RD-射線衍射儀專題實驗講義

XRD-X試驗八、X射線衍射儀的原理及應(yīng)用一.【試驗題目】X射線衍射儀的原理及應(yīng)用二。【試驗?zāi)康募耙蟆繉W(xué)習(xí)了解X射線衍射儀的構(gòu)造和工作原理；把握X射線衍射物相定性分析的方法和步驟;了解X射線衍射物相定量分析的原理和方法；X應(yīng)用Scherrer公式求粉末多晶的平均粒徑；給定試驗樣品,設(shè)計試驗方案，做出正確分析鑒定結(jié)果.三.【試驗原理】對某物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)展?fàn)幷摃r，不僅需要知道它的元素組成,更為重要的是了解它的物相組成。X每一種結(jié)晶物質(zhì)都有各自獨特的化學(xué)組成和晶體構(gòu)造.沒有任何兩種物質(zhì)，它們的晶胞大小、質(zhì)點種類及其在晶胞中的排列方式是完全全都的。因此，當(dāng)x射線被晶體衍射時,每一種結(jié)d和衍射線的相對強度I／I來表征。其中晶面間距d與晶胞的外形和大小有關(guān)，相對強度則與質(zhì)點的種類及其在晶胞中0的位置有關(guān)。所以任何一種結(jié)晶物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)d和I／I0

是其晶體構(gòu)造的必定反映，因而可以依據(jù)它們來鑒別結(jié)晶物質(zhì)的物相。晶體的X射線衍射圖譜是對晶體微觀構(gòu)造精細(xì)的形象變換，每種晶體構(gòu)造與其XX射線衍射圖，而且不會由于與其他物質(zhì)混合而發(fā)生變化，這就是X射線衍射法進(jìn)展物相分析的依據(jù)。依據(jù)晶體對X射線的衍射特征－衍射線的位置、強度及數(shù)量來鑒定結(jié)晶物質(zhì)之物相的方法，1XRD-XX四.【試驗儀器】本試驗使用的儀器是XRD－2X〔普析通用制造X射線多晶衍射儀〔又稱X射線粉末衍射儀)由XX射線強度測量系統(tǒng)以及衍射儀掌握與衍射數(shù)X圖一、X1.XX射線多晶衍射儀的X射線發(fā)生器是高穩(wěn)定度的。它由X射線管、高壓發(fā)生器、管壓管流穩(wěn)定電路和各種保護(hù)電路等局部組成.衍射用的X射線管實際上都屬于熱電子二極管,有密封式和轉(zhuǎn)靶式兩種。前者最大功率不超過2.5KWX10KW以上。密封式X射線管的構(gòu)造如圖3.2所示。X射線管工作時陰極接負(fù)高壓，陽極接地.燈絲四周裝有掌握柵，使燈絲發(fā)出的熱電子在電場的作用下聚焦轟擊到靶面上。陽極靶面上受電子束轟擊的焦點便成為X射線源，向四周放射X射線。在陽極一端的金屬管壁上一般開有四個射線出射窗口，試驗利用的X射線就從這些窗口得到。密封式X射線管除了陽極一端外，其余局部都是玻璃制成的。管內(nèi)真空度達(dá)105～105乇〔Torr，mmHg放射熱電子的鎢質(zhì)燈的壽命，防止陽極外表受到污染。早期生產(chǎn)的X射線管一般用云母片作2XRD-XBe片〔厚0.25~0.3mmBe片對MoCu、CrK99％、93%、80％左右的透過率。圖二、XX射線管主要分密閉式和可拆卸式兩種。廣泛使用的是密閉式,由陰極燈絲、陽極、聚焦罩等組成，功率大局部在1～2X密閉式大很多倍,一般為12～60XW、Ag、Mo、Ni、Co、Fe、Cr、Cu.X1×103～6選擇陽極靶的根本要求:盡可能避開靶材產(chǎn)生的特征X射線激發(fā)樣品的熒光輻射,以降低衍射把戲的背底，使圖樣清楚.2。測角儀測角儀是粉末X射線衍射儀的核心部件，主要由索拉光闌、發(fā)散狹縫、接收狹縫、防散射狹縫、樣品座及閃耀探測器等組成。圖三表示的是“臥”式測角儀的光路,掃描圓平行水平面X光源，線焦點與測角儀軸平行。測角儀的中心是樣品臺，樣品臺上有一個作為放置樣品時使樣品平面定位的基準(zhǔn)面，用以保證樣品平面與樣品臺轉(zhuǎn)軸重合。