材料研究方法.docx

一、专业名词1.名词解释连续X射线（白色X射线）：由连续的各种波长组成，其波长与工作条件无关的X射线。由于快速移动的电子在靶面突然停止而产生的轫致辐射。特征X射线（标识X射线）：作为阳极材料的特征或标识，当管电压超过激发电压后才产生。当原子内层电子打到外层或者使原子电离，外层电子落到内层发生跃迁，使原子多余能量作为x射线发射出来。K系标识X射线：当管电压大于VK时，可将阳极材料中k层电子撞击出来，在k层中形成一个空位，这个过程称为激发，VK为k系的激发电压。对L、M、N、各层中电子跃入K层空位时发出的X射线分别称为K、K、K、谱线，并组成K系标识X射线。物相分析：材料中一种结晶物质称为一个相。利用X射线衍射的方法确定材料中包括哪几种结晶物质或某种物质以何种结晶状态存在的分析。电子显微分析：利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的物理信号，对试样的微区形貌、晶体结构和化学组成的分析方法。分辨本领：显微镜能分辨的样品上两点的最小距离。磁透镜：由磁场制成的透镜。静电透镜：由静电场制成的透镜。球差：电子透镜中心区域和边缘区域聚焦电子的能力不同所造成的像差。像散：由透镜磁场的非旋转对称引起的像差，会使不同方向的电子束的聚焦能力出现差别，圆像变成椭圆斑。可由附加磁场的电磁消像散器来校正。色差：由入射电子波长（或能量）不一造成的像差，能量不同的电子束将沿不同轨迹运动。引起该能量变化的原因：一是电子的加速电压不稳定；二是试样不均引起的透过电子束部分发生非弹性散射。景深：在保持像清晰的前提下，试样在物平面上下沿镜轴可移动的距离（试样超过物平面所允许的厚度）。焦长：在保持像清晰的前提下，试样在像平面沿镜轴可移动的距离（观察屏沿镜轴所允许移动的距离）。透射电镜：以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的，高分辨本领及放大倍数的电子光学仪器。扫描电镜：利用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像，以二次电子为主要检测对象的仪器，可分析块状样品。质厚衬度：由于试样各部的厚度和密度存在差异，因而各部分对入射电子的散射能力不同所形成的衬度。衍射衬度：晶体中各部分因满足衍射条件的程度不同而引起的衬度。相位差衬度：透射电子束与各级衍射束之间相互干涉形成，与透镜的失焦量和求差值有关。形貌衬度：取决于试样表面对入射电子的倾角的衬度，凸尖及台面边缘处的二次电子发射最多，图像最亮。成分衬度：原子序数大处亮度高。电位衬度：电位高的地方更亮。明场成像：光阑孔只让透射束通过，荧光屏上亮的区域是透射区，即接受非晶区透射光的像。暗场成像：光阑孔只让衍射束通过，荧光屏上亮的区域是衍射区，即接受晶区衍射光的像。电子探针仪：利用高度聚焦的高速电子轰击材料表面，由X射线能谱仪或波谱仪检测，从试样表面有限深度和侧向扩展的微区体积内产生的特征X射线波长及强度得到微区的定性或定量的化学成分的微区成分分析仪。俄歇电子能谱：用具有一定能量的电子束或X射线激发样品产生俄歇效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而得到有关材料表面层化学成分和结构的信息的方法。热分析：在程序控制温度（线性、非线性的升、降温，循环，恒温等，即温度看作时间的函数T=t）下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。差热分析：是在程序温度控制（升温或降温）下，测量试样与参比物（热惰性物质）之间的温度差与温度关系的一种技术。差示扫描量热：是在程序温度控制下，测量输入到物质和参比物之间的功率差（或热流、热通量）与温度的关系的一种技术。分为功率补偿型和热流型。热重分析：在程序控温下测量获得物质的质量与温度关系的一种技术。基线漂移：试样重量没有变化而记录曲线却指示出有质量变化的现象。