Jade软件应用实例-高岭土定量分析.doc

高岭土定量分析高岭土是层状结构的硅酸盐矿物。未经提纯的天然矿物，常常含有其他非层状结构的硅酸盐矿物。如长石，石英等。对其组成矿物进行相结构定量分析，对其应用研究和生产是必不可少的。但相结构定量与通常的元素成分定量完全是两个概念，元素成分定量只讲组成元素的含量，不问该元素处于何种结构中。如二氧化硅中的硅元素，有单质硅，有氧化物中的硅，仅二氧化硅其晶体结构多达数十种，要分析不同结构中硅元素，及其存在的结构形式，目前只能求助多晶X射线衍射相结构分析法。原则上，每种物质都有其特定的晶体结构，所谓特定的晶体结构是指有不同的单胞，单胞中原子在晶体空间中有不同的排列方法。这种特有的晶胞结构，在单色X射线照射下，产生其特有的衍射花样。特有的衍射花样，指一张衍射谱中，谱线位置，谱线强度，对每种物质都是特有的，通常称为指纹谱。多晶X射线衍射物相鉴定，就是用指纹谱数据库，对一张实测衍射谱图进行分析，把实测谱图中所包含的几种物质分析出来，就是物相分析。物相分析，或称物相鉴定，是多晶衍射分析中最常用的功能。早期的X光物相鉴定有所谓三强线，八强线法，方法的要点是抓住一张衍射谱中强度最强的几根谱线的位置和相对强度与粉末衍射数据库中数十万张标准指纹库比较，找出有关物质的谱线进行比较鉴别。这是一项费神费时的工作。上世纪九十年代后，该方法已经被全谱搜配法所代替，由计算机进行全谱搜配（search-match法）。以前费神费时的工作已经变得相对容易。一个稍加训练的人员，至少在鉴定主要物相上已不再困难。（关于这部分内容，请参考有关的讲稿）。物相定量分析，又称相结构定量分析。物相定量分析，自X射线衍射方法问世以来，一直是人们追求的方法。因为除X射线衍射分析法外，尚无其他方法可以完满地对多相混合物进行相结构分析。早期的物相定量分析，往往是抓住某一物相中最强线或次强线来定量。在多相体系中，某一物相某一根hkl 衍射线强度，除了与其含量有关外，还受到基体吸收系数的影响。基体吸收系数与其组成相的线吸收系数及各相含量有关。某一根线的强度与其在多相混合体系中含量值不是简单的线性关系。为解决基体线吸收系数对强度非线性的影响，用所谓内标法来解决，即另往多相体系中加内标物。在漫长的几十年中，X射线相定量方法始终只能停留在半定量分析水平，至于多相中每个相的含量分析，更是不可能。八十年代末提出的多相全谱拟 合定量分析法，真正解决了多相体系中各个相的定量问题。它的要点如下：1使用全谱，而不是某一hkl衍射线。对于某一特定结构的物质，在衍射空间中整个衍射谱的散射总量是一不变量，它是只与晶胞大小和晶胞中内容有关（内容是指一个晶胞中原子的种类和数量）的一个不变量。作为某一hkl衍射的强度，从理论上分析，它不是一个严格的不变量，随晶胞中各组成元素空间位置变化而有所不同，也就是说与制备工艺有关。2 多相模型全谱拟合分析方法，把一张多相重叠衍射谱中每个组成相的衍射全谱分离出来，最把每个组成相的衍射分量计算出来，并由下列公式，。 Wp=(szmv)p/(szmv)j式中S- 标度因子（全谱拟合分析中求出） Z- 晶胞中化学式数 M-组成物质化学式的分子量 V- 晶胞体积求出每个相的质量百分含量Wp下面以高岭土为例进行定性定量分析。（详细请分别参阅另两个资料）。一 把所需分析样品文件调入Jade软件中，并在显示桌面左上角单击file，再左键单击小菜单“patTerns”， ,在跳出来的画面中选择有关的实验数据，文件名，并左键双击所选的“高岭土后.mdj”文件，（2.jpg) ，显示下3.jpg) 把所需要进行定性定量分析的文件已调入程序中。二 物相鉴定右键单击图中第三行第八个菜单，跳出小菜单pattern smooth”条件（4.jpg) ，本样品选择smooth preserve peaks，左键单击 ，对图的背底做了平滑处理。右键单击画面从上到下的第三行菜单中BG，跳出Fit/Remove Background,本样品选Cubic spline扣背景。（5.jpg)左键单击BG，把被分析图中背底扣除了（6.jpg) 右键单击第三行“s/m”，跳出phaseID-search/match(s/m)小菜单，并在其中选择s/m条件，在subfile to search拦中在minerals前面小方空格中打上勾，选上s/m focus major phases （7.jpg) ,左键单击左键单击菜单中“s/m”，跳出检索结果如图（8.jpg) 在图下方按检索品质因子于高低排列检索结果。从检索结果图中可以看出样品中存在的两种晶型（单斜与三斜）的高岭土，强度，峰值都与样品衍射图匹配很好。