15X射线衍射实验方法.pptx

第一章第一章 X X射线衍射分析射线衍射分析1.1 X射线物理基础1.2 X射线与物质的相互作用1.3 X射线在晶体中的衍射1.4 X射线衍射线的强度1.5 X射线衍射实验方法1.6 X射线衍射物相分析X X射线衍射的方法射线衍射的方法-概述概述 产生衍射的必必要要条条件件是入射X射线的波长和（入射线与反射面的布拉格角）必须符合布拉格方程 的要求。因此，实现衍射的各种方法都是在实验中设法连续地变化连续地变化连续地变化连续地变化波长或角，来满足衍射几何的要求，以达到产生衍射(面间距d不同的各面网族产生的)的目的。X X射线衍射的方法射线衍射的方法-概述概述 衍射方法试样波长衍射角劳埃法单晶变化不变化转晶法单晶变化变化粉晶法粉末多晶不变变化劳埃法劳埃法 劳埃法是应用最早的一种衍射方法，它是用连续X射线投射到不不不不动动动动的单单单单晶晶晶晶体体体体试样上产生衍射的一种实验方法。劳埃法要求所用的连续X射线具有较高的强度，以便在较短的时间内得到清晰的衍射花样。因此，劳埃法一般均选用原子序数较大的钨（Z=74）靶X射线管作辐射源，劳埃法劳埃法实验装置包括光阑、试样架和光阑、试样架和光阑、试样架和光阑、试样架和平平平平 底片匣底片匣底片匣底片匣氯化钠晶体的劳埃相片 旋转单晶法旋转单晶法 旋转单晶法是用单色X射线照射到转动的单晶体上产生衍射的方法。简称旋转法或周转法。采用单单单单晶晶晶晶体体体体样样样样品品品品；入射线为波长固固固固定定定定的的的的标识射线，以固定方向投射到样品上；但工作过程中使样品绕某个确定轴线（通常是垂直于入射线方向的一根轴线）作等角速的旋旋旋旋转转转转。显然，在晶体旋转过程中，各个面网族与入射线间的夹角都各自在一定的范围内连续递变着，亦即乃是可变量，从而在转到某些适当的角的瞬间，便有反射线产生。粉晶法粉晶法 也称粉末法或多晶体法。采用粉末粉末状的多晶体多晶体样品；入射线为波长固定固定的标识射线，以固定固定方向投射到样品上。由于样品中所包含的晶粒数目极为庞大，每mm3内可达109个或更多，而且各晶粒在空间的取向又是杂乱无章的，以致总是存在着这样的机遇可能：对于所有晶粒中任一给定的(hkl)面网族而言，它们与入射线之间的夹角，包含了从090的几乎一切可能的值。这就相当于成了可变量，从而总是可以找到某些晶粒，它们的某个（hkl）面网族与入射线恰好都相交成适当的值，使之能够满足反射条件而产生反射。粉晶照相法粉晶照相法-反射圆维面反射圆维面 现在来进一步分析各晶粒的同一hkl衍射线之方向。假设某一（hkl）面网与入射X射线的交角H K L为，且此H K L值恰好能满足布拉格公式.如果使此面网以入射方向为轴旋转一周，则在此过程中该面网与入射线的交角将始终是H K L。因此，在旋转过程中的任一瞬间该面网所在的位置，也必定能满足布拉格方程。对于另一 面网族,必在样品中找到另一系列晶粒.他们的 面面族与入射夹角 ,恰好满足条件,于是他们的反射线将连成以入射线为轴,张角为4 的反射锥面，以此类推，还可以得出以等网面产生 .的夹角分别为的一系列反射圆锥面。将4180区域称为高角度区。粉晶照相法粉晶照相法-反射圆维面反射圆维面粉晶照相法粉晶照相法-针孔法针孔法 底片垂直于入射线的方向安置.记录在底片上的将是一系列同心圆 粉晶照相法粉晶照相法-德拜德拜-谢乐法谢乐法(Debye-P.Scherrer)如果将长条形底片卷成圆筒，使底片圆筒的轴线与入射线垂直，这样记录衍射线的方法称为德拜-谢乐法，又称德拜法 德拜法德拜法-德拜相机德拜相机 结构结构:圆筒形包壳、试样架、光阑等部分组成。照相底片紧贴在圆筒外壳的内壁，相机的半径等半径。德于底片的曲率拜相机的直径一般为57.3mm或114.6mm。