静态热机械分析：施加一定荷重于材料上，并在一定范围内改变温度，以观察试样形变随温度的变化的技术。动态热机械分析：是在程序控制温度下，测量物质在振荡负荷下的动态模量或阻尼随温度变化的一种技术。红外活性：只有发生偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收谱带的振动活性。反之为红外非活性。拉曼活性：伴随有极化率变化的振动活性，即对称振动对应拉曼活性，不对称振动对应红外活性。无对称中心分子（例如SO2等），三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。Raman散射：当一束单色光照射到物质表面时，一部分入射光透过物质，一部分在物质界面上产生反射，此外还会在物质的不同方向上出现十分微弱的散射光，散射光中大部分是与激光波长相同的弹性散射光（瑞利散射），还有比激发光波长长的称为斯托克斯线，比激发光波长短的叫反斯托克斯线，该现象称为拉曼散射效应。生色团（发色团）：最有用的紫外可见光谱是由*和n*跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基、乙炔基、腈基等。助色团：有一些含有n电子的基团（如-OH、-OR、-NH2、-NHR、-X等），它们本身没有生色功能（不能吸收200nm的光），但当它们与生色团相连时，就会发生n-共轭作用，增强生色团的生色能力。核磁共振：是原子核的磁矩在恒定磁场和高频磁场同时作用，且满足一定条件时所发生的共振吸收现象，是一种利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核信息的技术。弛豫过程：有高能态恢复到低能态而不发射原来所吸收的能量的过程。局部屏蔽效应：成键电子的电子云密度不同引起的屏蔽作用。远程屏蔽效应：分子中其它质子或基团的核外电子的屏蔽作用不同。化学位移：以1H-NMR为例，表征在NMR谱中各不同化学环境的1H共振相对位置的数量称为化学位移用以鉴别或测定有机化合物的结构。一般以某一质子吸收峰出现的位置与标准物质质子吸收峰出现位置之间的差异作为统一标度（=S-TMS0106ppm）。自旋自旋偶合：用高分辨度NMR仪，所得图谱在相应的化学位移处往往出现多重峰。谱线的这种精细结构是由于磁核之间的相互作用引起能级裂分而产生的。自旋裂分：质子自旋，产生自旋磁场，在外磁场中有两种取向加强（移向低场）和减弱（移向高场）外磁场。质谱分析：是通过对被测样品离子质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m/z）分开并按质荷比大小排列而得到质谱，通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的成分、结构和相对分子质量等定性定量结果。分子离子：有机化合物分子失去一个电子所形成的的正离子，它的质荷比值代表了试样分子所对应的相对分子质量数值。同位素离子：含有同位素的离子称为同位素离子。具有同位素的元素的碎片离子在质谱图上不呈现单峰，而是一组峰。一般以最轻的元素组成的峰定义为分子离子峰。碎片离子：含有较高能量的分子离子进一步裂分而生成的离子被称为碎片离子。每个化合物都有自己特定的碎片离子。亚稳离子：离开离子源后到达收集器之前飞行过程中发生进一步裂解而形成的离子。在质谱图上记录下来的峰为亚稳峰（m*）。多电荷离子：带二个或更多正电荷的离子。重排离子：分子离子裂解为碎片离子时，有些碎片离子不是仅仅通过简单的键的断裂，而是还通过分子内原子或基团的重排后裂分而形成的，这种特殊的碎片离子称为重排离子。分子离子反应：在离子源压强较高的条件下，正离子可能与中性碎片进行碰撞而发生离子分子反应，形成大于原来分子的离子。2.