XRD試驗報告蒙脫石鑒別

目錄TOC\o"1-5"\h\z實驗?zāi)康?1.實驗原理 1.晶體結(jié)構(gòu)與晶體X射線衍射 1物相鑒定原理 2.實驗儀器 3.實驗步驟 4.實驗前的準(zhǔn)備 4.試樣制備 4.開機與測試過程 5.數(shù)據(jù)處理 5.圖譜后期處理 5.自動尋峰 7.與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對比 8實驗結(jié)論 1.8實驗存在的問題及可能原因 18土質(zhì)學(xué)課XRD實驗報告實驗?zāi)康牧私鈞射線衍射儀的結(jié)構(gòu)和工作原理；2）掌握X射線衍射物相定性分析的方法和步驟；3）學(xué)會用Highscore軟件進(jìn)行圖譜分析；4）鑒定蒙脫石樣品。實驗原理晶體結(jié)構(gòu)與晶體X射線衍射x射線是一種很短的電磁波，具有反射、折射、干涉、衍射、偏振等特征，屬于橫波，波長范圍約0.01?100nm，用于衍射分析的x射線波長約0.5?2.5nm。物質(zhì)結(jié)構(gòu)中，原子和分子的距離正好落在x射線的波長范圍內(nèi)，所以物質(zhì)（特別是晶體）對x射線的散射和衍射能夠傳遞極為豐富的微觀結(jié)構(gòu)信息。圖1原子面網(wǎng)對X射線的衍射當(dāng)一束單色X射線入射到晶體時，由于晶體是由原子有規(guī)則排列的晶胞所組成，而這些有規(guī)則排列的原子間距離與入射X射線波長具有相同數(shù)量級，迫使原子中的電子和原子核成了新的發(fā)射源，向各個方向散發(fā)X射線，這是散射。不同原子散射的X射線相互干涉疊加可在某些特殊的方向上產(chǎn)生強的X射線，衍射線在空間分布的方位和強度，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。這就是X射線衍射的基本原理。假定晶體中某一方向上的原子面網(wǎng)之間的距離為d，波長為a的X射線以夾角6射入晶體（如圖1所示）。在同一原子面網(wǎng)上，入射線與散射線所經(jīng)過的光程相等，在相鄰的兩個原子面網(wǎng)上散射出來的X射線有光程差，只有當(dāng)光程差等于入射波長的整數(shù)倍時，才能產(chǎn)生被加強了的衍射線，即：2dsin6=nA這就是布拉格（Bragg）公式，式中d為晶面距離，n是整數(shù)（或稱反射級數(shù)）￡為入射角入為X射線的波長布拉格方程是X射線衍射分析的根本依據(jù)。此方程不僅能測單晶體，而且也能測多晶體。由于樣品采用晶體粉末，所以樣品中包含著數(shù)目極多的細(xì)小單品，由于晶體無規(guī)則，存在各種可能的取向，相當(dāng)于一個晶體在原點保持不動情況下繞各種可能的方位轉(zhuǎn)動，從而形成無數(shù)個倒格子點陣。當(dāng)入射的X射線與樣品相遇時，對于每一組晶面族，總有許多小晶粒處在適合的反射位置上，從而形成衍射。物相鑒定原理任何結(jié)晶物質(zhì)均具有特定晶體結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)類型，晶胞大小及質(zhì)點種類，數(shù)目，分布）和組成元素。一種物質(zhì)有自己獨特的衍射譜與之對應(yīng)，多相物質(zhì)的衍射譜為各個互不相干，獨立存在物相衍射譜的簡單疊加。衍射方向是晶胞參數(shù)的函數(shù)（取決于晶體結(jié)構(gòu)）；衍射強度是結(jié)構(gòu)因子函數(shù)（取決于晶胞中原子的種類、數(shù)目和排列方式）。任何一個物相都有一套d-I特征值及衍射譜圖。因此，可以對多相共存的體系進(jìn)行全分析。也就是說實驗測得的圖譜與數(shù)據(jù)庫中的已知X射線粉末衍射圖對照，通過兩者的匹配性就可以確定它的物相。實驗儀器本實驗中使用的是德國布魯克公司D8X射線衍射儀。圖2D8X射線衍射儀其核心部件是：1）高壓發(fā)生器與X光管2）精度測角儀與B-B衍射幾何光學(xué)系統(tǒng)及其參數(shù)選擇對采集數(shù)據(jù)質(zhì)量影響探測器控測、采集數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理儀器設(shè)計原理：R1=R2=R，試樣轉(zhuǎn)6角，探測器轉(zhuǎn)26角（20次偶合）或

