【文章內(nèi)容簡介】 的距離分布而形成的。各種晶體具有不同的基本單元、晶胞大小、對(duì)稱性，因此，每一種晶體都必然存在著一系列特定的d值，可以用于表征不同的晶體。X射線波長與晶面間距相近，可以產(chǎn)生衍射。晶面間距d和X射線的波長的關(guān)系可以用布拉格方程來表示2dsinθ＝nλ根據(jù)布拉格方程，不同的晶面，其對(duì)X射線的衍射角也不同。因此，通過測(cè)定晶體對(duì)X射線的衍射，就可以得到它的X射線粉末衍射圖。如下圖3就是衍射儀的圖譜。圖3 X射線衍射圖譜 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(diǎn)種類，數(shù)目，分布）和組成元素。一種物質(zhì)有自己獨(dú)特的衍射譜與之對(duì)應(yīng)，多相物質(zhì)的衍射譜為各個(gè)互不相干，獨(dú)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(qiáng)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(gè)物相都有一套dI特征值及衍射譜圖。因此，可以對(duì)多相共存的體系進(jìn)行全分析。也就是說實(shí)驗(yàn)測(cè)得的圖譜與數(shù)據(jù)庫中的已知X射線粉末衍射圖對(duì)照，通過兩者的匹配性就可以確定它的物相。實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)中使用的是德國布魯克公司D8 X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(cè)角儀與BB衍射幾何3）光學(xué)系統(tǒng)及其參數(shù)選擇對(duì)采集數(shù)據(jù)質(zhì)量影響4）探測(cè)器5）控測(cè)、采集數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理儀器設(shè)計(jì)原理：R1=R2=R ,試樣轉(zhuǎn)θ角，探測(cè)器轉(zhuǎn)2θ角（2θ/θ偶合）或試樣不動(dòng)，光管轉(zhuǎn)θ，探測(cè)器轉(zhuǎn)θ（θ/ θ偶合），其基本結(jié)構(gòu)原理圖如下圖4圖4 X射線衍射儀設(shè)計(jì)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)2θ=0，聚焦圓半徑r=∞；當(dāng)2θ=1800時(shí)，r=R/2,且r = R/2sinθ。實(shí)驗(yàn)步驟一，樣品制備將待測(cè)粉末樣品在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實(shí)，使試樣面與玻璃表面齊平，二，D8 X射線衍射儀使用測(cè)量衍射圖譜 X射線衍射儀操作規(guī)程開機(jī)。（1）開總電源。（2）開電腦。（3）開循環(huán)水。（4）開儀器電源（按綠色按鈕，由4燈全亮變成ON和ALARM燈亮）。（5）開Xray高壓（右側(cè)扳手順時(shí)針向上扳45度保持3~5秒，直到Ready燈亮）。（6）開BIAS（在前蓋盤內(nèi)）。2，開軟件XRD Commander。在XRD Commander里升電壓和電流，每隔30秒加5kV直到40kV；然后加電流，每隔30秒加5mA直到40mA。如果停機(jī)2天以上最好做光管老化：點(diǎn)擊D8 Tools主界面/Xray generator，點(diǎn)擊工具欄里的utilities/Xray.../Tube condition ON/OFF，在右下角的狀態(tài)欄出現(xiàn)Tube condition ON，電壓和電流會(huì)逐步升到50kV5mA。大概需要1小時(shí)，等電壓和電流回到20kV5mA，點(diǎn)擊Tube condition ON/OFF老化結(jié)束。