方法缩写英文缩写英文全称中文全称备注补充XRDX-ray diffractionX射线衍射XRFX-ray fluorescenceX射线荧光有能谱色散型（ED-）和波谱色散型（WD-）TEMtransmission electron microscope透射电镜SEMscanning electron microscope扫描电镜EPMAelectron probe micro-analyzer电子探针或EPA；含波谱仪（WDS）和能谱仪（EDS）AESauger electron spectroscopy俄歇电子能谱DTAdifferential thermal analysis差热分析DSCdifferential scanning calorimetry差示扫描量热法TGthermogravimetry热重法TDthermodilatometry热膨胀法TMAthermomechanical analysis静态热机械分析词前加“dynamic”为动态热机械分析DMA IRinfrared radiation红外光谱有傅里叶变换型（FT-）RSRaman spectra拉曼光谱有傅里叶变换型（FT-）UV-Visultraviolet-visible absorption spectrometry紫外可见吸收光谱NMRnuclear magnetic resonance 核磁共振常见的有氢谱（1H-）和碳谱（13C-）等MSmass spectrometry质谱细目详见“仪表与方法”二、科学基础1.分析原理与量化电磁波的波长与分类：无线电波3000m1mm（核磁共振：1m5m）；微波1m1mm；红外线10-3m到7.810-7m（振动红外：2.5m 15m）；可见光760nm400nm；紫外线380 nm 10 nm；X射线10nm0.01nm；射线10-10m10-14m。X射线的产生原理：高速运动的自由电子被突然减速便产生X射线。莫塞莱定律：=1c2Z-2波长与原子序数的平方近似成反比关系。Comptom-吴有训效应：=-=K1-cosX射线的强度衰减：吸收+散射X射线的，Z，原子中束缚较紧，越易吸收，吸收散射，吸收为主；，Z，非相干散射，穿透力越强，对轻元素N、C、O，散射为主。测量晶体结构的物质基础：X射线衍射的几何条件：X射线通过物质（晶体）后衍射线特征包括方向（空间的分布规律）和强度，其中衍射线的方向与晶体的点阵参数（晶胞大小和形状）、入射线的方位及X射线波长有关，具体表现为三个方程式：劳厄方程式、布拉格定律和倒易空间衍射公式（厄瓦尔德图解）。布拉格定律：R=2dsin=n 当R=nl时，光波加强，形成衍射线；只有晶面间距d/2的晶面才能产生衍射。Bragg衍射方程重要作用：(1)已知，测角，计算d；(2)已知d的晶体，测角，得到特征辐射波长，确定元素，X射线荧光分析的基础。XRD物相分析原理：X射线衍射线的位置决定于晶胞的形状和大小，即决定于各晶面的晶面间距，而衍射线的强度决定于晶胞内原子种类、数目及排列方式，每种结晶物质具有独特的衍射花样，且试样中不同物质的衍射花样同时出现互不干涉，某物相的衍射强度取决于它在试样中的相对含量，当试样的衍射图谱中d值和I/I0与已知物质的数值一致时，即可判定试样中含有该已知物质。XRD定量分析：根据混合相试样中各相物质的衍射线强度来确定各相物质的相对含量，其理论基础是物质的衍射强度与该物质参与衍射的体积成正比。X射线荧光光谱分析：当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为10-1210-14s，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。这个过程称为驰豫过程。当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生荧光X射线，其能量等于两能级之间的能量差。荧光X射线的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。