工學(xué)X射線物相分析ppt課件.ppt

X射線物相分析 1 2 X射線物相分析 利用X射線衍射的方法對(duì)試樣中由各種元素形成的具有確定結(jié)構(gòu)的化合物 物相 進(jìn)行定性和定量分析 X射線物相分析給出的結(jié)果 不是試樣的化學(xué)成分 而是由各種元素組成的具有固定結(jié)構(gòu)的物相 3 定性相分析 1 基本原理2 PDF卡片3 PDF卡片索引4 分析方法5 計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索 4 基本原理 任何一種結(jié)晶物質(zhì)都具有特定的晶體結(jié)構(gòu) 在一定波長(zhǎng)的X射線照射下 每種晶體物質(zhì)都給出自己特有的衍射花樣 每一種晶體物質(zhì)和它的衍射花樣都是一一對(duì)應(yīng)的 多相試樣的衍射花樣是由它和所含物質(zhì)的衍射花樣機(jī)械疊加而成 定性相分析的判據(jù) 5 定性相分析的判據(jù) 通常用d 晶面間距表征衍射線位置 和I 衍射線相對(duì)強(qiáng)度 的數(shù)據(jù)代表衍射花樣 用d I數(shù)據(jù)作為定性相分析的基本判據(jù) 定性相分析方法是將由試樣測(cè)得的d I數(shù)據(jù)組與已知結(jié)構(gòu)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)d I數(shù)據(jù)組 PDF卡片 進(jìn)行對(duì)比 以鑒定出試樣中存在的物相 6 PDF卡片 1 PDF卡片簡(jiǎn)介 2 PDF試樣圖 3 PDF試樣結(jié)構(gòu)圖 4 PDF卡片內(nèi)容 7 PDF卡片簡(jiǎn)介 J D Hanawalt等人于1938年首先發(fā)起 以d I數(shù)據(jù)組代替衍射花樣 制備衍射數(shù)據(jù)卡片的工作 1942年 美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì) ASTM 出版約1300張衍射數(shù)據(jù)卡片 ASTM卡片 1969年成立了 粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì) 由它負(fù)責(zé)編輯和出版粉末衍射卡片 稱(chēng)為PDF卡片 現(xiàn)在由ICDD InternationalCenterforDiffractionData PDF 1 d IPDF 2 cardPDF 3 pattern 8 PDF卡片的內(nèi)容 1 1 1a 1b 1c 三個(gè)位置上的數(shù)據(jù)是衍射花樣中前反射區(qū) 2 90 中三條最強(qiáng)衍射線對(duì)應(yīng)的面間距 1d位置上的數(shù)據(jù)是最大面間距 2 2a 2b 2c 2d 分別為上述各衍射線的相對(duì)強(qiáng)度 其中最強(qiáng)線的強(qiáng)度為100 9 PDF卡片的內(nèi)容 2 3 實(shí)驗(yàn)條件 Rad 輻射種類(lèi) 如CuK 波長(zhǎng) Filter 濾波片 Dia 相機(jī)直徑 Cutoff 相機(jī)或測(cè)角儀能測(cè)得的最大面間距 Coll 光闌尺寸 I I1 衍射強(qiáng)度的測(cè)量方法 dcorr abs 所測(cè)值是否經(jīng)過(guò)吸收校正 Ref 參考資料 10 PDF卡片的內(nèi)容 3 4 晶體學(xué)數(shù)據(jù) Sys 晶系 S G 空間群 a0 b0 c0 晶胞參數(shù) A a0 b0 C c0 b0 Z 晶胞中原子或分子的數(shù)目 Ref 參考資料 5 光學(xué)性質(zhì) n 折射率 Sign 光性正負(fù) 2V 光軸夾角 D 密度 mp 熔點(diǎn) Color 顏色 Ref 參考資料 11 PDF卡片的內(nèi)容 4 6 試樣來(lái)源 制備方法 化學(xué)分析 有時(shí)亦注明升華點(diǎn) S P 分解溫度 D T 轉(zhuǎn)變點(diǎn) T P 攝照溫度等 12 PDF卡片的內(nèi)容 5 7 物相的化學(xué)式和名稱(chēng) 在化學(xué)式之后常有一個(gè)數(shù)字和大寫(xiě)英文字母的組合說(shuō)明 數(shù)字表示單胞中的原子數(shù) 英文字母表示布拉菲點(diǎn)陣類(lèi)型 C 簡(jiǎn)單立方 B 體心立方 F 面心立方 T 簡(jiǎn)單正方 U 體心正方 R 簡(jiǎn)單菱方 H 簡(jiǎn)單六方 O簡(jiǎn)單斜方 Q 底心斜方 S 面心斜方 M 簡(jiǎn)單單斜 N 底心單斜 Z 簡(jiǎn)單三斜 13 PDF卡片的內(nèi)容 6 8 