樣品臺與檢測器的支臂圍繞同O3XRD-X圖三、測角儀的光路系統(tǒng)1〕衍射儀一般利用線焦點作為X射線源S。假設(shè)承受焦斑尺寸為1×10平方毫米的X6°0。10。1×10X射線源。從S放射的X射線，其水平方向的發(fā)散角被第一個狹縫限制之后，照耀試樣.這個狹縫稱為發(fā)散狹縫〔DS〕，生產(chǎn)廠供給1/6°、1/2°、1°、2°、4°的發(fā)散狹縫和測角儀調(diào)0．05從試樣上衍射的X射線束，在F處聚焦，放在這個位置的其次個狹縫，稱為接收狹縫(RS〕．0.150。30。6第三個狹縫是防止空氣散射等非試樣散射X(SS)。SSDSS1、S2稱為索拉狹縫，是由一組等間距相互平行的薄金屬片組成，它限制入射X射線和衍射線的垂直方向發(fā)散。索拉狹縫裝在叫做索拉狹縫盒的框架里。這個框架兼作其他DS，RSSS．3.X衍射儀中常用的探測器是閃耀計數(shù)器(SC)，它是利用X射線能在某些固體物質(zhì)〔磷光體)4XRD-X中產(chǎn)生的波長在可見光范圍內(nèi)的熒光，這種熒光再轉(zhuǎn)換為能夠測量的電流。由于輸出的電流x閃耀計數(shù)管的發(fā)光體一般是用微量鉈活化的碘化鈉〔NaI)單晶體。這種晶體經(jīng)X射線激發(fā)后發(fā)出藍(lán)紫色的光。將這種微弱的光用光電倍增管來放大。發(fā)光體的藍(lán)紫色光激發(fā)光電倍增管的光電面(光陰極)而發(fā)出光電子〔10個左右的聯(lián)極構(gòu)成,由于一次電子在聯(lián)極外表上激發(fā)二次電子，經(jīng)聯(lián)極放大后電子數(shù)目按幾何級數(shù)劇增(約106倍〕，最終輸出像正比計數(shù)管那樣高〔幾個毫伏)的脈沖.圖四、閃耀計數(shù)管的根本構(gòu)造及工作原理4.計算機掌握、處理裝置XRD－2計算機硬盤中供數(shù)據(jù)分析處理.數(shù)據(jù)分析處理包括平滑點的選擇、背底扣除、自動尋峰、d值計算，衍射峰強度計算等。五.【試驗參數(shù)選擇】1。陽極靶的選擇：選擇陽極靶的根本要求：盡可能避開靶材產(chǎn)生的特征X射線激發(fā)樣品的熒光輻射，以降低衍射把戲的背底，使圖樣清楚.必需依據(jù)試樣所含元素的種類來選擇最適宜的特征X射線波長〔靶)．當(dāng)X射線的波長稍5XRD-X短于試樣成分元素的吸取限時,試樣猛烈地吸取X射線,并激發(fā)產(chǎn)生成分元素的熒光X射線,背底增高。其結(jié)果是峰背比〔信噪比〕P／B低〔P為峰強度，B為背底強度)，衍射圖譜難以分清.X射線衍射所能測定的d值范圍，取決于所使用的特征X射線的波長。X射線衍射所需測定的d值范圍大都在10埃至1埃之間。為了使這一范圍內(nèi)的衍射峰易于分別而被檢測,需要選擇適宜波長的特征X射線。一般測試使用銅靶,但因X射線的波長與試樣的吸取有關(guān)，可依據(jù)試樣物質(zhì)的種類分別選用Co、Fe,或Cr靶。此外還可選用鉬靶，這是由于鉬靶的特征x射線波長較短，穿透力量強，假設(shè)期望在低角處得到高指數(shù)晶面衍射峰，或為了削減吸取的影響等，均可選用鉬靶.Cu2.管電壓和管電流的選擇工作電壓設(shè)定為3～5倍的靶材臨界激發(fā)電壓。選擇管電流時功率不能超過X射線管XX射線管常常使用的負(fù)荷(管壓和管流的乘積〕選為最大允許負(fù)荷的80%左右。但是,當(dāng)管壓超過激發(fā)電壓5倍以上時,強度的增加率將下降．所以，在一樣負(fù)荷下產(chǎn)生X射線時，在管壓5的原子序數(shù)越大，激發(fā)電壓就越高。由于連續(xù)X射線的強度與管壓的平方呈正比，特征X射線與連續(xù)X射線的強度之比,隨著管壓的增加接近一個常數(shù)，當(dāng)管壓超過激發(fā)電壓的4~5倍時反而P/B3。發(fā)散狹縫的