电子显微镜的电子光学原理：用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，是物质非常细微的结构在非常大的放大倍数下成像。电子束的汇聚：和光波不同，电子波不能通过玻璃透镜汇聚，而是凭借轴对称的非均匀电场、磁场。NMR的基本原理：原子核的自旋；核磁共振现象自旋态和能级的分裂；核磁共振条件核有自旋（磁性核），外磁场，能级裂分，辐射频率与外磁场的比值0 H0=2。电镜的成像原理：TEM以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像；薄膜样品代替周期特点样品。由于波长极短，同时与物质作用遵从布拉格方程，产生衍射现象，故可利用观察到的电子衍射谱达到结构分析的功能。SEM光栅扫描，逐点成像。入射束在样品中的扩散效应：电子束打在样品上会发生散射，扩散范围如梨状（作用体积大）或半球状（作用体积小）。入射束能量越大，样品原子序数越小，作用体积越大。俄歇效应：原子内层电子因激发而留下一个空位时，较外层电子向内跃迁的过程中，不仅可以发射具有特征信息的X射线光子，还可以将这部分能量交给另一个外层电子并使之电离，发射一个具有特正能量的电子。俄歇电子的能量与入射电子无关，只依赖于原子的结构和俄歇电子发射前所处的能级位置。DTA测试中三条假设：试样和参比物内部不存在温度分布，试样和参比物与各自的容器温度都相等，因而热电偶测温点在试样中的任何位置或接触容器外侧，其效果都一样。试样的热容Cs，参比物热容Cr，均不随温度变化。两容器和热源的热传导与温度差成正比，比例系数（即传热系数）均为k，而且k不随温度变化。DTA存在的缺陷：DTA测量的温差T 除与试样热量变化有关外，尚与体系的热阻有关；热差分析难以定量；试样与参比物会进行热交换，降低热效应测量的灵敏度和精确度。热天平的分析原理：当样品质量发生变化时，天平梁产生倾斜，此时位移检测器所输出的讯号通过调节器向磁力补偿器中的线圈输入一个相应的电流，从而产生一个正比于质量变化的力，使天平梁复位到零。输入线圈的电流可转换成电压讯号输入记录仪进行记录。热重基线偏移的原因：加热炉内气体的浮力效应、对流影响、Knudsen力、温度影响、外界磁场。热机械分析的原理：高聚物性质与温度、施加于材料上的外力作用时间，与外力作用的频率有关=0expit =0exp i(t+)聚合物作为减震或隔音材料使用时，则主要利用它们的粘性，在一定的频率范围内有较高的损耗模量。振动光谱的基本原理：振动光谱是指物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，从而产生对光的吸收。采用的光源为红外光时，为红外光谱，如使用强单色光（如激光）则为激光拉曼光谱。红外光谱的原理：由于物质吸收电磁辐射后，分子振动-转动能级的跃迁而产生的。物质能吸收电磁辐射应满足两个条件，即辐射与物质之间有相互作用；辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量。当偶极子处在电磁辐射的电场中时，此电场作周期性反转，偶极子将经受交替的作用力而使偶极距增加和减小。由于偶极子具有一定的原有振动频率，只有当辐射频率与偶极子频率相匹配时，分子才与辐射发生相互作用（振动偶合）而增加它的振动能，使振动加激（振幅加大），即分子由原来的基态振动跃迁到较高的振动能级。分子基团的振动实质是化学键的振动。红外吸收光谱的产生条件：分子中某个基团的振动频率与外界的红外光频率相一致；分子偶极矩不为零。Fourier变换红外光谱仪工作原理：Michelson干涉仪将光源发出的光分成两光束后，再以不同的光程差重新组合，发生干涉现象。由于多色光的干涉图等于所有各单色光干涉图的加合，故得到的是具有中心极大，并向两边迅速衰减的对称干涉图。干涉图包含光源的全部频率和与该频率相对应的强度信息，所以如有一个有红外吸收的样品放在干涉仪的光路中，由于样品能吸收特征波数的能量，结果所得到的干涉图强度曲线就会相应地产生一些变化。