（老化過程可隨時(shí)終止：點(diǎn)擊Tube condition ON/OFF即可。）打開XRD Commander，先初始化（點(diǎn)擊兩個(gè)軸上面的選項(xiàng)Requested，選定兩個(gè)軸，使Tube為20，Detector為20，點(diǎn)擊菜單里的初始化圖標(biāo)進(jìn)行初始化）。做物相分析在Scantype中選Locked Coupled，并且在Detail中將探測(cè)器改為1D。在XRD Commander中選擇各參數(shù)（起始角、終止角、步長等）開始測(cè)量。即可獲得一張衍射圖譜，將其保存為*.raw文件。對(duì)于未知的樣品：首先，掃描范圍~900，步長大些，快速掃描。然后，參照第前面的譜線，把掃描起始角放在第一個(gè)峰前一點(diǎn)，把終止角放在最后一個(gè)峰后一點(diǎn)。對(duì)于一般定性分析用連續(xù)掃描。對(duì)于定量分析（例如無標(biāo)樣定量相分析等）對(duì)強(qiáng)度要求高，就用步進(jìn)掃描。 X射線衍射儀操作規(guī)程關(guān)機(jī)。（1）在軟件里降高壓。在軟件XRD Commander里將高壓調(diào)到20kV~5mA，點(diǎn)擊“Set”。（2）關(guān)軟件XRD Commander。（3）關(guān)Xray高壓（右側(cè)扳手逆時(shí)針向上扳45度），再等5分鐘。（4）關(guān)儀器電源（按紅色按鈕）。（5）關(guān)循環(huán)水（關(guān)儀器電源后迅速關(guān)水）。（6）關(guān)BIAS（在前蓋盤內(nèi)）。（7）關(guān)電腦。（8）關(guān)總電源。三，Eva軟件對(duì)圖譜處理進(jìn)行物相分析（1）將待處理的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入。點(diǎn)擊File/Import/Scan調(diào)入原始數(shù)據(jù)文件*.raw進(jìn)行處（2）在ToolBox框內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。i)扣背景：點(diǎn)擊Backgnd/點(diǎn)擊Default/點(diǎn)擊Replace，顯示扣背景處理后的數(shù)據(jù)（也可以點(diǎn)擊Backgnd，把門檻threshold改為“0”，上下移動(dòng)滑塊，調(diào)整至合適背景，點(diǎn)擊“Replace”，顯示扣背景處理后的數(shù)據(jù)）。ii)刪除k：點(diǎn)擊Strip k/點(diǎn)擊Default/點(diǎn)擊Replace，顯示處理后的數(shù)據(jù)（也可以上下移動(dòng)滑塊調(diào)整至合適，單擊Replace，顯示處理后的數(shù)據(jù)）。iii)平滑處理：單擊Smooth/點(diǎn)擊Default/點(diǎn)擊Replace，顯示處理后的數(shù)據(jù)（也可以設(shè)定需要平滑的參數(shù)，左右或上下移動(dòng)滑塊進(jìn)行調(diào)整，合適后單擊Replace，顯示處理后的數(shù)據(jù)）。iv)尋峰：點(diǎn)擊Peak Search，設(shè)定尋峰參數(shù)（門檻threshold與峰寬Width標(biāo)定，可以上下移動(dòng)滑塊進(jìn)行調(diào)整）。點(diǎn)擊“Append to list”標(biāo)定全譜衍射d值（標(biāo)定漏峰只需按左鍵將“↓”拖移至峰頂點(diǎn)擊即可，刪除峰可點(diǎn)擊刪除峰與“”即可），此時(shí)數(shù)據(jù)在peak狀態(tài)列于框內(nèi)。（2）選定所有的峰，單擊Made DIF生成DIF文件。（4）物相的定性分析：點(diǎn)擊Search/Match。