命令的作用是导入ICDDICDDPDFPDF卡片索引。在拥有一个卡片索引。在拥有一个MDIJadeMDIJade软件的同软件的同时，你必须拥有一套时，你必须拥有一套ICDDPDFICDDPDF卡片库。在卡片库。在JadeJade作物相检索前，必须导入作物相检索前，必须导入ICDDPDFICDDPDF卡片索引。这卡片索引。这个命令打开个命令打开PDF-SetupPDF-Setup对话框，建立对话框，建立PDFPDF卡片索卡片索引。引。Options菜单：这个菜单中主要的功能有：这个菜单中主要的功能有：CellRefinement:CellRefinement:晶胞精修，即点阵常数精确测晶胞精修，即点阵常数精确测量。在量。在“计算点阵常数计算点阵常数”一节中有详细介绍。一节中有详细介绍。CalculateSCalculateStresstress：残余应力测量，在：残余应力测量，在“残余应力残余应力”一节详细介绍。（一节详细介绍。（Jade6Jade6以上版本）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这个菜单的作用是显示/打印打印/保存各种处理后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，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，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，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。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/Ka2Ratio2.0：一般一般X X射线衍射都是使用射线衍射都是使用K K系辐射，系辐射，K K系辐射中包系辐射中包括了两小系，即括了两小系，即KK和和KK辐射。二者的波长相差较辐射。二者的波长相差较大，大，KK辐射一般通过辐射一般通过“石墨晶体单色器石墨晶体单色器”或或“滤滤波片波片”被仪器滤掉了，接收到的只有被仪器滤掉了，接收到的只有KK辐射。但辐射。但是，是，KK辐射中又包括两种波长差很小的辐射中又包括两种波长差很小的K1K1和和K2K2辐射，它们的强度比一般情况下刚好是辐射，它们的强度比一般情况下刚好是2/12/1，在精确计算点阵常数前必须将在精确计算点阵常数前必须将 K2K2扣除，可以通扣除，可以通过扣除背景的功能同时扣除掉过扣除背景的功能同时扣除掉K2K2。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。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 1）任何一种物相都有其特征的衍射谱；）任何一种物相都有其特征的衍射谱；（2 2）任何两种物相的衍射谱不可能完全相同；）任何两种物相的衍射谱不可能完全相同；（3 3）多相样品的衍射峰是各物相的机械叠加。）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 1）打开一个图谱，不作任何处理，鼠标右键）打开一个图谱，不作任何处理，鼠标右键点击点击“S/M”S/M”按钮，打开检索条件设置对话框，按钮，打开检索条件设置对话框，去掉去掉“Use chemistry filter”选项的对号，同选项的对号，同时选择多种时选择多种PDFPDF子库，检索对象选择为主相子库，检索对象选择为主相（S/M Focus on Major Phases）再点击）再点击“OK”OK”按钮，进入按钮，进入“Search/MatchDisplay”Search/MatchDisplay”窗口。