x-射線粉末衍射法物相定性分析

1/1x-射線粉末衍射法物相定性分析X射線粉末衍射法物相定性分析粉末衍射也稱為多晶體衍射，是相對于單晶體衍射來命名的，在單晶體衍射中，被分析試樣是一粒單晶體，而在多晶體衍射中被分析試樣是一堆細(xì)小的單晶體（粉末）。

每一種結(jié)晶物質(zhì)都有各自獨(dú)特的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。

當(dāng)X射線被晶體衍射時,每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射花樣。

利用Ｘ射線衍射儀實(shí)驗(yàn)測定待測結(jié)晶物質(zhì)的衍射譜，并與已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的衍射譜比對，從而判定待測的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)這就是X射線粉末衍射法物相定性分析方法。

一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅?）學(xué)習(xí)了解X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)和工作原理;（2）掌握利用X射線粉末衍射進(jìn)行物相定性分析的原理;（3）練習(xí)用計算機(jī)自動檢索程序檢索PDF(ASTM)卡片庫，對多相物質(zhì)進(jìn)行相定性分析。

二.實(shí)驗(yàn)原理通過晶體的布喇菲點(diǎn)陣中任意3個不共線的格點(diǎn)作一平面，會形成一個包含無限多個格點(diǎn)的二維點(diǎn)陣，通常稱為晶面。

相互平行的諸晶面叫做一晶面族。

一晶面族中所有晶面既平行且各晶面上的格點(diǎn)具有完全相同的周期分布。

因此，它們的特征可通過這些晶面的空間方位來表示。

要標(biāo)示一晶面族，需說明它的空間方位。

晶面的方位（法向）可以通過該面在3個基矢上的截距來確定。

對于固體物理學(xué)原胞，基矢為1a，2a，3a，設(shè)一晶面族中某一晶面在3基矢上的交點(diǎn)的位矢分別為1ra，2sa，3ta，其中r，s，t叫截距，則晶面在3基矢上的截距的倒數(shù)之比為123111:rst:::hhh=其中123,,hhh為互質(zhì)整數(shù)，可用于表示晶面的法向，就稱123hhh為該晶面族的面指數(shù)，記為123()hhh。

最靠近原點(diǎn)的晶面在坐標(biāo)軸上的截距為11/ah，22/ah，33/ah。

同族的其他晶面的截距為這組最小截距的整數(shù)倍。

在實(shí)際工作中，常以結(jié)晶學(xué)原胞的基矢a，b，c為坐標(biāo)軸表示面指數(shù)。

此時，晶面在3坐標(biāo)軸上的截距的倒數(shù)比記為111:rst:::hkl=整數(shù),,hkl用于表示晶面的法向，稱hkl為該晶面族的密勒指數(shù)，記為()hkl。

若某一晶面在a，b，c3坐標(biāo)軸的截距為4，1，2，則其倒數(shù)之比為111::412=1:4:2，該晶面族的密勒指數(shù)為()142；若某一截距為無限大，則晶面平行于某一坐標(biāo)軸，相應(yīng)的指數(shù)就是零；當(dāng)截距為負(fù)數(shù)時，在指數(shù)上部加一負(fù)號，如某一晶面的截距為2,3,，則密勒指數(shù)為(320)。

一組密勒指數(shù)()hkl代表無窮多互相平行的晶面，所有等價的晶面()hkl用{}hkl來統(tǒng)一表示。

一組晶面的面間距用hkld表示。

下圖為一簡單立方()111面的示意圖(左)。

圖一.簡單立方()111面的示意圖和平面點(diǎn)陣族的衍射方向晶體的空間點(diǎn)陣可以劃分成若干個平面點(diǎn)陣族。

點(diǎn)陣平面族是一組相互平行間距相等的平面。

X射線入射到這族平面點(diǎn)陣上，若入射線與點(diǎn)陣平面的交角為，并滿足ndhkl=sin2（n為整數(shù)，h，k,l為晶面指標(biāo)，有關(guān)晶面指標(biāo)以及晶胞參數(shù)等的詳細(xì)知識請參看有關(guān)教材）的關(guān)系時，各個點(diǎn)陣平面的散射波在入射波關(guān)于晶面法線對稱的方向相互加強(qiáng)產(chǎn)生衍射。