粉晶照相法粉晶照相法-样品制备样品制备 粉末样晶的细度一般要通过250325目（孔每平方厘米）的筛孔(用手试没有颗粒感)。粉末颗粒度不能太大也不能太小,太大(10-3cm)则参加衍射的晶粒数少，会使衍射线条起麻甚至不连续。太细(10-5cm)，会使衍射线条变宽,这些都不利于分析工作。制样的方法一般是把样品均匀地铺在一干净的玻璃板上。取一根玻璃丝，在玻璃丝上涂一薄层胶水或粘合剂，然后在粉末中滚动，这样就制成了粗细均匀的圆柱试样。德拜法德拜法-底片的安装底片的安装 德拜相机条用长条底片,其安装方式可分以下几种:正装法正装法 反装法反装法 不对称装法不对称装法 底片的安装底片的安装-正装法正装法 底片中心有一个孔，是安放光阑的位置，圆筒底片的开口在承光管的两侧。2从底片中心向两侧逐渐增加。这种装底片方法常用于物相分析等工作。底片的安装底片的安装-反装法反装法 底片中心是安放承光管的位置，圆筒底片的开口在光阑的两侧，衍射角2从底片中心向两侧逐渐减小，这种装底片方法常用点阵常数的测定。底片的安装底片的安装-不对称安装法不对称安装法 底片上有两个孔，分别为安放光阑和承光管的位置，圆筒底片的开口在承光管和光阑之间。这种安装底片的方法可以直接由底片上测算出圆筒底片的曲率半径。因此，可校正由于底片收缩、试样偏心以及相机半径不准确所产生的误差。这种装底片的方法较适用于点阵常数的精确测定。衍射花样的测量和计算衍射花样的测量和计算衍射花样的测量和计算德拜法衍射花样的测量主要是测量衍射线条的 相对位置和相对强度 然后，再计算出：角和晶面间距dHKL 衍射花样的测量和计算衍射花样的测量和计算1衍射花样的测量和计算衍射花样的测量和计算2粉晶衍射仪法粉晶衍射仪法 德拜粉晶照相技术 曝光时间一般长长长长达几小时达几小时达几小时达几小时，而且制样，装底片，冲洗底片等都很麻烦，很麻烦，很麻烦，很麻烦，工作效率很低。聚焦法虽然缩小了曝光时间，但所得的线条有限。粉晶衍射仪法粉晶衍射仪法 使一束平行的单色X射线垂直投射到一根粉晶样品柱上，则将产生一组以入射线为轴的同轴反射圆锥面族。假定此时不用底片记录，而是使一个辐射探测器处在相当于圆筒形底片的位置上，绕样品柱旋转，那么就可以依次测定各个反射圆锥角的2角及衍射强度。粉晶衍射仪法粉晶衍射仪法X光衍射仪的主要组成部分是:X X X X光机、测角仪、光机、测角仪、光机、测角仪、光机、测角仪、探测器、记录器和操纵系统。探测器、记录器和操纵系统。探测器、记录器和操纵系统。探测器、记录器和操纵系统。现代电子学、集成电路、电子计算机等先进技术进一步与X射线衍射仪结合，使X射线衍射仪向强光源、高稳定、高分辨、多功能、全自动的联合组机方向发展，可以自动地给出大多数衍射实验工作的结果。粉晶衍射仪法粉晶衍射仪法-测角仪测角仪 装在转盘中心的为试样P；焦点S处发出发散的X-射线；入射光阑系统 DS限制入射X-射线的发散度；衍射线经接收光阑系统RS进入计数器C；试样绕测角仪中心轴转动，不断地改变入射线与试样表面的夹角；计数器沿测角仪圆运动，接收各衍射角2所对应的衍射强度。测角仪的聚焦原理X射线管的焦点F，计数器的接收狭缝G和试样表面位于同一聚圆焦上，因此可以使由F点射出的发散束经试样衍射后的衍射束在G点聚焦 测角仪的光学布置测角仪上的狭逢系统由图33所示，其中S1和S2为索拉(Soller)狭逢，它由一层层等间距的金属箔片构成，以减少X光入射线和衍射线的重直发散度。典型的衍射图典型的衍射图 钨粉的衍射图样探测器探测器-正比计数管利用X光对气体(90%Ar+10%CH4)的电离作用产生电脉冲而记录X光。探测器探测器-闪烁探测器 利用X光与NaI(Tl)晶体的作用产生可见光，再由光敏阴极产生电子，并通过光电倍增管放大电子数目，形成电脉冲而记录X光。