第一章1.5-X射線衍射實驗方法.ppt

1、第一章 X射線衍射分析,1.1 X射線物理基礎(chǔ) 1.2 X射線與物質(zhì)的相互作用 1.3 X射線在晶體中的衍射 1.4 X射線衍射線的強度 1.5 X射線衍射實驗方法 1.6 X射線衍射物相分析,X射線衍射的方法-概述,產(chǎn)生衍射的必要條件是入射X射線的波長和（入射線與反射面的布拉格角）必須符合布拉格方程 的要求。因此，實現(xiàn)衍射的各種方法都是在實驗中設(shè)法連續(xù)地變化波長或角，來滿足衍射幾何的要求，以達到產(chǎn)生衍射(面間距d不同的各面網(wǎng)族產(chǎn)生的)的目的。,X射線衍射的方法-概述,勞埃法,勞埃法是應(yīng)用最早的一種衍射方法，它是用連續(xù)X射線投射到不動的單晶體試樣上產(chǎn)生衍射的一種實驗方法。 勞埃法要求所用的連續(xù)

2、X射線具有較高的強度，以便在較短的時間內(nèi)得到清晰的衍射花樣。因此，勞埃法一般均選用原子序數(shù)較大的鎢（Z=74）靶X射線管作輻射源，,勞埃法,實驗裝置 包括光闌、試樣架和平 底片匣,氯化鈉晶體的勞埃相片,旋轉(zhuǎn)單晶法,旋轉(zhuǎn)單晶法是用單色X射線照射到轉(zhuǎn)動的單晶體上產(chǎn)生衍射的方法。簡稱旋轉(zhuǎn)法或周轉(zhuǎn)法。采用單晶體樣品；入射線為波長固定的標識射線，以固定方向投射到樣品上；但工作過程中使樣品繞某個確定軸線（通常是垂直于入射線方向的一根軸線）作等角速的旋轉(zhuǎn)。顯然，在晶體旋轉(zhuǎn)過程中，各個面網(wǎng)族與入射線間的夾角都各自在一定的范圍內(nèi)連續(xù)遞變著，亦即乃是可變量，從而在轉(zhuǎn)到某些適當?shù)慕堑乃查g，便有反射線產(chǎn)生。,粉晶法,

3、也稱粉末法或多晶體法。采用粉末狀的多晶體樣品；入射線為波長固定的標識射線，以固定方向投射到樣品上。由于樣品中所包含的晶粒數(shù)目極為龐大，每mm3內(nèi)可達109個或更多，而且各晶粒在空間的取向又是雜亂無章的，以致總是存在著這樣的機遇可能：對于所有晶粒中任一給定的(hkl)面網(wǎng)族而言，它們與入射線之間的夾角，包含了從090的幾乎一切可能的值。這就相當于成了可變量，從而總是可以找到某些晶粒，它們的某個（hkl）面網(wǎng)族與入射線恰好都相交成適當?shù)闹担怪軌驖M足反射條件而產(chǎn)生反射。,粉晶照相法-反射圓維面,現(xiàn)在來進一步分析各晶粒的同一hkl衍射線之方向。假設(shè)某一（hkl）面網(wǎng)與入射X射線的交角H K L為，

4、且此H K L值恰好能滿足布拉格公式. 如果使此面網(wǎng)以入射方向為軸旋轉(zhuǎn)一周，則在此過程中該面網(wǎng)與入射線的交角將始終是H K L。因此，在旋轉(zhuǎn)過程中的任一瞬間該面網(wǎng)所在的位置，也必定能滿足布拉格方程。,對于另一 面網(wǎng)族,必在樣品中找到另一系列晶粒.他們的 面面族與入射夾角 ,恰好滿足條件,于是他們的反射線將連成以入射線為軸,張角為4 的反射錐面，以此類推，還可以得出以等網(wǎng)面產(chǎn)生 . 的夾角分別為的一系列反射圓錐面。,將4180區(qū)域稱為高角度區(qū)。,粉晶照相法-反射圓維面,粉晶照相法-針孔法,底片垂直于入射線的方向安置.,記錄在底片上的將是一系列同心圓,粉晶照相法-德拜-謝樂法(Debye-P.Sc