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）用来调整标准线的高度，左右双向箭头则可调整标准线的左右位置，这个功能在固溶体合金的物相分析中很有用，因为固溶体的晶胞参数与标准卡片的谱线对比总有偏移（固为固溶原子的半径与溶质原子半径不同，造成晶格畸变）。物相检定完成，关闭这个窗口返回到主窗口中。使用这种方式，一般可检测出主要的物相。第二轮：限定条件的检索限定条件主要是限定样品中存在的限定条件主要是限定样品中存在的“元素元素”或化或化学成分，在学成分，在“Usechemistryfilter”Usechemistryfilter”选项前加上对选项前加上对号，进入到元素周期表对话框。号，进入到元素周期表对话框。将样品中可能存在的元素全部输入，点击将样品中可能存在的元素全部输入，点击“OK”OK”，返回到前一对话框界面，此时可选择检索对象，返回到前一对话框界面，此时可选择检索对象为次要相或微量相（为次要相或微量相（S/MFocusonMinorPhasesS/MFocusonMinorPhases或或 S/MFocusonTracePhasesS/MFocusonTracePhases）。其它下面的操）。其它下面的操作就完全相同了。作就完全相同了。此步骤一般能将剩余相都检索出来。如果检索尚未全部完成，即还有多余的衍射线未检定出相应的相来，可逐步减少元素个数，重复上面的步骤，或按某些元素的组合，尝试一些化合物的存在。如某样品中可能存在Al,Sn,O,Ag等元素，可尝是否存在Sn-O化合物，此时元素限定为Sn和O，暂时去掉其它元素。在化学元素选定时，有三种选择，即“不可能”、“可能”和“一定存在”。“不可能”就是不存在，也就是不选该元素。“可能”就是被检索的物相中可能存在该元素，也可以不存在该元素，如选择了三个元素“Li、Mn、O”三种元素都为“可能”，则在这三种元素的任意组合中去检索。“一定存在”表示了被检索的物相中一定存在该元素，如选定了“Fe”为“一定存在”，而“O”为可能，则检索对象为“Fe”和铁的全部氧化物相。“可能”的标记为蓝色，“一定存在”的标记为绿色。有些情况下，虽然材料中不含非金属元素O、Cl等元素，但由于样品制备过程中可能被氧化或氯化，在多种尝试后尚不能确定物相的情况下，应当考虑加入这些元素，尝试金属盐、酸、碱的存在。第三轮：单峰搜索如果经过前两轮尚有不能检出的物相存在，也就是有个别的小峰未被检索出物相来，那么，此时最有可能成功的就是单峰搜索。单峰搜索：即指定一个未被检索出的峰，在PDF卡片库中搜索在此处出现衍射峰的物相列表，然后从列表中检出物相。方法如下：在主窗口中选择“计算峰面积”按钮，在峰下划出一条底线，该峰被指定，鼠标右键点击“S/M”，此时，检索对象变为灰色不可调（Jade5中显示为“Painted Peaks”）。此时，你可以限定元素或不限定元素，软件会列出在此峰位置出现衍射峰的标准卡片列表。其它操作则无别样。通过以上三轮搜索，99.9%的样品都能检索出全部物相。应当指出，正确地全面地检索物相不但需要熟练地掌握Jade物相检索的方法和技巧，而且，更重要的是需要研究课题方面的专业知识。除此以外，还要不厌其烦地反复尝试各种可能。在物相检索不能完成时，不应当责怪软件的无能，应当先去查阅相关的文献。另外，虽然PDF卡片每年都有更新，目前已超过140000张卡片，但并不是每个物相都一定能从卡片库中找到。