包括每个频率强度信息的干涉图，可借数学上的Fourier变换技术对每个频率的光强进行计算，从而得到吸收强度或透过率和波数变化的普通光谱图。拉曼散射与位移：Raman散射的两种跃迁能量差E=h(0 -)产生stokes线，强，基态分子多；E=h(0+)产生反stokes线；弱。Raman位移Raman散射光与入射光频率差；表征分子振-转能级的特征物理量；定性与结构分析的依据。紫外可见吸收光谱的产生：有机化合物的紫外可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：电子、电子、n电子。跃迁能量顺序：*n*n*。NMR的分析原理：原子核的自旋核磁共振主要是由原子核的自旋引起的，原子核的运动状态可以用核的自旋量子数描述。核磁共振现象自旋态和能级的分裂（由于12在磁场中顺反有别，其能量顺低反高；从低能态跃迁到高能态所需的能量对应的波长相当于无线电波）。核磁共振条件在外磁场中，原子核能级产生裂分，由低能级向高能级跃迁，需要吸收能量。共振条件(1) 核有自旋（磁性核）；(2)外磁场，能级裂分；(3)辐射频率与外磁场的比值0/H0=/(2)。NMR化学位移的来源：不同1H核的化学环境不同，信号不同分子中磁性核不是裸核，核外都有电子包围，环境不同的外层电子（特别是价电子）的环电流所产生的感应磁场的方向、大小不同同种核的共振位置不是一个定值，而是随核的化学环境且各峰面积与对应质子数成正比不同有微小的差别。1H在磁场中受到的H=H0(1-)0，HH0，信号出现在高场；H0，信号出现在低场。屏蔽效应0，HTm结晶熔化，晶格突然崩溃，分子链就立即在外力作用力较快移动。交联局部链节当温度足够时（TTg），在外力作用下才能做一定运动，但没有粘流态。影响化学键基本振动频率的因素：折合原子量相同，单键 双键ClBrIOCH3NHCOCH3C6H5HCH3）：分子中的电子云分布通过静电诱导作用而发生改变，从而使键力常数改变而导致基团频率位移；吸电子引起-I效应，使吸收峰向高波数方向移动。共轭效应（M效应，X OS98%；试样中不应含有游离水；试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%80%范围内。固体样品压片法溴化钾压片法糊状法薄膜法熔融法流延薄膜法热压成膜法热压薄膜法溶液制模法液体样品液膜法液体吸收池法样品滴入压好的KBr薄片上测试气态样品气态样品一般都灌注于气体池内进行测试拉曼光谱法的样品：可测固、液、气体样品；固体粉末不需压片，可以是固体块状样品。紫外可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般规律：若在200750nm波长范围内无吸收峰，则可能是直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等。若在270350nm波长范围内有低强度吸收峰，则可能含有一个简单非共轭且含有n电子的生色团，如羰基。若在20300nm波长范围内有中等强度的吸收峰则可能含苯环。若在210250nm波长范围内有强吸收峰，则可能含有2个共轭双键；若在260300nm波长范围内有强吸收峰，则说明该有机物含有3个或3个以上共轭双键。若该有机物的吸收峰延伸至可见光区，则该有机物可能是长链共轭或稠环化合物。影响化学位移的因素：取代基的诱导相应和共轭效应吸电子基会使质子周围的电子云密度下降（去屏蔽），共振信号向低场移动；各向异性效应双键中的电子云垂直于双键平面，在外磁场作用下产生环流，对处在两侧的质子有屏蔽作用，即向高场移动；叁键也类似，但由于电子云形成桶状，使得屏蔽作用变弱，故介于单键和双键之间；苯环有三个共轭双键，离域电子环流与芳环半径相同，中心屏蔽而四周去屏蔽，故质子峰向低场移动（7）。氢键和溶剂效应。