上式稱為Bragg方程。

每一種結(jié)晶物質(zhì)都有各自獨(dú)特的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。

沒有任何兩種物質(zhì),它們的晶胞大小,質(zhì)點(diǎn)種類及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。

因此,當(dāng)X射線被晶體衍射時,每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射花樣,它們的特征可以用各個衍射晶面間距d和衍射線的相對強(qiáng)度I/I0來表征。

其中晶面間距d與晶胞的形狀和大小有關(guān),相對強(qiáng)度則與質(zhì)點(diǎn)的種類及其在晶胞中的位置有關(guān)。

所以任何一種結(jié)晶物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)d和I/I0是其晶體結(jié)構(gòu)的必然反映,因而可以根據(jù)它們來鑒別結(jié)晶物質(zhì)的物相。

當(dāng)多種結(jié)晶狀物質(zhì)混合或共生（如固溶體），它們的衍射花樣也只是簡單疊加，互不干擾，相互獨(dú)立。

獲得的衍射花樣與已知大量標(biāo)準(zhǔn)單相物質(zhì)的衍射花樣對比，可以判斷出待測式樣所包含晶體的物相。

與化學(xué)分析不同，X射線衍射分析不僅可以得出組成物質(zhì)的元素種類及其含量，也能說明其存在狀態(tài)。

例如有兩種晶體物質(zhì)混合在一起，經(jīng)化學(xué)分析指出有Ca還是Na2S04和CaCl2。

在區(qū)分物質(zhì)的同素異構(gòu)體時，X射線衍射分析更是具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

另外X射線衍射分析使試樣受X射線照射,不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),也不消耗試樣,對試樣是無損的。

三.實(shí)驗(yàn)儀器+、Na+、Cl-及SO42-，X射線衍射分析可以直接指出它們是CaS04和NaCl圖二X射線衍射儀本實(shí)驗(yàn)使用的儀器是Y-2000射線衍射儀(丹東制造)。

X射線衍射儀主要由X射線發(fā)生器(X射線管),測角儀,X射線探測器,計算機(jī)控制處理系統(tǒng)等組成。

1.X射線管用陰極射線（高速電子束）轟擊對陰極（靶）的表面能獲得足夠強(qiáng)度的X射線。

各種各樣專門用來產(chǎn)生X射線的X射線管工作原理可用下圖表示：

圖三.X光管的工作原理當(dāng)燈絲被通電加熱至高溫時（達(dá)2000℃），大量的熱電子產(chǎn)生，在極間的高壓作用下被加速，高速轟擊到靶面上。

高速電子到達(dá)靶面，運(yùn)動突然受阻，其動能部分轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠埽訶射線的形式放出，這種形式產(chǎn)生的輻射稱為軔致輻射。

轟擊到靶面上電子束的總能量只有極小一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線能，絕大部分能量都轉(zhuǎn)化為熱能，所以，在工作時X射線管的靶必須采取水冷（或其他手段）進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以免對陰極被加熱至熔化，受到損壞。

陰極射線的電子流轟擊到靶面，如果能量足夠高，靶內(nèi)一些原子的內(nèi)層電子會被轟出，使原子處于能級較高的激發(fā)態(tài)。

圖四b表示的是原子的基態(tài)和K、L、M、N等激發(fā)態(tài)的能級圖，K層電子被擊出稱為K激發(fā)態(tài)，L層電子被擊出稱為L激發(fā)態(tài)，依次類推。

原子的激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，壽命不超過10道上的空位將被離核更遠(yuǎn)軌道上的電子所補(bǔ)充，從而使原子能級降低，這時，多余的能量便以光量子的形式輻射出來。

圖四a描述了上述激發(fā)機(jī)理。

處于K激發(fā)態(tài)的原子，當(dāng)不同外層的電子（L、M、N層）向K層躍遷時放出的能量各不相同，產(chǎn)生的一系列輻射統(tǒng)稱為K系輻射。

同樣，L層電子被擊出后，原子處于L激發(fā)態(tài)，所產(chǎn)生一系列輻射則統(tǒng)稱為L系輻射，依次類推。

基于上述機(jī)制產(chǎn)生的X射線，其波長只與原子處于不同能級時發(fā)生電子躍遷的能級差有關(guān)，而原子的能級是由原子結(jié)構(gòu)決定的，因此，這些有特征波長的輻射將能夠反映出原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們稱之為特征光譜。