这时应当考虑是否有新的物相产生，或者是检索中存在错误的确认。物相检索结果的输出：如果只是想调查有哪些相，保存一张图片就可以如果只是想调查有哪些相，保存一张图片就可以了。了。检索完成后，鼠标右键点击常用工具栏中的检索完成后，鼠标右键点击常用工具栏中的“打打印机印机”按钮，转到按钮，转到“打印预览打印预览”窗口，可保存窗口，可保存/复制复制/打印打印/编辑检索结果。编辑检索结果。如果需要每个峰的角度、强度、半高宽、对应的如果需要每个峰的角度、强度、半高宽、对应的物相等数据，则可以通过菜单物相等数据，则可以通过菜单“Report”Report”来查看、来查看、保存和打印。保存和打印。PDF卡片查找有时，我们的目的不是要从某样品中检索出物相，而是要查找某一张卡片。用到光盘检索功能。输入卡片号：如果知道卡片号，直接在如果知道卡片号，直接在“光盘光盘”右边的文本栏右边的文本栏中输入卡片号，如中输入卡片号，如39-139539-1395，然后，按回车键。，然后，按回车键。下方有一个下方有一个PDFPDF卡片列表组合框，输入的卡片在卡片列表组合框，输入的卡片在框中被加入，点击卡片张数可打开框中被加入，点击卡片张数可打开PDFPDF卡片列表卡片列表来查看。来查看。按成分查找如果需要查找某种化合物，如氧化铁，则鼠标右如果需要查找某种化合物，如氧化铁，则鼠标右键点击键点击“光盘光盘”，出现元素周期表，选定，出现元素周期表，选定FeFe和和O O为为“一定存在一定存在”，再单击，再单击“OK”OK”出现一个列表，出现一个列表，显示了所有显示了所有Fe-OFe-O化合物的物相。化合物的物相。寻峰寻峰就是把图谱中的峰位标定出来，鉴别出图谱的某个起伏是否一个真正的峰。寻峰并不是一开始就要做的。有些操作，如物相鉴定过程中会标定峰位。每一个衍射峰都有许多数据来说明，如峰高、峰面积、半高宽、对应的物相、衍射面指数、由半高宽计算出来的晶粒大小等等。这些数据在一些计算中有用。寻峰单击常用工具栏中的“寻峰”按钮，Jade将按一定的数学计算方法来标定峰。一般来说，是按数学上的“二阶导数”是否为0来确定是否一个峰的存在。因此，只要符合这个条件的峰起伏都会判定为峰，而有些峰因为不是那么精确地符合这个条件，而被漏判。因此，在寻峰之前，一般都作一次“平滑”，以减少误判。另外，在寻峰之后，一定要仔细检查，并用手动工具栏中的“手动寻峰”来增加漏判的峰（鼠标左键在峰下面单击）或清除误判的峰（鼠标右键单击）。寻峰报告寻峰之后，就可以观察和输出寻峰之后，就可以观察和输出“寻峰报告寻峰报告”了。了。选择菜单命令选择菜单命令“Report-Peak Search Report”，会列出报告：，会列出报告：单击“Save”结果保存为“样品名.PID”。这是一个纯文本文件。文件中的积分强度可用于计算相含量。物相鉴定后的峰报告：在物相鉴定后，选择菜单命令“Report-Peak ID(Extended)”，打开峰检索报告。在这个报告里列出了每一个峰的衍射角、面间距、测量的峰强度（峰高）、对应的物相和晶面指数，同时也列出了标准卡片上的衍射角、标准衍射角与测量值之间的差值。单击“Save/Export”报告内容被保存为“.IDE”文件，也是一种纯文本类型的文件。可以用记事本打开。注意每一种物相都有其最大的衍射强度峰（I%=100）。这个峰的积分强度数据（在.IDE文件中），才是使用RIR（K值法）计算相含量的数据。RIR法计算物质质量分数MDIJade具有RIR定量分析的功能，但是，一般都需要另外购买软件模块。在没有这个功能的情况下可以根据以上的思路来解决日常定量分析的问题。