【正文】 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。生產廠家提供1/6176。、1/2176。、1176。、2176。、4176。的發(fā)散狹縫，通常定性物相分析選用1176。發(fā)散狹縫，當?shù)徒嵌妊苌涮貏e重要時，可以選用1/2176。（或1/6176。）發(fā)散狹縫。防散射狹縫的選擇（SS）：防散射狹縫用來防止空氣等物資引起的散射X射線進入探測器，選用SS與DS角度相同。接收狹縫的選擇（RS）：、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，衍射強度越低。掃描范圍的確定：不同的測定目的，其掃描范圍也不同。當選用Cu靶進行無機化合物的相分析時，掃描范圍一般為90176?！?176。（2θ）；對于高分子，有機化合物的相分析，其掃描范圍一般為60～2176。；在定量分析、點陣參數(shù)測定時，一般只對欲測衍射峰掃描幾度。掃描速度的確定 常規(guī)物相定性分析常采用每分鐘2176?；?176。的掃描速度，在進行點陣參數(shù)測定，微量分析或物相定量分析時，常采用每分鐘1/2176?；?/4176。的掃描速度。六、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。： X射線衍射分析的粉末試樣必需滿足這樣兩個條件：晶粒要細小，試樣無擇優(yōu)取向(取向排列混亂)。所以，通常將試樣研細后使用，可用瑪瑙研缽研細。定性分析時粒度應小于44微米(350目)，定量分析時應將試樣研細至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，將試樣粉末一點一點地放進試樣填充區(qū)，重復這種操作，使粉末試樣在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實，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。： 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鋁樣品支架上，要求樣品表面與鋁樣品支架表面平齊。3. 薄膜樣品制備：將薄膜樣品剪成合適大小，用膠帶紙粘在玻璃樣品支架上即可。本實驗提供四種粉末樣品，一種塊狀樣品，一種薄膜樣品，請同一組的同學分別選擇不同樣品進行分析。七、樣品測試(1)開機前的準備和檢查：將制備好的試樣插入衍射儀樣品臺，蓋上頂蓋關閉防護罩； X光管窗口應關閉，管電流管電壓表指示應在最小位置；接通總電源。(2)開機操作：啟動循環(huán)水泵，開啟衍射儀總電源；待數(shù)分鐘后，打開計算機X射線衍射儀應用軟件，設置管電壓、管電流至需要值，設置合適的衍射條件及參數(shù)，開始樣品測試。(3)停機操作：測量完畢，關閉X射線衍射儀應用軟件；取出試樣；15分鐘后關閉循環(huán)水泵，關閉水源；關閉衍射儀總電源及線路總電源。八、 數(shù)據(jù)處理測試完畢后，可將樣品測試數(shù)據(jù)存入磁盤供隨時調出處理。原始數(shù)據(jù)需經過曲線平滑，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、2θ、強度、衍射峰寬等數(shù)據(jù)供分析鑒定。九、 物相定性分析方法X射線衍射物相定性分析方法有以下幾種：： （1）從前反射區(qū)（2θ＜90)中選取強度最大的三根線，見圖三所示，使其d值按強度遞減的次序排列。 （2）在數(shù)字索引中找到對應的d1(最強線的面間距）組。 （3）按次強線的面間距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，再查看第四至第八強線數(shù)據(jù)并進行對照，最后從中找出最可能的物相及其卡片號。如表4所示。圖3衍射譜中的三強線 表4 標準PDF卡片樣片（5）找出可能的標準卡片，將實驗所得d及I/I1跟卡片上的數(shù)據(jù)詳細對照，如果完全符合，物相鑒定即告完成。 如果待測樣的數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)不符，則須重新排列組合并重復（2）～（5）的檢索手續(xù)。如為多相物質，當找出第一物相之后，可將其線條剔出，并將留下線條的強度重新歸一化，再按過程（1）～（5）進行檢索，直到得出正確答案。：對于經常使用的樣品，其衍射譜圖應該充分了解掌握，可根據(jù)其譜圖特征進行初步判斷，如圖5所示。，在68度左右有五指峰出現(xiàn)，則可初步判定樣品含SiO2。 圖5SiO2樣品的X射線衍射譜十. 實驗報告及要求，掌握實驗原理等必需知識。，設計實驗方案，選擇樣品制備方法、儀器條件參數(shù)等。：實驗原理，實驗方案步驟(包括樣品制備、實驗參數(shù)選擇、測試、數(shù)據(jù)處理等)，選擇定性分析方法，物相鑒定結果分析等。（中英文）、卡片號，實驗數(shù)據(jù)和標準數(shù)據(jù)三強線的d值、相對強度及（HKL）。十一、 討論（思考）題（任選兩題）：； ； ，應注意什么問題？ ，X射線衍射圖有何區(qū)別，原因如何？ ，原因如何？十二、 參考資料 1.《聚合物X射線衍射》周貴恩中國科學技術大學出版社1989； 2.《材料近代分析測試方法》常鐵軍哈爾濱工業(yè)大學出版社，1999； 3.《儀器分析》朱明華高等教育出版社2000； 實驗八：透射電鏡的基本結構和操作實驗目的： 了解透射電子顯微鏡的基本結構。 熟悉透射電子顯微鏡的操作原理。實驗原理透射電鏡，即透射電子顯微鏡是電子顯微鏡的一種。電子顯微鏡是一種高精密度的電子光學儀器，它具有較高分辨本領和放大倍數(shù)，是觀察和研究物質微觀結構的重要工具。電子顯微鏡是根據(jù)電子光學原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學透鏡，使物質的細微結構在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。電子顯微鏡的分辨能力以它所能分辨的相鄰兩點的最小間距來表示。20世紀70年代，()。現(xiàn)在電子顯微鏡最大放大倍率超過300萬倍，而光學顯微鏡的最大放大倍率約為2000倍，所以通過電子顯微鏡就能直接觀察到某些重金屬的原子和晶體中排列整齊的原子點陣。1931年，德國的克諾爾和魯斯卡，用冷陰極放電電子源和三個電子透鏡改裝了一臺高壓示波器，并獲得了放大十幾倍的圖象，證實了電子顯微鏡放大成像的可能性。1932年，經過魯斯卡的改進，電子顯微鏡的分辨能力達到了50納米，約為當時光學顯微鏡分辨本領的十倍，于是電子顯微鏡開始受到人們的重視。到了二十世紀40年代，美國的希爾用消像散器補償電子透鏡的旋轉不對稱性，使電子顯微鏡的分辨本領有了新的突破，逐步達到了現(xiàn)代水平。在中國，1958年研制成功透射式電子顯微鏡，其分辨本領為3納米。電子顯微鏡的分辨本領雖已遠勝于光學顯微鏡，但電子顯微鏡因需在真空條件下工作，所以很難觀察活的生物，而且電子束的照射也會使生物樣品受到輻照損傷。其他的問題，如電子槍亮度和電子透鏡質量的提高等問題也有待繼續(xù)研究。