ICP-MS的样品制备：样品引入技术的研究多，但溶液雾化法是大多数ICP-MS应用优先考虑的方法；属于痕量分析，必须考虑空白、玷污、损失及相关实验室建设；无机酸及试剂的选用：HNO3、HCl、HClO4、HF、王水、H2O2；试样的分解使固体试样中的待测成分转化为可溶性的化学形式；破坏试样中的有机物质。三、仪器分析1.仪器结构功能衍射仪法结构与光路：常用粉末衍射仪的结构与德拜相机相类似，只是用一个绕轴转动的探测器代替了照相底片。其中核心部件为测角仪。波长色散型X射线荧光光谱分析仪：X射线管、分光系统（主要部件是晶体分光器）、检测记录系统（流气正比计数器适用于轻元素的检测；闪烁计数器适用于重元素的检测）。能量色散型X射线荧光光谱分析仪：利用荧光X射线具有不同能量的特点，将其分开并检测，不使用分光晶体，而是依靠半导体探测器来完成。这种半导体探测器有锂漂移硅探测器，锂漂移锗探测器，高能锗探测器等。透射电镜：镜筒电子光学系统（照明系统：电子枪，聚光镜；成像系统：样品室，物镜，中间镜一两个，投影镜还可装上其他有关部件达到扫描、电子衍射、能谱分析等效果；观察记录系统：观察室，照相系统）；辅助系统电源系统、真空系统和操作系统。电子枪产生的电子束经一、二级聚光镜汇聚后均匀照射在样品的待测微区上，由于样品很薄，有大量的强度分布与样品形貌、组织结构一一对应的透射电子经物镜、中间镜和投影镜三级透镜放大投射到荧光屏上，荧光屏将电子强度分布转化为人眼可观察到的光强分布图像。电子枪：作为光源，提供亮度高、相干性好、束流稳定的照明电子束，多用阴极、栅极和阳极组成的三极枪；聚光镜：将电子枪发射的电子束汇聚在样品上，控制照明亮度、电子束斑的大小、孔径角等。样品室：安装各式样品台，提供观察过程所需的平移、倾斜和旋转等运动，铜网孔径有数十微米；物镜：强激磁短焦距，将样品信息初级放大（50100倍）；中间镜：长焦距弱磁透镜，将来自物镜的初级相逐级放大（020倍）；投影镜：短焦距强磁透镜，在荧光屏上成最终放大的电子像或电子衍射谱（100倍左右）。观察记录系统：可用荧光屏（观察和聚焦）、CCD相机（记录照相）、照相底片等记录。真空排气系统：防止气体电离放电、灯丝氧化烧断、电子碰撞散射、污染样品等。电气系统：电子枪高压电源、透射电源、线控（偏转线圈、真空系统、照相系统、安全保护系统）电源等。扫描电镜：电子光学系统（电子枪、聚光镜、物镜、样品室等；扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径），扫描系统（由扫描发生器与扫描线圈组成），信号收集系统（不同的物理信号要用不同的收集系统），图像显示记录系统，真空系统，电源系统，电源系统等。电光系统：获得扫描电子束，作为使样品产生各种物理信号的激发源。扫描系统：使入射电子束在样品表面扫描，并使显像管电子束在荧光屏上同步扫描；改变入射束在样品表面的扫描振幅，从而改变像的放大倍数。信号收集及显示系统：收集入射电子束产生的各种物理信号并放大。图像显示与记录系统：将放大输出的调制信号转化为荧光屏上的图像，供观察与记录。电源系统：为电镜提供电能，由稳压、稳流及相应的安全保护电路组成。真空系统：确保电子光学系统正常工作，具体作用参考“透射电镜”。热分析仪器主要构造：程序温度控制加热器，制冷器，控温元件，程序温度控制器等；气氛控制；物性测量单元；显示记录。差热分析仪：加热炉：加热试样的装置，种类繁多；低温炉、高温炉、超高温炉；立式、卧式炉；加热炉中炉芯管和发热体材料根据使用温度及条件而不同。温度控制系统：保证炉内温度按给定的的速率均匀稳定地升温或降温，常用的速率为120C/min。信号放大系统：通过直流放大器将差热电偶产生的微弱温差电动势放大、增幅、输出。记录系统：采用双笔记录仪自动记录。DTA及DSC的仪器组成及要求：电炉炉内应有均匀的温度区，以使试样受热均匀。能一定速率的均匀升（降）温，控温精度要高。电炉的电容量要小，以便于调节升降温速度。炉子线圈应无感应现象，以防对电热偶产生电流干扰。炉子体积要小，质量要轻，以便于操作和维修。坩埚按照试样性质与测试要求选用陶瓷质，石英玻璃，刚玉质和钼、铂、钨等。