操作思路：（1）打开衍射谱文件，准确无误地进行物相鉴定，每一个相都必须鉴定出来（如果存在非晶，将非晶当作一个相来看待）。（2）选择菜单“Report-PeakID(Extended)”，查看峰的物相鉴定报告，将标准卡片上标明为I%=100的峰留下，其余峰都删除，结果保存为“样品名.IDE”文件。（3）选择菜单“Report-PeakSearchReport”，查看峰搜索报告（并不需要经过寻峰过程），并保存。文件名为“样品名.PID”.（4）单击“PDF卡片列表”后的数字。显示物相鉴定过程中产生的PDF卡片列表。样品中包含的物相都列在此表中。单击保存按钮。打开保存对话框。并选择文件类型为“.PDF”。此文件也是纯文本文件类型。文件中保存的是每个相的名称、化学式和RIR值。关于物相定量分析的几个问题第一个问题：为什么不能做物相定量？第一个问题：为什么不能做物相定量？样品往往不是单一物相样品往往不是单一物相,因此因此,人们总想了解其中某种相人们总想了解其中某种相的含量。人们的理解总是认为哪怕只是一种近似的结果的含量。人们的理解总是认为哪怕只是一种近似的结果,也比没有结果要好。也比没有结果要好。为了要说明定量分析的问题为了要说明定量分析的问题,我们先了解一下我们先了解一下,一张一张X X射线射线衍射谱图中包含一些什么信息。这些信息主要有三个方衍射谱图中包含一些什么信息。这些信息主要有三个方面面,也是三个方面的应用：也是三个方面的应用：一是衍射峰的位置。这方面的信息主要用于物相的鉴定、晶胞参一是衍射峰的位置。这方面的信息主要用于物相的鉴定、晶胞参数的精修、残余应力的测量。数的精修、残余应力的测量。二是衍射峰的峰高或者面积二是衍射峰的峰高或者面积,我们称之为强度。这方面的信息主我们称之为强度。这方面的信息主要用于物相的含量、结晶度以及织构的计算。要用于物相的含量、结晶度以及织构的计算。三是衍射峰的形状三是衍射峰的形状,我们称为线形。这方面的信息又包括两个方我们称为线形。这方面的信息又包括两个方面面,其一是衍射峰的宽度其一是衍射峰的宽度,我们可以用来计算晶粒大小和微观应变。我们可以用来计算晶粒大小和微观应变。另一个则是线的形状另一个则是线的形状,主要是指峰形是否对称主要是指峰形是否对称,这方面用来计算位这方面用来计算位错、层错等。错、层错等。不同的实验目的,实验的观察点不同,也就是强调的对象是不同的,如果仅仅为了鉴定物相,一个常规的实验条件就完全可以应付,如果要做晶胞的精修,则需要严格一些的实验条件。如果要做定量分析,我们的强调点是峰的强度。我们为什么能利用衍射谱来做物相的含量分析呢？其原理就是基于物相的含量W与该物相的衍射强度成正比。可以简单地写成W=CI。是物相的质量分数,是该物相的衍射强度。是一个系数,但不是一个常系数。不过,在一定条件下它是一个常数。遗憾的是遗憾的是,这个常数通常不能通过理论计算得出这个常数通常不能通过理论计算得出,而是需要通而是需要通过实验来测量过实验来测量,每当实验条件改变每当实验条件改变(包括样品中的物相种类的包括样品中的物相种类的改变、任一物相含量的改变、观察峰的改变、甚至于物相产改变、任一物相含量的改变、观察峰的改变、甚至于物相产地改变、所用辐射改变、晶粒尺寸改变地改变、所用辐射改变、晶粒尺寸改变)这个系数是变化的。这个系数是变化的。围绕如何想办法得到这个系数围绕如何想办法得到这个系数,历代的科研工作者推导出历代的科研工作者推导出了十几种具体的测量方法了十几种具体的测量方法,而这些方法又是在某种环境下能而这些方法又是在某种环境下能使用在另一种环境下不能使用的。每种方法的不同要求等于使用在另一种环境下不能使用的。