礦物學(xué)名稱(chēng) 右上角的符號(hào)標(biāo)記表示 數(shù)據(jù)高度可靠 i 已指標(biāo)化和估計(jì)強(qiáng)度 但可靠性不如前者 O 可靠性較差 C 衍射數(shù)據(jù)來(lái)自理論計(jì)算 9 晶面間距 相對(duì)強(qiáng)度和干涉指數(shù) 10 卡片的順序號(hào) 14 PDF卡片索引 PDF卡片索引是一種能幫助實(shí)驗(yàn)者從數(shù)萬(wàn)張卡片中迅速查到所需要的PDF卡片的工具書(shū) 由JCPDS編輯出版手冊(cè)有 Hanawalt無(wú)機(jī)物檢索手冊(cè) 有機(jī)相檢索手冊(cè) 無(wú)機(jī)相字母索引 Fink無(wú)機(jī)索引 礦物檢索手冊(cè)等品種 15 Hanawalt無(wú)機(jī)相數(shù)值索引 索引的編排方法是 每個(gè)相作為一個(gè)條目 在索引中占一橫行 每個(gè)條目中的內(nèi)容包括 衍射花樣中八條強(qiáng)線的面間距和相對(duì)強(qiáng)度 按相對(duì)強(qiáng)度遞減順序列在前面 隨后 依次排列著 化學(xué)式 卡片編號(hào) 參比強(qiáng)度 I I 索引說(shuō)明 16 Hanawalt索引說(shuō)明 一 每個(gè)條目中 衍射線的相對(duì)強(qiáng)度分為10個(gè)等級(jí) 最強(qiáng)線為100用 表示 其余者均以小10倍的數(shù)字表示 寫(xiě)在面間距d值的右下角處 參比強(qiáng)度I I是被測(cè)相與剛玉按11重量配比時(shí) 被測(cè)相最強(qiáng)線峰高與剛玉最強(qiáng)線峰高之比 17 Hanawalt索引說(shuō)明 二 整個(gè)手冊(cè)將面間距d值 從大于10 00到1 0A分成45組 1982年版本 每組的d值連同它的誤差標(biāo)寫(xiě)在每頁(yè)的頂部 每個(gè)條目由第一處面間距d1值決定它應(yīng)屬于哪一組 每組內(nèi)按d2值遞減順序編排條目 對(duì)d2值相同的條目 則按d1值遞減順序編排 不同的d值對(duì)應(yīng)誤差 18 Hanawalt索引說(shuō)明 三 1980年版本編排規(guī)則為 1 對(duì)I3 I2 0 75的相 以d1d2的編排順序出現(xiàn)一次 2 對(duì)I3 I2 0 75和I2 I10 75和I2 I1 0 75的相 以d1d2 d1d3和d2d3的編排順序出現(xiàn)三次 19 Hanawalt索引說(shuō)明 四 1982年版本又作了進(jìn)一步改進(jìn) 它的編排規(guī)則為 1 所有的相最少都以的編排順序出現(xiàn)一次 2 對(duì)I2 I1 0 75和I3 I1 0 75的相 以d1d2和d1d3的編排順序出現(xiàn)二次 3 對(duì)I3 I1 0 75和I4 I1 0 75的相 以d1d2 d2d1和d3d1的編排順序出現(xiàn)三次 4 對(duì)I4 I1 0 75的相 以d1d2 d2d1 d3d1和d4d1的編排順序出現(xiàn)四次 20 無(wú)機(jī)相字母索引 這種索引是按照物相英文名稱(chēng)的第一個(gè)字母為順序編排條目 每個(gè)條目占一橫行 物相的英文名稱(chēng)寫(xiě)在最前面 其后 依次排列著化學(xué)式 三強(qiáng)線的d值和相對(duì)強(qiáng)度 卡片編號(hào) 最后是參比強(qiáng)度 I Ic 21 分析方法 定性相分析一般要經(jīng)過(guò)以下步驟 1 獲得衍射花樣 可以用德拜照相法 透射聚焦照相法和衍射儀法 2 計(jì)算南間距d值和測(cè)定相對(duì)強(qiáng)度I I1值 I1為最強(qiáng)線的強(qiáng)度 定性相分析以2 90 的衍射線為主要依據(jù) 3 檢索PDF卡片 人工檢索或計(jì)算機(jī)檢索 4 最后判定 判定唯一準(zhǔn)確的PDF卡片 22 計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索 計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索主要由建立數(shù)據(jù)文件庫(kù)和檢索匹配兩部分組成 1 建立檢索匹配2 數(shù)據(jù)文件庫(kù) 23 24 25 物相定量分析 SYC 26 簡(jiǎn)介 概述基本原理物相定量分析方法分析實(shí)例 27 1 概述 1概述1936年 礦粉中石英含量的X射線定量分析 1945年 弗里德曼發(fā)明衍射儀后 48年由亞力山大完成內(nèi)標(biāo)法 科恩等 直接比較法1974年 F H ChungK值法 基體清洗法 絕熱法 無(wú)標(biāo)樣法 28 