热电偶热电偶材料能产生较高的温差电动势，并与温度呈线性系，测温范围大；在高温下不受氧化及腐蚀；电阻温度变化要小，导电率高；物理稳定性好，能长期使用；便于制造，机械强度高，价格便宜。温度控制系统加热器、冷却器、温控元件、程序温度控制器。信号放大系统将温差热电偶所产生的微弱温差电势放大，增幅后输送到显示记录系统。显示记录系统把信号放大系统所检测到的物理参数对温度作图。有电子电位差记录仪、电子平衡电桥记录仪、示波器、X-Y函数记录仪等。热天平的结构：热天平由精密天平和线性程序控温加热炉组成（左图）。TMA的结构：（右图）。红外光谱仪：红外辐射源、色散元件（棱镜光栅干涉型傅立叶变换激光器）、检测器、放大器和记录系统。光源红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度的连续红外辐射；常用的是Nernst灯或硅碳棒；工作前需要预热。吸收池因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI 58%，TlBr42%）等材料制成窗片；注意防潮。单色器色散元件、准直镜和狭缝构成；检测器常用的红外检测器有高真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器。拉曼光谱仪的主要部件：激光源（汞电弧灯和激光器）提供光源；CCD与拉曼微探针和计算机、摄象机连接，用来检测拉曼散射光的光谱；“陷波”滤波器确定完全排除相对较强的瑞利散射；衍射光栅把散射光按光谱波长排列。核磁共振仪器的基本结构：(1)永久磁铁：提供外磁场，要求稳定性好，均匀。扫场线圈。(2)射频振荡器：线圈垂直于外磁场，发射一定频率的电磁辐射信号。60MHz或100MHz。(3)射频信号接受器（检测器）：当质子的进动频率与辐射频率相匹配时，发生能级跃迁，吸收能量，在感应线圈中产生毫伏级信号。(4)样品管：外径5mm的玻璃管,测量过程中旋转, 磁场作用均匀。质谱仪器结构：真空系统（10-610-4Pa）、进样系统（气体扩散、直接进样、气相色谱）、离子源、质量分析器、检测器。离子源将试样分子转化为正离子，并使正离子加速、聚焦为离子束，此离子束通过狭缝而进入质量分析器。质量分析器将离子源产生的离子按m/z顺序分离并送入检测器排列成谱。检测器质谱仪的检测主要使用电子倍增器，也有的使用光电倍增管。真空系统质谱仪的离子源和分析器都必须处在优于10-5Pa的真空中才能工作；一般真空系统由机械真空泵、扩散泵或涡轮分子泵组成。ICP-MS基本结构：ICP离子源：利用高温等离子体将分析样品的原子或分子离子化为带电离子的装置。RF发生器：是ICP离子源的供电装置。样品引入系统：可将不同形态（气、液、固）的样品直接或通过转化成为气态或气溶胶状态引入等离子炬。接口与离子光学透镜：接口是常压、高温、腐蚀气氛的ICP离子源与低压（真空）、室温、洁净环境的质量分析器之间的结合部件；离子光学透镜是将接口提取的离子流聚焦成离子束，满足质量分析器的要求。质量分析器：按不同的质荷比分开并按大小顺序排列。多级真空系统：由接口外的大气压到质量分析器的高真空状态压力降低至少达8个数量级，由涡轮分子泵和机械旋转泵来实现。检测与数据处理系统：接收不同质荷比的离子流，转化为电信号经放大、处理给出分析结果。计算机系统：基于Windows的多任务操作软件，由方法、样品、分析、仪器控制、结果等组成的模块化软件。2.材料分析流程衍射仪的工作：测定条件（实验参数）仪器调整：阳极靶材、狭缝宽度、扫描速度及范围、时间常数、试样要求。工作方式连续扫描：快速方便，但有滞后效应和平滑效应，记录的信息落后于探测器接收的，峰位移动，分辨率低，线性畸形等。步进扫描：又称阶梯扫描，无滞后及平滑效应，峰位正确，分辨率高，但效率低。XRD物相分析的过程：获得试样的衍射图谱求d值和I/I0值查索引核对卡片。