每种方法的不同要求等于给实验方法本身加上了一把锁给实验方法本身加上了一把锁,使得人们不能真正好好地、使得人们不能真正好好地、简便地利用它。简便地利用它。这些方法主要包括两方面：这些方法主要包括两方面：一种是需要标样的一种是需要标样的,称为称为“有标法有标法”。也就是说。也就是说,除了要测的样品除了要测的样品,需需要往样品中加入某种纯物质。而这些个纯物质往往是不易求得的。要往样品中加入某种纯物质。而这些个纯物质往往是不易求得的。比如比如,某人在合成一种新物质某人在合成一种新物质,总是发现合成物中有各种各样的杂质总是发现合成物中有各种各样的杂质,他希望计算一下不同条件下这种新物质的含量。实验方法要求他提他希望计算一下不同条件下这种新物质的含量。实验方法要求他提供这种新物质的纯样品。但是供这种新物质的纯样品。但是,得到的纯物质也许与原样品中的该物得到的纯物质也许与原样品中的该物质结构发生某些变化。这样虽然得到了纯物质质结构发生某些变化。这样虽然得到了纯物质,但是但是,由于结构的变由于结构的变化化,使也变了。计算出来的结果还是不准。使也变了。计算出来的结果还是不准。由于有标法很难用由于有标法很难用,因此有人就着手研究因此有人就着手研究“无标无标法法”了。这些方法通过理论计算了。这些方法通过理论计算K,K,或者按某种方或者按某种方法直接比强度。由于晶体结构的复杂性法直接比强度。由于晶体结构的复杂性,理论计理论计算的可能性很小算的可能性很小,目前实用的大概只有目前实用的大概只有“钢中钢中残留奥氏体的测量残留奥氏体的测量”(有国家标准有国家标准)。直接比强度。直接比强度法理论是可行的。但是法理论是可行的。但是,也附加了很多种条件。也附加了很多种条件。比如比如,要测的样品中有两个相要测的样品中有两个相,需要另外提供一个需要另外提供一个也含有这样两个相也含有这样两个相(多一个或少一个都不行多一个或少一个都不行),),含含量又不同于待测样的附加样品。通过理论计算还量又不同于待测样的附加样品。通过理论计算还是可以的。是可以的。说了这些困难说了这些困难,也就是为了说明一个事实也就是为了说明一个事实,为什么一为什么一般实验室在做物相鉴定时说得头头是道般实验室在做物相鉴定时说得头头是道,而你想测物而你想测物相含量时相含量时,他只有两个字回答你：不做！他只有两个字回答你：不做！第二个问题：关于第二个问题：关于K K值的问题值的问题 影响影响K K值的因素有很多。值的因素有很多。首先首先,晶粒大小的影响。比如晶粒大小的影响。比如,纳米晶粒样品和微米级晶粒样品纳米晶粒样品和微米级晶粒样品,K K值会相差十倍。值会相差十倍。其次其次,化学成份的影响。很多物相都不能算做纯物相化学成份的影响。很多物相都不能算做纯物相,比如某种合金比如某种合金的固溶体的固溶体,某种蒙脱石。虽然某种蒙脱石。虽然,他们的晶体结构大体上还是没有变化他们的晶体结构大体上还是没有变化,但它的但它的K K值却变了。据分析值却变了。据分析,不同成分的固溶体不同成分的固溶体,比如比如AlAl中可以溶解一中可以溶解一些其它元素如些其它元素如Zn,MgZn,Mg等等,不同固溶度下的不同固溶度下的AlAl固溶体的固溶体的K K值肯定是不同的。值肯定是不同的。对于合成样品对于合成样品,化学成分的微小差别也会影响化学成分的微小差别也会影响K K值。不同地域的蒙脱值。不同地域的蒙脱石石,其其K K值可以相差很大。值可以相差很大。再次再次,颗粒度。这里不是说晶粒度颗粒度。这里不是说晶粒度,而是说粉末的粒度。也是影响因而是说粉末的粒度。也是影响因素之一。影响素之一。影响K K值的是晶体的结构值的是晶体的结构,原子的占位与掺杂。原子的占位与掺杂。