-8秒，此時內(nèi)層軌圖四.元素特征X射線的激發(fā)原理元素的每條線光譜都是近單色的，衍射峰的半高寬小于0.01埃。

參與產(chǎn)生特征X射線的電子層是原子的內(nèi)電子層，內(nèi)層電子的能量可以認(rèn)為僅決定于原子核而與外層電子無關(guān)，（外層電子決定原子的化學(xué)性質(zhì)和它們的紫外、可見光譜），所以，元素的X射線特征光譜比較簡單，且隨原子序數(shù)作有規(guī)律的變化，特征光譜只取決于元素的種類而不論物質(zhì)處于何種化學(xué)或物理狀態(tài)。

K線是電子由L層躍遷到K層時產(chǎn)生的輻射，而K線則是電子由M層躍遷到K層時產(chǎn)生的（圖四）。

實(shí)際上L、M等能級又可分化成幾個亞能級，依照選擇法則，在能級之間只有滿足一定選律要求時躍遷才會發(fā)生。

例如躍遷到K層的電子如果來自L層，則只能從LⅡ和LⅢ亞層躍遷過來；如果來自M層，則只能從MⅡ及MⅢ亞層躍遷過來。

所以，K線就有K1和K2之分，K線理論上也應(yīng)該是雙重的，但是K線的兩根線中有一根非常弱，因此可以忽略。

K1、K2波長非常接近，相距0.004埃，在實(shí)際使用時常常分不開，統(tǒng)稱為K線，K線比K線頻率要高，波長要短一些。

各個系X射線的相對強(qiáng)度與產(chǎn)生該射線時能級的躍遷機(jī)遇有關(guān)。

由于從L層躍遷到K層的機(jī)遇最大，所以K強(qiáng)度大于K的強(qiáng)度，而在K線中，K1的強(qiáng)度又大于K2的強(qiáng)度。

K2、K1和K三線的強(qiáng)度比約為50﹕100﹕22。

考慮到K1的強(qiáng)度是K2強(qiáng)度的兩倍，所以，K的平均波長應(yīng)取兩者的加權(quán)平均值：

本實(shí)驗(yàn)就是利用特征譜線K來照射結(jié)晶物質(zhì)使之產(chǎn)生衍射。

X射線管主要分密閉式和可拆卸式兩種。

生產(chǎn)廠家提供的是密閉式,由陰極燈絲,陽極,聚焦罩等組成,功率大部分在1～2千瓦。

可拆卸式X射線管又稱旋轉(zhuǎn)陽極靶,其功率比密閉式大許多倍,一般為12～60千瓦。

常用的X射線靶材有W,Ag,Mo,Ni,Co,Fe,Cr,Cu等。

X射線管線焦點(diǎn)為110平方毫米,取出角為3～6度。

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,樣品座及閃爍探測器等組成。

圖五.測角儀結(jié)構(gòu)和光路示意圖(1)衍射儀一般利用線焦點(diǎn)作為X射線源F。

如果采用焦斑尺寸為110平方毫米的常規(guī)X射線管,出射角6時,實(shí)際有效焦寬為0.1毫米,成為0.110平方毫米的線狀X射線源。

(2)從F發(fā)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,照射試樣。

這個狹縫稱為發(fā)散狹縫(H),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)整用0.05毫米寬的狹縫。

(3)從試樣上衍射的X射線束,在G處聚焦,放在這個位置的第三個狹縫,稱為接收狹縫。

生產(chǎn)廠供給0.15毫米,0.3毫米,0.6毫米寬的接收狹縫。

(4)第二個狹縫是防止空氣散射等非試樣散射X射線進(jìn)入計數(shù)管,稱為防散射狹縫(M)。

H和M配對,生產(chǎn)廠供給與發(fā)散狹縫的發(fā)射角相同的防散射狹縫。

(5)S,S1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。

這個框架兼作其他狹縫插座用,即插入H,M和G。

3.X射線探測記錄裝置衍射儀中常用的探測器是閃爍計數(shù)器(SC),它是利用X射線能在某些固體物質(zhì)(磷光體)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。