5、herrer),如果將長條形底片卷成圓筒，使底片圓筒的軸線與入射線垂直，這樣記錄衍射線的方法稱為德拜-謝樂法，又稱德拜法,德拜法-德拜相機,結(jié)構(gòu):圓筒形包殼、試樣架、光闌等部分組成。照相底片緊貼在圓筒外殼的內(nèi)壁，相機的半徑等半徑。德于底片的曲率拜相機的直徑一般為57.3mm或114.6mm。,粉晶照相法-樣品制備,粉末樣晶的細度一般要通過250325目（孔每平方厘米）的篩孔(用手試沒有顆粒感)。粉末顆粒度不能太大也不能太小,太大(10-3cm)則參加衍射的晶粒數(shù)少，會使衍射線條起麻甚至不連續(xù)。太細(10-5cm)，會使衍射線條變寬,這些都不利于分析工作。 制樣的方法一般是把樣品均勻地鋪在一干凈

6、的玻璃板上。取一根玻璃絲，在玻璃絲上涂一薄層膠水或粘合劑，然后在粉末中滾動，這樣就制成了粗細均勻的圓柱試樣。,德拜法-底片的安裝,德拜相機條用長條底片,其安裝方式可分以下幾種 : 正裝法 反裝法 不對稱裝法,底片的安裝-正裝法,底片中心有一個孔，是安放光闌的位置，圓筒底片的開口在承光管的兩側(cè)。2從底片中心向兩側(cè)逐漸增加。這種裝底片方法常用于物相分析等工作。,底片的安裝-反裝法,底片中心是安放承光管的位置，圓筒底片的開口在光闌的兩側(cè)，衍射角2從底片中心向兩側(cè)逐漸減小，這種裝底片方法常用點陣常數(shù)的測定。,底片的安裝-不對稱安裝法,底片上有兩個孔，分別為安放光闌和承光管的位置，圓筒底片的開口在承光管

7、和光闌之間。這種安裝底片的方法可以直接由底片上測算出圓筒底片的曲率半徑。因此，可校正由于底片收縮、試樣偏心以及相機半徑不準確所產(chǎn)生的誤差。這種裝底片的方法較適用于點陣常數(shù)的精確測定。,衍射花樣的測量和計算,衍射花樣的測量和計算 德拜法衍射花樣的測量主要是測量衍射線條的 相對位置和相對強度 然后，再計算出： 角和晶面間距dHKL,衍射花樣的測量和計算1,衍射花樣的測量和計算2,粉晶衍射儀法,德拜粉晶照相技術(shù) 曝光時間一般長達幾小時，而且制樣，裝底片，沖洗底片等都很麻煩，工作效率很低。聚焦法雖然縮小了曝光時間，但所得的線條有限。,粉晶衍射儀法 使一束平行的單色X射線垂直投射到一根粉晶樣品柱上，則將

8、產(chǎn)生一組以入射線為軸的同軸反射圓錐面族。假定此時不用底片記錄，而是使一個輻射探測器處在相當于圓筒形底片的位置上，繞樣品柱旋轉(zhuǎn)，那么就可以依次測定各個反射圓錐角的2角及衍射強度。,粉晶衍射儀法,X光衍射儀的主要組成部分是:X光機、測角儀、探測器、記錄器和操縱系統(tǒng)。 現(xiàn)代電子學(xué)、集成電路、電子計算機等先進技術(shù)進一步與X射線衍射儀結(jié)合，使X射線衍射儀向強光源、高穩(wěn)定、高分辨、多功能、全自動的聯(lián)合組機方向發(fā)展，可以自動地給出大多數(shù)衍射實驗工作的結(jié)果。,粉晶衍射儀法-測角儀,裝在轉(zhuǎn)盤中心的為試樣P； 焦點S處發(fā)出發(fā)散的X-射線； 入射光闌系統(tǒng) DS限制入射X-射線的發(fā)散度； 衍射線經(jīng)接收光闌系統(tǒng)RS進入計數(shù)器C； 試樣繞測角儀中心軸轉(zhuǎn)動，不斷地改變?nèi)肷渚€與試樣表面的夾角 ；計數(shù)器沿測角儀圓運動，接收各衍射角2所對應(yīng)的衍射強度。,測角儀的聚焦原理,X射線管的焦點F，計數(shù)器的接收狹縫G和試樣表面位于同一聚圓焦上，因此可以使由F點射出的發(fā)散束經(jīng)試樣衍射后的衍射束在G點聚焦,測角儀的光學(xué)布置,測角儀上的狹逢系統(tǒng)由圖33所示，其中S1和S2為索拉(Soller)狹逢，它由一層層等間距的金屬箔片構(gòu)成，以減少X光入射線和衍射線的重直發(fā)散度。,