第一部分 透射電鏡的基本結構和工作原理透射電鏡是以波長極短的電子束作照明源，用電磁透鏡聚焦成像的高分辨率高放大倍率的電子光學儀器，是材料科學研究的重要手段，能夠提供極微細的組織結構、晶體結構和化學成分等方面的信息。透射電鏡由真空系統(tǒng)、電子光學系統(tǒng)及電子系統(tǒng)三部分構成。其中電子光學系統(tǒng)為核心部分。電子顯微鏡筒部分的簡圖如圖81所示，其主要由照明部分、成像放大部分、以及觀察記錄部分組成。 照明部分照明系統(tǒng)包括電子槍，第一、第二聚光鏡和相應的平移及傾斜調節(jié)裝置等部件。三極電子槍是發(fā)射電子的照明源，它采用自偏壓系統(tǒng)確保電子束電流的穩(wěn)定。由于偏壓電阻的負反饋作用，電子槍的束電流在陰極溫度（發(fā)射電子的溫度）達到某一數(shù)值后，束電流不再隨陰極溫度的增高而變化，此值稱為束電流的飽和值。為此，偏壓電阻和陰極溫度的合理匹配可以使燈絲達到飽和時電子束的亮度較高，而且可以延長燈絲壽命。第一聚光鏡為短焦距的強透鏡，其作用是將電子束最小交叉截面縮小（最小可達1μm），并成像在第二聚光鏡的共軛面（第二聚光鏡的物平面）上，因此光斑的大小是由改變第一聚光鏡焦距控制（即勵磁電流）。第二聚光鏡是在第一聚光鏡確定的光斑條件下，進一步改變樣品上的照明面積和照明孔徑角。而照明部分的總功能是為成像系統(tǒng)提供一個亮度大、尺寸小的照明光斑。照明系統(tǒng)中還裝有上下兩個偏轉線圈構成的電磁片中系統(tǒng)。兩個線圈對照明電子束的偏轉角方向相反。當偏轉角相等時，只因其照明電子束平移，電子束的軸線與成像系統(tǒng)的軸線同軸，即垂直照明，適用于明場成像；當下偏轉線圈對照明電子束的偏轉角大于上偏轉線圈的偏轉角時，將使電子束的軸線與成像系統(tǒng)的軸線成2~3度的夾角，即傾斜照明，適用于暗場成像。2. 成像放大部分由樣品室、物鏡、中間鏡和投影鏡等部件構成。這部分的作用是安放樣品，將試樣微區(qū)放大聚焦成像。透鏡的數(shù)目決定了顯微鏡的放大倍數(shù)和分別本領。樣品室位于照明部分和物鏡之間，可以放置樣品臺及樣品移動裝置，在不破壞真空的條件下更好樣品，使樣品在物鏡級靴化范圍內平移、傾斜和旋轉，以旋轉合適的樣品區(qū)域和位向。物鏡是衍射成像透鏡，是用來形成第一幅高分辨率電子顯微圖像或電子衍射花樣的透鏡。透射電子顯微鏡分辨本領的高低主要取決于物鏡。因為物鏡的任何缺陷都被成像系統(tǒng)中其它透鏡進一步放大。欲獲得物鏡的高分辨率，必須盡可能降低像差。通常采用強激磁，短焦距的物鏡。物鏡是一個強激磁短焦距的透鏡，它的放大倍數(shù)較高，一般為100300倍。目前。中間鏡是一個弱激磁的長焦距變倍透鏡，可在020倍范圍調節(jié)。當M1時，用來進一步放大物鏡的像；當M1時，用來縮小物鏡的像。在電鏡操作過程中，主要是利用中間鏡的可變倍率來控制電鏡的放大倍數(shù)。儀器的圖象模式與衍射模式之間的切換就是改變中間鏡的電流，使其物平面分別是物鏡像平面和物鏡后焦面。于是就可以很方便地把觀察區(qū)域的形貌和該區(qū)域的衍射花樣聯(lián)系到一起。這里再介紹透射電鏡很重要的一個功能，叫選區(qū)電子衍射。在物鏡的像平面上，有一個活動光闌。它的結構與物鏡光闌一樣。只是孔的直徑不同。有20微米、100微米、300微米三檔。它的功能可以這樣來描述：在圖象模式中，如果用選區(qū)光闌套住圖象中的某一部分，再轉換到衍射模式，則在熒光屏上看到的電子衍射花樣是被套住部分對應的樣品上的區(qū)域產生的，而不是被電子束照射的所有區(qū)域產生的，盡管在物鏡的后焦面上的電子衍射花樣是樣品上被電子束照射的所有區(qū)域產生的。