2 基本原理 Vj為j相參加衍射的體積 C Kj分別代表與待測(cè)量無(wú)關(guān)的物理量強(qiáng)度因子 29 含量通常用體積百分?jǐn)?shù)vj或重量百分?jǐn)?shù)wj 單位體積內(nèi)Vj與vj wj之間的關(guān)系 30 3 方法 物相定量分析的具體方法有 單線條法外標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法K值法和絕熱法直接比較法聯(lián)立方程法 31 外標(biāo)法 32 內(nèi)標(biāo)法 是在被測(cè)的粉末樣品中加入一種恒定的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)制成復(fù)合試樣 標(biāo)樣 常用Al2O3 SiO2 最好NiO被測(cè)試樣含n相 測(cè)A相 摻內(nèi)標(biāo)物質(zhì)S被測(cè)樣wA 復(fù)合樣w A S在復(fù)合樣wS wA w A 1 wS 33 內(nèi)標(biāo)法 34 K值法 基體沖洗法 在待測(cè)樣中加入一種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)I測(cè) I標(biāo) W測(cè)K值法是在內(nèi)標(biāo)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 主要差別在于對(duì)比例常數(shù)K值的處理上不同 35 1 基本計(jì)算公式設(shè)待測(cè)試樣中含有幾個(gè)相 要測(cè)j相的含量 含量為Wj 摻入的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)為S 加入量為Ws 復(fù)合樣中 只與兩相的密度和衍射角有關(guān) 與相的含量無(wú)關(guān) 是一個(gè)常數(shù) 要求得先求 參比強(qiáng)度值 36 37 K值法 2實(shí)驗(yàn)步驟 1 測(cè)定值 制備Wj Ws 1 1的兩相混合樣 Ij Is各選一個(gè)或2個(gè)合適的衍射峰 2 制備待測(cè)相的復(fù)合樣 摻入與相同的內(nèi)標(biāo)物質(zhì) 含量可不同 3 測(cè)量復(fù)合樣 精確測(cè)量Ij Is 所選峰及條件與同 4 通過(guò)求待測(cè)相含量 求得 38 3 測(cè)算實(shí)例試樣 由莫萊石 M 石英 Q 和方解石 C 三個(gè)相組成內(nèi)標(biāo)物質(zhì) 剛玉 A 向待測(cè)試樣中的參入量為Ws 0 69各待測(cè)相的復(fù)合樣中各峰的強(qiáng)度 IM 120 210 922 IC 101 6660 IA 113 4829 39 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 40 絕熱法 絕熱法 就是在定量相分析時(shí)不與系統(tǒng)以外發(fā)生關(guān)系 用試樣中的某一個(gè)相作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 特點(diǎn) 1 不需要向試樣中摻入內(nèi)標(biāo)物質(zhì) 減少實(shí)測(cè)工作麻煩 2 既適用于粉末試樣 也適用于整體試樣 3 不能測(cè)定含未知相的多相混合試樣 41 此法不需向待測(cè)試樣中摻入內(nèi)標(biāo)物質(zhì) 是以兩相的衍射強(qiáng)度比為基礎(chǔ) 強(qiáng)度參此量通過(guò)理論計(jì)算 適用于淬火鋼中殘余奧氏體的測(cè)定和其它種同類(lèi)異型轉(zhuǎn)變 1 基本計(jì)算公式如待測(cè)試樣中含有n個(gè)相 它的體積分?jǐn)?shù)為Vj 各相含量的總和等于1 6 可寫(xiě)出n個(gè)強(qiáng)度方程 直接對(duì)比法 42 用其中的某一個(gè)方程去除其余方程可得n 1個(gè)方程 7 或 8 代入 7 43 將實(shí)驗(yàn)得到的Ii和計(jì)算得到的Ki代入 8 求得Vi 利用求得Wj 在淬火鋼中 只含與體積相 相 和奧氏體相 相 且 簡(jiǎn)化 9 若有碳化物相 這時(shí) 10 44 2 實(shí)驗(yàn)步驟 1 Ki因子的計(jì)算a 單胞體積 求關(guān)時(shí)常數(shù)求V0 Vr 面心立方 a3b 結(jié)構(gòu)因子的計(jì)算 f查表 c 多重性因子P 奧氏體200為6d 角因子e 溫度因子 M由德祥溫度計(jì)算 有表可查 2 衍射峰的積分強(qiáng)度測(cè)量a 衍射峰對(duì)的選擇 鄰近 強(qiáng)度接近 b 輻射的選擇 消除熒光 提高峰背比Cu 單色器 或C