圖3X圖3X射線衍射儀設(shè)計原理聚焦圓隨衍射角大小而變化，衍射角越大、聚焦圓半徑越小，當(dāng)26=0，聚焦圓半徑7=8；當(dāng)26=1800時，丁=R/2，且丁=R/2sin6。實驗步驟實驗前的準(zhǔn)備實驗前的準(zhǔn)備包括環(huán)境準(zhǔn)備、固體探測器的更新及光管老化等內(nèi)容。實驗一般在室溫15℃~33℃范圍內(nèi)進(jìn)行，通過空調(diào)與強冷卻機實現(xiàn)。固體探測器的更新一般每周進(jìn)行一次。光管老化一般在實驗前1小時進(jìn)行。本次實驗是在XXXX大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院進(jìn)行，此步驟由實驗室專人進(jìn)行操作。試樣制備本實驗采用的樣品為高純納米蒙脫石粉，外觀呈微黃粉末狀，相關(guān)參數(shù)見表1：表1實驗樣品參數(shù)蒙脫石含量三蒙脫石含量三95%吸氨值三100mmol/100g干燥失重<10%吸藍(lán)量三42g/100g粒徑325目PH值6-8本次實驗?zāi)康闹槐闶氰b定該實驗樣品是否為蒙脫石。樣品制備按如下步驟進(jìn)行：把制樣框平放在平滑的玻璃片，將樣品粉末盡可能均勻撒入制樣框的窗口中；將粉末用力壓緊，把多余的粉末削去；把制樣框從玻璃平面上拿起；面向玻璃片的一面樣品平整光滑，并使試樣面與玻璃表面齊平。開機與測試過程打開測量軟件DIFFRACplusMeasurementpart.rar和XRDcommander軟件，設(shè)定電壓、電流分別為40kv和40mA,設(shè)定左右兩個狹縫值為1,設(shè)置適當(dāng)?shù)牟介L(increment)與掃描速度，然后進(jìn)行測試，得到衍射圖譜。此步驟仍由實驗室專人完成。數(shù)據(jù)處理圖譜后期處理測試完畢后，可將樣品測試數(shù)據(jù)存入磁盤供隨時調(diào)出處理。將得到的xrdml圖譜文件導(dǎo)入到XRD分析軟件Highscore中樣品的原始圖譜見圖(由Highscore導(dǎo)出數(shù)據(jù)到Excel中繪制)，從圖中可以看出盡管雜峰較多，但是蒙脫石的第一特征峰與第二特征峰仍然是比較明顯的。為了保持原始數(shù)據(jù)不失真，這里不進(jìn)行扣背底和曲線平滑處理(對自動尋峰結(jié)果影響較大)，而僅僅去除Ka2衍射峰值。在“Treatment”菜單中選擇“StripK-Alpha2”命令，在彈出的對話框中按默認(rèn)值直接依次單擊“StripK-Alpha2、“Replace”按鈕，這樣就去掉了32衍射峰。一般X射線衍射都是使用K系輻射，K系輻射中包括了兩小系，即Ka和KB輻射，由于二者的波長相差較大，KB輻射一般通過“石墨晶體單色器”或“濾波片”被儀器濾掉了，接收到的只有Ka輻射。但是，Ka輻射中又包括兩種波長差很小的Ka1和Ka2輻射，它們的強度之比一般情況下剛好是2:1。經(jīng)過處理后的圖譜見圖5。10203060804050709026數(shù)計度強0010203060804050709026數(shù)計度強0000090000000000000000087654321圖4實驗樣品原始衍射圖譜2001000 1020603040507080 90260000002001000 1020603040507080 9026000000876000000543數(shù)計度強0圖5處理后的衍射圖譜5.2自動尋峰使用“searchpeaks”命令進(jìn)行自動尋峰，得到衍射峰屬性列表和自動尋峰結(jié)果圖，見表2和圖6。從表中可以看出，1、2、3、4和7號波峰相對于最強峰的強度計數(shù)（相對強度）是比較高的，其中1號波峰為最強峰，晶層間距為4.50217Ao從圖中可以看出，軟件自動尋峰的結(jié)果基本符合實際峰形，同時也可以粗略看出，1號波峰和2號波峰的晶層間距及其衍射角度與蒙脫石標(biāo)準(zhǔn)衍射譜線的第一、二特征峰吻合度很高。表2樣本衍射峰屬性列表序號衍射角度/°（26）半峰寬/°晶層間距/A強度計數(shù)相對強度％15.89380.979214.98335329.46100219.70310.24484.50215245.8374.62321.9110.4084.05321141.4342.93429.42970.24483.03257127.3638.66534.76080.8162.5787265.2519.81654.10380.97921.6937225.767.82761.77820.4081.50045101.330.75873.03450.97921.2944825.847.84U—''''I | | | | | | 10 M 30 如 50 M 7025圖6自動尋峰結(jié)果圖與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對比軟件自動匹配初步篩選在Highscore軟件中依次單擊“Analysis”、“Search&Match”、“ExecuteSearch&Match”命令打開“Search&Match”對話框，在“Restriction”選項卡中單擊“Editrestrictionsets”按鈕打開“Edit”對話框，在此對話框中限定樣品中理論上應(yīng)該存在的化學(xué)元素以提高匹配效率。由于高純度的蒙脫石粉屬于天然礦物質(zhì)無機鹽，是一種水合硅鋁酸鹽礦物，微觀上為中間鋁氧八面體、上下硅氧四面體所組成的三層片狀結(jié)構(gòu)，不含重金屬，并且分子層間隙含有鈣、鎂等陽離子。故可知樣品中必定含有H、O、Al、Si、Ca和Mg六種化學(xué)元素，所以在元素周期表中（“PeriodicTable”按鈕）將H、O、Al、Si、Ca和Mg六種元素設(shè)為“Allof”，并根據(jù)本實驗?zāi)康膯螕簟癆ddresttononeof”按鈕以排除掉其他元素。最后回到“Search&Match”對話框，切換到“Parameters”選項卡，在“DataSource”下拉列表中選擇“PeakData"，最后依次單擊“Search、“OK”按鈕，Highscore會自動匹配出可能