第三个问题：第三个问题：PDFPDF卡片上有好多卡片上有好多RIRRIR值值关于关于K K值值,还有一个很让人困惑的问题。还有一个很让人困惑的问题。PDFPDF卡片从卡片从19381938年由年由J.D.HanawaltJ.D.Hanawalt开始发起制开始发起制作作,至今多少年没有算过至今多少年没有算过,不过不过,今天已有多少卡片倒是大概知道今天已有多少卡片倒是大概知道,26,26万之余。早期制作的卡万之余。早期制作的卡片上没有片上没有RIRRIR值值,最近卡片上一般都标有这个数据。但是最近卡片上一般都标有这个数据。但是,26,26万张卡片并非万张卡片并非2626万种不同的物万种不同的物相。实际的情况是相。实际的情况是,一种物相有多张不同的一种物相有多张不同的PDFPDF卡片与之对应。比如卡片与之对应。比如MgZnMgZn2 2这种物相这种物相,它只它只有一种结构有一种结构,但是但是,对应的卡片有对应的卡片有5 5张之多。除张之多。除2 2张早期的卡片上没有标张早期的卡片上没有标RIRRIR值外值外,另外另外3 3张上张上标有标有3 3个不同的个不同的RIRRIR值。这就是让人困惑的问题。我该选哪张卡片上的数据呢？实际上值。这就是让人困惑的问题。我该选哪张卡片上的数据呢？实际上,它它们的差别不是很大们的差别不是很大,分别是分别是3.41,3.43,3.523.41,3.43,3.52。随便选哪一张上的数据。随便选哪一张上的数据,对计算结果影响都不是对计算结果影响都不是很大很大,因为因为,方法本身就是方法本身就是“半定量半定量”的。的。我们把这我们把这3 3张卡片都找出来张卡片都找出来,查看查看3 3张卡片上的衍射线与我们实测的衍射线对应情况张卡片上的衍射线与我们实测的衍射线对应情况,对对应得最好的应得最好的,包括强度大小匹配和衍射角的对应包括强度大小匹配和衍射角的对应,就是我们要找的。至于为什么会出现这种就是我们要找的。至于为什么会出现这种情况情况,还是因为它们的结构不同。还是因为它们的结构不同。有的卡片数据是实测出来的。有的人测得的数据可靠有的卡片数据是实测出来的。有的人测得的数据可靠(卡片上标记为卡片上标记为*),),有的人测出来有的人测出来的不可靠的不可靠,有的卡片是计算出来的有的卡片是计算出来的(卡片上标记为卡片上标记为C)C)。各人用的计算方法或者测量工具不同。各人用的计算方法或者测量工具不同,当然就会得到不同的结果。也或者各人得到的物相途径不同当然就会得到不同的结果。也或者各人得到的物相途径不同,它们在结构上存在某些微小它们在结构上存在某些微小的差别的差别,当然当然RIRRIR值也会不同。值也会不同。最后最后,说一句说一句,你如果觉得你如果觉得PDFPDF卡片上的卡片上的RIRRIR值不可靠值不可靠,你完全你完全可以自己来测可以自己来测RIRRIR值。假如你有纯样品的话。你可以将其定义为衍射峰的面积之比值。假如你有纯样品的话。你可以将其定义为衍射峰的面积之比,甚至可甚至可以定义为不用最强线的强度比以定义为不用最强线的强度比,而选用次强或再次强线的强度之比而选用次强或再次强线的强度之比(假如样品中物相的最强假如样品中物相的最强线有重叠时线有重叠时,要这么做要这么做)。第四个问题：什么是物相的衍射强度？第四个问题：什么是物相的衍射强度？强度是什么？强度表示为每秒的计数强度是什么？强度表示为每秒的计数(Countpersecond,cps)(Countpersecond,cps)。一个。一个物相总是有多个衍射峰物相总是有多个衍射峰,而且由于衍射角不同、多重因子不同、结构因子而且由于衍射角不同、多重因子不同、结构因子不同等因素不同等因素,一个物相的不同衍射峰的高度是不相同的一个物相的不同衍射峰的高度是不相同的,当然当然,衍射峰的面衍射峰的面积也会不同。