這個功能非常有用。它使得我們在進行小區(qū)域的電子衍射時，沒有必要把電子束縮到很小。當然，也可以用縮小電子束的辦法來進行微區(qū)電子衍射。一般來說，100納米以上用選區(qū)電子衍射。100納米以下用微束電子衍射。投影鏡的作用是把經中間鏡放大（或縮?。┑南瘢娮友苌浠樱┻M一步放大，并投影到熒光屏上，它和物鏡一樣，是一個短焦距的強磁透鏡。投影鏡的激磁電流是固定的。因為成像電子束進入投影鏡時孔鏡角很小（約103rad）,因此它的景深和焦距都非常大。即使改變中間鏡的放大倍數(shù)，使顯微鏡的總放大倍數(shù)有很大的變化，也不會影響圖像的清晰度。有時，中間鏡的像平面還會出現(xiàn)一定的位移，由于這個位移距離仍處于投影鏡的景深范圍之內，因此，在熒光屏上的圖像仍舊是清晰的。物像的聚焦是由物鏡電流所控制。電子顯微鏡有三個可移動的光闌。第二聚光鏡光闌用于改變照明孔徑角；位于物鏡后焦平面上的物鏡光闌可以擋去散射電子而提高物像襯度；選區(qū)光闌（或稱視場光闌）置于物鏡的像平面附近，通過選擇一次放大象的范圍來限制試樣成像或產生衍射的范圍。一般電子顯微鏡均具有第二聚光鏡與物鏡的消像散器，有的電鏡還備有中間鏡消像散器，通過調整消像散器的方向與大小，使所對應透鏡的磁場滿足軸對稱條件。3. 觀察記錄部分由帶有鉛玻璃窗口并裝有熒光屏的觀察室和裝有發(fā)片盒和收片盒的照明室構成，透射電鏡的熒光屏是表面涂有熒光粉的鋁板。當反映試樣微區(qū)特征的透射電子強度分布經成像系統(tǒng)投影到熒光屏上時，電子打在熒光粉后，發(fā)出可見光。光強與照射的電子束強弱成比例。樣品上不同地方的性質不同，則透過去的電子數(shù)量、電子波的相位、電子波的振幅就會不同。這些不同在熒光屏上形成亮度變化的圖象。這些圖象也就反映了樣品里面的信息。把熒光屏翻起，透射電子即可使膠片感光，記錄下樣品的電子圖像，同時記錄加速電壓、放大倍數(shù)或電子衍射相機長度及膠片順序號。由于電磁透鏡的焦深大，盡管觀察室中的熒光屏和照相膠片相距幾十厘米，但二者的圖像仍同樣清晰。在觀察室外還裝有一個5~10倍的光學放大鏡，以增強肉眼分辨圖像細節(jié)的能力和精確聚焦。在觀察室上方，還可以放置相機，以便連續(xù)的拍攝電子圖像。以前都是用底片記錄圖象?，F(xiàn)在的新機器大多采用CCD采集圖象。就好比數(shù)碼相機取代以前的底片照相機。除了上面介紹的主機外，透射電鏡一般都配有能譜。它裝在樣品的上方。利用從樣品上激發(fā)出的特征X射線來判定樣品的成分。在透射電鏡上還有另一種測定樣品成分的裝置，叫電子能量損失譜（EELS）。它裝在熒光屏的下面。它通過分析透過樣品的電子的能量變化來判定樣品的成分。它還可給出元素的電子層狀態(tài)等信息。這是非常高級的分析手段。圖81 電子顯微鏡鏡筒簡圖第二部分 透射電子顯微鏡的主要性能指標分辨率是反映電子顯微鏡水平的首要性能指標，標志其分辨細節(jié)的能力。點分辨率：電子顯微鏡的分辨率為在電子圖像上能分辨開的相鄰兩點在試樣上的距離，或稱點分辨率。一般用重金屬蒸發(fā)粒子的方法測定電子顯微鏡點分辨率。測定方法：Pt或貴金屬蒸發(fā)法。將Pt或貴金屬真空加熱蒸發(fā)到支持膜（火棉膠、碳膜）上，、。高倍下拍攝粒子像，再光學放大5倍，從照片上找粒子間最小間距，除以總放大倍數(shù)，即為相應的點分辨率。晶格分辨率：當電子束射入樣品后，通過樣品的透射束和衍射束間存在位相差。由于透射和衍射束間的位相不同，它們間通過動力學干涉在像平面上形成能反映晶面間距大小和晶面方向的條紋像，即晶格條紋像，如下圖82所示