由于輸出的電流和計數(shù)器吸收的X光子能量成正比,因此可以用來測量衍射線的強(qiáng)度。

閃爍計數(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(一次電子),光電倍增管電極由10個左右的聯(lián)極構(gòu)成,由于一次電子在聯(lián)極表面上激發(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104.計算機(jī)控制,處理裝置Y-2000衍射儀主要操作都由計算機(jī)控制自動完成,掃描操作完成后,衍射原6倍),最后輸出幾個毫伏的脈沖。

始數(shù)據(jù)自動存入計算機(jī)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(diǎn)的選擇,背底扣除,自動尋峰,d值計算,衍射峰強(qiáng)度計算等。

四.實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇1.陽極靶的選擇:選擇陽極靶的基本要求:盡可能避免靶材產(chǎn)生的特征X射線激發(fā)樣品的熒光輻射,以降低衍射花樣的背底,使圖樣清晰。

不同靶材的使用范圍見表一。

靶的材料Cu除了黑色金屬試樣以外的一般無機(jī)物,有機(jī)物Co黑色金屬試樣(強(qiáng)度高,背底也高,最好用單色器)Fe黑色金屬試樣(缺點(diǎn)是靶的允許負(fù)荷小)Cr黑色金屬試樣(強(qiáng)度低,但P/B大),應(yīng)力測定Mo測定鋼鐵試樣或利用透射法測定吸收系數(shù)大試樣W單晶的勞厄照相(也可以用Mo靶、Cu靶,靶材原子序數(shù)大,強(qiáng)度越高)表一不同靶材的使用范圍必須根據(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射線的波長稍短于試樣成分元素的吸收限時,試樣強(qiáng)烈地吸收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(qiáng)度,B為背底強(qiáng)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1nm至0.1nm之間。

為了使這一范圍內(nèi)的衍射峰易于分離而被檢測,需要選擇合適波長的特征X射線。

詳見表二。

一般測試使用銅靶,但因X射線的波長與試樣的吸收有關(guān),可根據(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,穿透能力強(qiáng),如果希望在低角處得到高指數(shù)晶面衍射峰,或?yàn)榱藴p少吸收的影響等,均可選用鉬靶。

生產(chǎn)廠家提供銅靶并提供鎳濾波片過濾K線。

陽極物質(zhì)數(shù)Ag475.5941Mo427.0930Cu2915.4051Ni2816.5791Co2717.經(jīng)常使用的條件原子序波長10K1-10mKK1K5.63805.60844.8597.13597.10735.19815.443315.417813.80416.617515.691914.88117.17.16.889792859026062Fe2619.360419.399819.373517.435Cr2422.897122.936122.910020.702表二幾種不同靶材的特征X射線波長2.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射線管額定功率,較低的管電流可以延長X射線管的壽命。

X射線管經(jīng)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(qiáng)度的增加率將下降。

所以,在相同負(fù)荷下產(chǎn)生X射線時,在管壓約為激發(fā)電壓5倍以內(nèi)時要優(yōu)先考慮管壓,在更高的管壓下其負(fù)荷可用管流來調(diào)節(jié)。

靶元素的原子序數(shù)越大,激發(fā)電壓就越高。

由于連續(xù)X射線的強(qiáng)度與管壓的平方呈正比,特征X射線與連續(xù)X射線的強(qiáng)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倍時反而變小,所以,管壓過高,信噪比P/B將降低,這是不可取得的。

具體數(shù)據(jù)見表三:衍射儀測試條件參數(shù)選擇。

表三:衍射儀測試條件參數(shù)選擇.發(fā)散狹縫的選擇(DS):發(fā)散狹縫(DS)決定了X射線水平方向的發(fā)散角,限制試樣被X射線照射的面積。

如果使用較寬的發(fā)射狹縫,X射線強(qiáng)度增加,但在低角處入射X射線超出試樣范圍,照射到邊上的試樣架,出現(xiàn)試樣架物質(zhì)的衍射峰或漫散峰,對定量相分析帶來不利的影響。