右键再单击s/m，在跳出来的search/match子菜单中，选择s/m focus on minor phases ,再进行s/m检索，增加了Amesite-6R ,Alunite, illite , 三个物相。（9.jpg) 右键再单击“s/m” ，在跳出来的s/m 小菜单中把“s/m focus on trace phase” ,再检索“s/m”，没有找出新的物相。左键双击第二行中“report”，跳出子菜单（10.jpg) ，左键双单击子菜单中peak ID extended ,跳出,peak ID extended report , 在表中可以查找出那些衍射峰检索中无归宿，同时也可以发现已找出来的物相实验图中d值（位置）与粉末数据库中标准粉末图 吻合情况，从表中可以发现d=4.83,4.25,2.70,1.54等峰未有归宿。左键单击子菜单中 ，再在d=4.84峰的底部“paint” ， 。对d=4.84A衍射峰单独进行s/m, 点击“s/m”进行搜索，新增 加gibbsite , kieserite 二个微量物相, 单击 ， 回到主菜单，对二个微量物相物相进行进一步鉴别，把kieseite的粉末图卡片pin单击“”调出比较分析后，kieseite物相被排除，痕量相应量gibbsite-Al(OH)3,在用上述方法分析被确定. 最后检索结果含有6种矿物。（15.16jpg) 三 定量相分析左键单击第一行主菜单中option，跳出子菜单，（17.jpg) ，左键双击子菜单中wpf refinement , 跳出whole pattern and rietveld refinement （18.jpg) 1 输入各相的晶体结构模型，左键单击子菜单中phase,单击筐 Read structure files, 跳出贮存后缀为*.Cif或*.txt 的结构模型文件（19.jpg)晶体结构模型输入左键单击“whole pattern fitting and rietver refinement ”,菜单中phase，再双击“虚线图表”，跳出贮存结构模型文件的“我的文档”，（20.jpg) ，在我的文档中查找要输出的物质的*.cif或*.text , 左键单击所要输出的“*.text”,再单击右下方的“打开”，结构模型文件已装入。重复上述操作，把所有物相的晶体结构模型输入，峰型模型输入，右下角“profile shape function for all phase ”,中选择“PSF:pearson-VII”（22.jpg) ,背底模型输入，左键单击Glohal,在O Fixed-BG,“O polynomial”中选择背底模型，再在“SD”前面的框中打勾。（23.jpg) 至此，结构修正以及定量所需的模型已经全部调入程序中，修正计算所需的初始参数，软件本身会判断选择，无须人工干预。修正，拟合计算过程实质是不断调整模型中参数，使计算谱与实测谱之间达到最佳的吻合，最终修正的数据要求除了在外观上，计算谱与实测谱之间吻合外，修正的品质因子R降到15%以下。以此例为例，具体修正操作如下:各模型输入完成的。即可以左键单击refine，开始修正（24.jpg) ，但此时修正品质因子R较大，此时参与结构修正的参数有：背底参数，晶胞参数，标度因子，蜂型参数，参与修正的参数都打上“勾”（25.jpg) 修正后可以发现R降到某一值后修正停下来，此时可以左键单击“initialize”，再把光标移至跳出来的子菜单中“group of parameters”,并再出现次菜单，再把光标移至“profile parameters”,左键双击（26.jpg) 可以看到原来拟合图吻合變差，如下图（27.jpg) ，以新的，从图可见，实测谱与计算谱之间的吻合度较原图要差（原因是计算谱所用的峰型模型的参数是新的）。点击“Refine”，开始新一轮的拟合修正，可以发现新一轮的修正因子“R”较前一轮要低（28.jpg) ，对峰型 “intialse” refine“数次后，可以发现修正因子“R”值已不再下降。接下来，可以把两种晶型高岭土晶体结构中各原子的坐标参数释放参与修正，如下图（28.jpg)所表示，可以发现，所有原子的坐标参数已经打上“勾”。（29.jpg) 单击refine，开始包括原子坐标参数参与的新一轮修正，如图所示（29.jpg)，修正的R因子已经降到10%以下。再仔细查看拟合图的细节，实测谱与计算谱之间吻合很好，R/E值（拟合度）在2与1之间，表明修正所用的结构模型准确。修正结果输出1以文本形式输出（*.rrp）单击report（31.jpg) ，再单击次菜单中“creat new report”