在Search/Match框內(nèi)選擇前三個(gè)Quality Marks，選擇可能的元素，并選擇Pattern，點(diǎn)擊Search進(jìn)行檢索/匹配。（先選Toggle All/點(diǎn)擊左上角的元素“H”可以將所有的元素變?yōu)榧t色，即肯定沒有。/選擇肯定有的點(diǎn)成綠色。/選擇可能有的點(diǎn)成灰色。紅色肯定沒有。）。最后根據(jù)列表給出的可能物質(zhì)通過比較卡片內(nèi)的譜線和實(shí)際測(cè)量出譜線的吻合程度來確定組成成分，也就完成了X射線衍射的初步分析工作。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：（1）對(duì)Fe和Cu樣品，其中可能氧化有氧，實(shí)驗(yàn)初步測(cè)量結(jié)果圖如下圖5 樣品1的測(cè)量譜線通過實(shí)驗(yàn)軟件，定性分析出其中有Fe2O3,，CU2+1O，以及alpha Fe2O3,。其圖譜與測(cè)量的匹配性如下；對(duì)于alpha Fe2O3，其譜線與測(cè)量譜線的吻合度如下圖6，藍(lán)色線為alpha Fe2O3的譜線圖6 alpha Fe2O3譜線與測(cè)量譜線的匹配可以看出有幾個(gè)明顯的峰吻合，可以判斷樣品中含有alpha Fe2O3對(duì)于Fe2O3,其藍(lán)色譜線與測(cè)量譜線的吻合度如下圖7；圖7 Fe2O3譜線與測(cè)量譜線的吻合同樣可以看出。有幾個(gè)小峰與測(cè)量譜線重合，樣品中存在Fe2O3 對(duì)于CU2+1O的藍(lán)色譜線與測(cè)量譜線的吻合度如下圖8圖8CU2+1O的譜線與測(cè)量譜線的吻合可以看出，幾個(gè)特別強(qiáng)的峰均與CU2+1O吻合，可以說樣品中含有CU2+1O。綜上和三者譜線之和與測(cè)量譜線的吻合度，可以看出，三種樣品的圖譜基本上把所有的峰都匹配了，如下圖9由此基本上可以定性分析出樣品中的物質(zhì)是Fe2O3,，CU2+1O，以及alpha Fe2O3（2）Mg和Si樣品，其中可能氧化有O，其實(shí)驗(yàn)測(cè)量的譜線圖如下圖10 樣品2的測(cè)量譜線同樣通過分析軟件，可以分析出樣品中只含Mg和Si兩種物質(zhì)，其各自的匹配性如下：Mg的藍(lán)色譜線與測(cè)量譜線的吻合度：：，可以基本看出，測(cè)量譜線所有的峰都被匹配了。物相鑒定方法特點(diǎn)與注意點(diǎn)不是單純的元素分析，能確定組元所處的化學(xué)狀態(tài)（式樣屬何物質(zhì)，那種晶體結(jié)構(gòu)，并確定其化學(xué)式）?？蓞^(qū)別同素異構(gòu)物相，尤其是對(duì)多型、固體有序無序轉(zhuǎn)變的鑒別。樣品由多組份構(gòu)成時(shí)，可區(qū)別是固溶體或是混合相（多組份物相）?？煞治龇勰?、塊狀、線狀試樣。樣品易得，耗量少，與實(shí)體系相近，應(yīng)用非常廣泛。物相必是結(jié)晶態(tài)，可檢出非晶物。微量相（如對(duì)分析模棱兩可的物相分析，借助試樣的歷史（如試樣來源、化學(xué)組分、處理情況等），或者借助其它分析手段如化學(xué)分析、金相、電鏡等）進(jìn)行綜合判斷是絕對(duì)必要的。最終人工判斷才能得出正確結(jié)論實(shí)驗(yàn)思考（1）X射線在晶體上產(chǎn)生衍射的條件是什么？由Bragg 公式可以知道，n最小取1，因而2d=λ,也就是說滿足2d=λ 時(shí)，X射線在晶體上產(chǎn)生衍射。（2）為什么衍射儀記錄的始終是平行于試樣表面的衍射？對(duì)一些（hkl）晶面滿足布拉格方程產(chǎn)生對(duì)于粉末多晶體試樣，在任何方位上總會(huì)反射，而且反射是向四面八方的。但是那些平行于試樣表面的（hkl）晶面滿足入射角=衍射角=θ的條件，此時(shí)衍射線夾角為（π－2θ)，(π－2θ)正好為聚焦圓的圓周角，由平面幾何可知，位于同一圓弧上的圓周角相等，所以，位于試樣不同部位平行于試樣表面的