未知材料的XRD：1)晶态还是非晶态，非晶态衍射是漫散的“晕环”，晶态为有确定d值的锐衍射峰；2)如果是晶态也可以初步判断一下是有机类还是无机类，一般有机材料晶胞都比较大，衍射线条多在低衍射角区出现，由于晶体对称性比较低，使衍射线条较少；3)高聚物材料一般是晶态和非晶态共存（两相模型）既有非晶漫散射，也有锐衍射峰，强衍射峰总邻近非晶漫散射极大强度处附近出现；4)也可以是某种程度的有序，如纤维素，具有一定锐度的漫散射；也可以是完全的非晶态，散射强度分布相当漫散。XRF的样品制备：可以是固态，也可以是水溶液；对表面不平的样品要打磨抛光；对于粉末样品，要研磨至200目-400目，然后压成圆片，也可以放入样品槽中测定；要注意成份偏析产生的误差；对于液态样品可以滴在滤纸上，用红外灯蒸干水份后测定，也可以密封在样品槽中；所测样品不能含有水、油和挥发性成分，更不能含有腐蚀性溶剂。EPMA的实验方法：除了检测X射线信号有关的部件外，其总体结构与扫描电镜十分相似加速电压的选择：因待分析元素及其谱线的类别（K系或L系、M系）而异；入射电子束流的选择：为提高信号强度，电子探针必须采用较大的入射电流；光学显微镜的作用：为了选择和确定分析点，电子探针的镜筒内装有与电子束同轴的光学显微镜观察系统；样品室的特殊要求：样品台通常可同时容纳多个座，分别装置样品和标样，一般保持样品平面与电子束垂直；定量分析的数据处理：由于对重元素和较高浓度成分的敏感偏向性，需要一整套复杂的矫正计算。拉曼光谱常规分析方法：作为红外光谱分析的补充技术，也是反映分子的振动频率特征。红外光谱的分析方法也适用于拉曼光谱，但要注意：1500cm-1的分界点；与红外光谱配合使用相互排斥规则；相互允许规则；拉曼光谱对分子骨架较敏感，红外光谱对连接在骨架上的官能团较敏感；水对拉曼光谱影响较小，适合做水化物的结构测定。紫外图谱解析步骤：了解共轭程度、空间效应、氢键等；可对饱和与不饱和化合物、异构体及构象进行判别。核磁共振谱的形成：调节外加磁场，使磁场强度数值由小到大扫过共振（吸收能量）之点。当自旋核受磁场强度（H0）扫到某一定值，恰好使射频=回旋=(/2)H0值时，能量即被吸收。此时振荡器便产生电流，显示于所串联的电流计上。进一步增强H0，使射频明显小于(/2)H0值时，电流计读数就降至原有水平，这就是所谓能量吸收曲线核磁共振谱。1H核磁共振图谱解析：1.预备性工作了解试样的来源、纯度以及熔点、沸点等物理性质。由分子式计算不饱和度=X-Y2+Z2+1（X、Y、Z分别为四价、一价、三价原子数）。2.谱图解析(1)核磁共振峰组数确定化合物有几种1H核。(2)各峰的积分曲线确定各种1H核的个数。(3)解析各峰的归属。(4)结合其它波谱分析确定化合物的结构。四、分类对比1.仪表与方法分析仪器的基本组成：激发源、分析器、检测器。X射线研究方法：劳厄法（变，不变）主要用来测晶体的取向；转晶法（不变，部分变化）测定单晶体试样的晶胞常数；粉末照相法（不变，变）用少量样品测对应的晶面间距；衍射仪法（不变，变）主要有粉末衍射仪、四周衍射仪（测单晶结构）、微区衍射仪和双晶衍射仪等（详见“仪器分析”）。衍射图谱索引种类：字母索引（按物相英文名称的字母顺序排列）、哈那瓦特法（按强衍射线的d值排列，用最强三条线d值进行组合排列）、芬克索引（以八根最强线的d值为分析依据，将强度作为次要依据进行排列）。注意事项：d值的数据比相对强度的数据重要，d值一般要到小数点后第二位才允许有误差；低角度区域的数据比高角度区域的数据重要。了解试样的来源、化学成分和物理特性对作出正确结论十分有帮助。进行多样混合试样分析时要多次核对，若某些物质含量少，只出现一两条衍射线，以致无法鉴定；尽量与其它方法结合起来使用，如偏光显微镜、电子显微镜等；从目前所应用的粉末衍射仪看，绝大部分仪器均是由计算机进行自动物相检索过程，但其结果必须结合专业人员的丰富专业知识，判断物相，给出正确的结论。XRD定量分析方法：直接对比法（适用于结构比较简单的定量分析，待测试样中各相的晶体结构已知，通过某衍射线有关的