礦物的PDF卡片，具體見表3及圖7。結(jié)合圖表可以看出實驗樣本與蒙脫石-15A(Montmorillonite-15A)的PDF卡片匹配度最高，但仍需進(jìn)一步人工比對加以確認(rèn)。表3Highscore自動匹配結(jié)果PDF卡片號匹配度評分礦物名稱匹配峰數(shù)總峰數(shù)00-013-013541Montmorillonite-15A81700-029-149133Saponite-15A41000-004-074330CalciumMagnesiumAluminumSilicateHydroxide2301-079-113013ZeoliteX(Ca,Mg-exchanged),syn1111201-074-08367Xanthophyllite1\ITM\RG169401-074-11895Xanthophyllite1\ITM\RG138800-006-00024Saponite-18A,glycerol31300-038-04733Vesuvianite1312401-087-11192Vesuvianite1814701-086-13802Vesuvianiteferric,B-bearing1813901-086-13812CalciumMagnesiumAluminumSilicateHydroxide1914000-027-00810Vesuvianite,syn754

圖7各PDF卡片的峰形與實驗樣本的對比人工定量對比雖然是人工對比，但仍可以借助Excel編制計算表來輔助分析。算法如下：首先需要將PDF卡片中的各衍射峰角度與每條樣本衍射峰角度匹配，為每條衍射峰找到最接近的PDF衍射峰，并計算其差值，再將找到的PDF衍射峰對應(yīng)的晶層間距和相對強度與所匹配的樣本衍射峰的晶層間距和相對強度比較，求出差值，最后將三種差值列表供定量比對。此方法比常規(guī)肉眼比對更加精確，并且使用自編的Excel計算表可以快速求出與以上12種PDF卡片對比的結(jié)果見表4?表15。表中有些行的PDF卡片相關(guān)參數(shù)為空，說明該卡片中沒有任何衍射峰與此行的樣本衍射峰重合（在求PDF衍射峰匹配序號的Excel公式中，設(shè)定了一個值為1°的閾值，樣本與PDF衍射角之差超過該閾值即判定為不匹配）。

表4與00-013-0135號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距小PDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%115.89385.8870.006814.98335150.0166510010002319.703119.7130.00994.502154.50.0021574.62805.38321.9114.0532142.934729.429729.5550.12533.032573.020.0125738.666021.345834.760834.7430.01782.578722.580.0012819.814020.1961354.103853.8880.21581.693721.70.006287.823022.1871461.778261.7990.02081.500451.50.0004530.755019.2581673.034573.6620.62751.294481.2850.009487.842012.16表5與00-029-1491號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距/APDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%115.89385.6970.196814.9833515.50.5166510010002419.703119.4080.29514.502154.570.0678574.62668.62321.9114.0532142.934629.429729.0630.36673.032573.070.0374338.66830.665734.760834.3310.42982.578722.610.0312819.81316.81654.10381.693727.82761.77821.5004530.75873.03451.294487.84表6與00-004-0743號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距/APDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%

樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距小PDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%15.893814.98335100219.70314.5021574.62321.9114.0532142.93429.42973.0325738.665234.760834.8820.12122.578722.570.0087219.8110080.19654.10381.693727.827361.778261.7990.02081.500451.50.0004530.757039.25873.03451.294487.84表7與01-079-1130號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距/APDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%115.89386.1040.210214.9833514.46840.5149510010002919.703120.0270.32394.502154.430020.0721374.621.972.7231221.91122.420.5094.053213.962330.0908842.930.342.6342029.429729.1450.28473.032573.061570.02938.660.737.9652834.760835.0560.29522.578722.557680.0210419.810.219.6166754.103854.1150.01121.693721.69340.000327.820.17.7278761.778261.9080.12981.500451.497620.0028330.750.130.65873.03451.294487.84表8與01-074-0836號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距/APDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%15.893814.98335100

樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距小PDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%2319.703119.7130.00994.502154.50.0021574.624.769.923621.91121.7990.1124.053214.073730.0205242.931.341.6341129.429729.3920.03773.032573.036340.0037738.66353.6651434.760834.6450.11582.578722.587050.0083319.8113.76.1164154.103853.9660.13781.693721.697730.004017.820.17.7275561.778261.860.08181.500451.498660.0017930.7539.58.7587573.034573.0980.06351.294481.293520.000967.846.31.54表9與01-074-1189號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距/APDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%15.893814.983351002319.703119.7060.00294.502154.50150.0006574.624.370.323621.91121.7680.1434.053214.079490.0262842.931.641.3341129.429729.2930.13673.032573.046430.0138638.6638.10.5651434.760834.6290.13182.578722.58820.0094819.8111.48.4164054.103854.1820.07821.693721.691460.002267.8243.8275461.778261.8140.03581.500451.499660.0007930.7542.912.1586973.034573.0590.02451.294481.29410.000387.846.51.34表10與00-006-0002號PDF卡片各衍射峰對比樣本PDFPDF晶晶層間距樣本相PDF相相對強度衍射衍射樣本衍PDF衍衍射角匹配樣本晶層層間距匹配誤差對強度對強度匹配誤差峰序峰序射角/°射角/°誤差/°間距/A/A/A%%%號號15.893814.983351002419.703119.4940.20914.502154.550.0478574.625024.62

樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距小PDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%321.9114.0532142.934629.429729.6550.22533.032573.010.0225738.66401.345734.760834.3310.42982.578722.610.0312819.816040.19654.10381.693727.82761.77821.5004530.75873.03451.294487.84表11與00-038-0473號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距/APDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%15.893814.9833510021019.703119.7130.00994.502154.50.0021574.62173.6231121.91121.9560.0454.053214.0450.0082142.93438.9342429.429729.3270.10273.032573.0430.0104338.661226.6653534.760834.6180.14282.578722.5890.0102819.815535.1969754.103853.9770.12681.693721.69740.003687.8216.82761.77821.5004530.75873.03451.294487.84表12與01-087-1119號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距/APDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%15.893814.9833510021119.703119.6870.01614.502154.50590.0037574.620.174.5231221.91121.9210.014.053214.051360.0018542.933.539.43

樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距小PDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%42529.429729.2670.16273.032573.049020.0164538.6611.926.7653534.760834.5410.21982.578722.594590.0158719.8156.136.29610654.103854.0690.03481.693721.694740.001027.820.47.42713861.778261.7090.06921.500451.501970.0015230.752.328.45873.03451.294487.84表13與01-086-1380號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距/APDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%15.893814.9833510021219.703119.6990.00414.502154.503180.0010374.621.173.5231421.91122.0130.1024.053214.034740.0184742.934.438.5342729.429729.3610.06873.032573.039520.0069538.6611.527.1653834.760834.5710.18982.578722.592460.0137419.8134.314.49610254.103854.2820.17821.693721.688590.005137.8291.18712961.778261.7510.02721.500451.501060.0006130.752.927.85873.03451.294487.84表14與01-086-1381號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距/APDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%15.893814.9833510021219.703119.7080.00494.502154.500980.0011774.621.173.5231421.91122.0240.1134.053214.032610.020642.934.438.5342729.429729.3810.04873.032573.037470.004938.6611.327.36

樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距小PDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%53834.760834.5860.17482.578722.591370.0126519.8134.714.89610354.103854.3160.21221.693721.687610.006117.829.31.48712961.778261.7840.00581.500451.500330.0001230.753.227.55873.03451.294487.84表15與00-027-0081號PDF卡片各衍射峰對比樣本衍射峰序號PDF衍射峰序號樣本衍射角/°PDF衍射角/°衍射角匹配誤差/°樣本晶層間距/APDF晶層間距/A晶層間距匹配誤差/A樣本相對強度%PDF相對強度%相對強度匹配誤差%15.893814.983351002819.703119.6680.03514.502154.510.0078574.62371.623921.91122.0390.1284.053214.030.0232142.93537.9341329.429729.5550.12533.032573.020.0125738.66533.6651834.760834.4670.29382.578722.60.0212819.815535.1964454.103853.1780.92581.693721.7210.027287.8252.8274961.778261.7080.07021.500451.5020.0015530.75525.7585373.034572.610.42451.294481.3010.006527.8434.84在表4~表15中，首先排除掉匹配峰數(shù)明顯較少的四張卡片（00-029-1491號、00-