因此有必要按測定目的選擇合適的發(fā)散狹縫寬度。

通常定性物相分析選用1發(fā)散狹縫,當(dāng)?shù)徒嵌妊苌涮貏e重要時,可以選用1/2(或1/6)發(fā)散狹縫。

4.防散射狹縫的選擇(M):防散射狹縫用來防止空氣等物資引起的散射X射線進(jìn)入探測器,選用M與H角度相同。

5.接收狹縫的選擇(G):接收狹縫的大小影響衍射線的分辨率。

接收狹縫越小,分辨率越高,衍射強(qiáng)度越低。

通常物相定性分析時使用0.3mm的接收狹縫,精確測定可使用0.15mm的接收狹縫。

6.濾波片的選擇:Z濾Z靶-(1～2):Z靶40,Z濾=Z靶-2生產(chǎn)廠家提供鎳濾波片7.掃描范圍的確定不同的測定目的,其掃描范圍也不同。

當(dāng)選用Cu靶進(jìn)行無機(jī)化合物的相分析時,掃描范圍一般為90～2(2);對于高分子,有機(jī)化合物的相分析,其掃描范圍一般為60～2;在定量分析,點(diǎn)陣參數(shù)測定時,一般只對欲測衍射峰掃描幾度。

8.掃描速度的確定常規(guī)物相定性分析常采用每分鐘2或4的掃描速度,在進(jìn)行點(diǎn)陣參數(shù)測定,微量分析或物相定量分析時,常采用每分鐘1/2或1/4的掃描速度。

五.樣品制備和測試X射線衍射分析的樣品主要有粉末樣品,塊狀樣品,薄膜樣品,纖維樣品等。

樣品不同,分析目的不同(定性分析或定量分析),則樣品制備方法也不同。

1.粉末樣品:X射線衍射分析的粉末試樣必需滿足這樣兩個條件:晶粒要細(xì)小,試樣無擇優(yōu)取向(取向排列混亂)。

所以,通常將試樣研細(xì)后使用,可用瑪瑙研缽研細(xì)。

定性分析時粒度應(yīng)小于44微米(350目),定量分析時應(yīng)將試樣研細(xì)至10微米左右。

較方便地確定10微米粒度的方法是,用拇指和中指捏住少量粉末,并碾動,兩手指間沒有顆粒感覺的粒度大致為10微米。

常用的粉末樣品架為玻璃試樣架,在玻璃板上蝕刻出試樣填充區(qū)為2018平方毫米。

玻璃樣品架主要用于粉末試樣較少時(約少于500立方毫米)使用。

充填時,將試樣粉末-點(diǎn)一點(diǎn)地放進(jìn)試樣填充區(qū),重復(fù)這種操作,使粉末試樣在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實(shí),要求試樣面與玻璃表面齊平。

如果試樣的量少到不能充分填滿試樣填充區(qū),可在玻璃試樣架凹槽里先滴一薄層用醋酸戊酯稀釋的火棉膠溶液,然后將粉末試樣撒在上面,待干燥后測試。

2.塊狀樣品:先將塊狀樣品表面研磨拋光,大小不超過2018平方毫米,然后用橡皮泥將樣品粘在樣品支架上,要求樣品表面與樣品支架表面平齊。

樣品測試(1)開機(jī)前的準(zhǔn)備和檢查將制備好的試樣插入衍射儀樣品臺,蓋上頂蓋關(guān)閉防護(hù)罩;開啟水龍頭,使冷卻水流通;X光管窗口應(yīng)關(guān)閉,管電流管電壓表指示應(yīng)在最小位置;接通總電源。

(2)開機(jī)操作開啟衍射儀總電源,啟動循環(huán)水泵;待數(shù)分鐘后,打開計算機(jī)X射線衍射儀應(yīng)用軟件,設(shè)置管電壓,管電流至需要值,設(shè)置合適的衍射條件及參數(shù),開始樣品測試。

(3)停機(jī)操作測量完畢,關(guān)閉X射線衍射儀應(yīng)用軟件;取出試樣;15分鐘后關(guān)閉循環(huán)水泵,關(guān)閉水源;關(guān)閉衍射儀總電源及線路總電源。