一般说一个物相的衍射强度不是指在扫描范围积也会不同。一般说一个物相的衍射强度不是指在扫描范围(2)(2)内全部内全部衍射峰的强度衍射峰的强度,而是指其最高的那个衍射峰的高度或者面积。当用高度来而是指其最高的那个衍射峰的高度或者面积。当用高度来表示衍射强度时表示衍射强度时,可以称为线强度可以称为线强度,而用面积来表示强度时称为积分强度。而用面积来表示强度时称为积分强度。上面的说法仅是常用的方法上面的说法仅是常用的方法,也是也是RIRRIR值定义的方法。值定义的方法。那么那么,能不能有别的方法来定义一个物相的衍射强度呢？当然可以能不能有别的方法来定义一个物相的衍射强度呢？当然可以,比比如如,你想使用某个物相的次强线的高度来作为该物相的衍射强度也未尝不你想使用某个物相的次强线的高度来作为该物相的衍射强度也未尝不可。但是可。但是,有一点你要明白。定量分析的计算式中的有一点你要明白。定量分析的计算式中的RIRRIR值的定义也要跟值的定义也要跟着变着变,不能再使用最强峰的峰高来与刚玉的最强线峰高之比了。不能再使用最强峰的峰高来与刚玉的最强线峰高之比了。能不能用某一个扫描范围内一个物相全部或部分衍射峰的高度能不能用某一个扫描范围内一个物相全部或部分衍射峰的高度(或面或面积积)之和来表示这个物相的衍射强度呢？当然可以之和来表示这个物相的衍射强度呢？当然可以,不过不过,同样地同样地,RIR,RIR值的值的定义也要跟着变。定义也要跟着变。第五个问题第五个问题 到底应当用峰高还是用面积来表示强度呢？到底应当用峰高还是用面积来表示强度呢？前面已经提到前面已经提到,衍射强度的定义与衍射强度的定义与RIRRIR值的定义有差别。因此值的定义有差别。因此,在计算在计算物相的质量分数时到底应当用峰高还是用积分面积来作为衍射强度呢？物相的质量分数时到底应当用峰高还是用积分面积来作为衍射强度呢？如果使用峰高如果使用峰高,则与衍射的积分强度定义相背则与衍射的积分强度定义相背,肯定会带来误差肯定会带来误差,如果使用如果使用积分强度积分强度,又与又与RIRRIR值定义相背。因此值定义相背。因此,不论你使用哪个值来作为强度都不论你使用哪个值来作为强度都会存在较大的误差。会存在较大的误差。现在现在,我们来看看我们来看看,误差到底从哪里出来的。首先误差到底从哪里出来的。首先,衍射峰宽度是衍射衍射峰宽度是衍射角的函数角的函数,不同衍射角的衍射峰宽度是不同的。低角度的衍射峰总是较窄不同衍射角的衍射峰宽度是不同的。低角度的衍射峰总是较窄,但当衍射角较高时但当衍射角较高时,我们看到的衍射峰低而宽。其次我们看到的衍射峰低而宽。其次,不同晶粒尺寸的衍不同晶粒尺寸的衍射峰宽度是不同的。细晶粒物相的衍射峰低而宽射峰宽度是不同的。细晶粒物相的衍射峰低而宽,结晶完好的粗晶粒物相结晶完好的粗晶粒物相的衍射峰锐而窄。还有的衍射峰锐而窄。还有,存在应力的样品存在应力的样品,同样使衍射峰变宽。再有就是同样使衍射峰变宽。再有就是,如果存在微观的缺陷如果存在微观的缺陷,会使衍射峰的线形变化会使衍射峰的线形变化,也会影响面积与峰高的关也会影响面积与峰高的关系。当然系。当然,我们还得提一提结晶度的影响。一些结晶不好的物相我们还得提一提结晶度的影响。一些结晶不好的物相,部分地部分地存在非晶存在非晶,当然会使衍射峰变宽变低。在一些粘土矿物中当然会使衍射峰变宽变低。在一些粘土矿物中,这种现象表现这种现象表现得尤为明显。一个峰如果变宽了得尤为明显。一个峰如果变宽了,势必会使峰变低，以保持衍射峰的面积势必会使峰变低，以保持衍射峰的面积基本不变。从这一点来看基本不变。从这一点来看,如果各物相的