六.數(shù)據(jù)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。

原始數(shù)據(jù)需經(jīng)過曲線平滑,Ka2扣除,譜峰尋找等數(shù)據(jù)處理步驟,最后打印出待分析試樣衍射曲線和d值,2,強(qiáng)度,衍射峰寬等數(shù)據(jù)供分析鑒定。

七.物相定性分析方法X射線衍射物相定性分析方法的基本原理是匹配d和I判斷存在的物相。

通過X射線衍射儀掃描得到試樣的X射線衍射譜，如圖六。

由2角根據(jù)布拉格公式可以算出對應(yīng)的d值。

如果將幾種物質(zhì)混合拍照，則所得衍射線條將是各個單獨(dú)物相衍射結(jié)果的簡單疊加。

根據(jù)這一原理就可能從混合物的衍射花樣中將各物相一個一個地尋找出來。

如果拍攝了大量標(biāo)準(zhǔn)單相物質(zhì)的圖樣，則物相分析就變成了簡單的對照工作，但由于數(shù)量大,必須制定一套迅速檢索的辦法。

這種辦法由哈那瓦特于1938年創(chuàng)立。

圖樣上線條的位置由衍射角決定，而取決于波長又及面間距d，其中d是由晶體結(jié)構(gòu)決定的基本量，因此，在卡片上列出一系列d及對應(yīng)的強(qiáng)度I，就可以代替衍射圖樣。

應(yīng)用時只須將所測圖樣經(jīng)過簡單的轉(zhuǎn)換就可以與標(biāo)準(zhǔn)卡片相對照，而且在拍照圖樣時不必局限于使用與制作卡片時相同的波長。

哈那瓦特及其協(xié)作者最初制作了約1000種物質(zhì)的圖樣，1942年由美國材料試驗(yàn)協(xié)會(TheAmericanSocietyforTestingMateriats)整理并出版了卡片約l300張，這就是通常使用的ASTM卡片。

此種卡片后來逐年均有所增添。

l969年起，由美國材料試驗(yàn)協(xié)會和英國、法國、加拿大等國家的有關(guān)協(xié)會共同組成名為粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會負(fù)責(zé)卡片的收集，校訂和編輯工作，并出版了名為粉末衍射卡組(ThePowderDiffractionFile)，簡稱PDF卡片（見圖七），為了檢索的迅速方便，又制定了索引。

這里介紹一種檢索方法三強(qiáng)線法的過程。

對單一物相(1)從前反射區(qū)(290)中選取強(qiáng)度最大的三根線,見圖六,使其d值按強(qiáng)度遞減的次序排列。

(2)在數(shù)字索引中找到對應(yīng)的d1(最強(qiáng)線的面間距)組。

(3)按次強(qiáng)線的面間距d2找到接近的幾列。

(4)檢查這幾列數(shù)據(jù)中的第三個d值是否與待測樣的數(shù)據(jù)對應(yīng),再查看第四至第八強(qiáng)線數(shù)據(jù)并進(jìn)行對照,最后從中找出最可能的物相及其卡片號。

圖六.某種硅晶體的衍射譜圖七.標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片樣片卡片上包含：

1.卡片序號；Quality右上角標(biāo)號★表示數(shù)據(jù)高度可靠；○表示可靠性較低；無符號者表示一般；i表示已指數(shù)化和估計強(qiáng)度，但不如有星號的卡片可靠；有c表示數(shù)據(jù)為計算值。

2.化學(xué)分析、試樣來源、分解溫度、轉(zhuǎn)變點(diǎn)、熱處理、實(shí)驗(yàn)溫度等3.物相的結(jié)晶學(xué)數(shù)據(jù)4.所用實(shí)驗(yàn)條件5.礦物學(xué)通用名稱、有機(jī)物結(jié)構(gòu)式。

6.物相的化學(xué)式和名稱7.收集到的衍射的d（或相應(yīng)的角度值）、I/I1和hkl值。

(5)找出可能的標(biāo)準(zhǔn)卡片,將實(shí)驗(yàn)所得d及I/I1跟卡片上的數(shù)據(jù)詳細(xì)對照,如果完全符合,物相鑒定即告完成。

如果待測樣的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)不符,則須重新排列組合并重復(fù)(2)～(5)的檢索手續(xù)。

如為多相物質(zhì),當(dāng)找出第一物相之后,