矿物材料现代测试技术 2 X射线分析（7）.ppt

武汉理工大学资环学院管俊芳,1,第一部分X射线衍射分析,武汉理工大学资环学院管俊芳,2,第六章.X射线衍射结果应用举例,1K、K及K1、K2的鉴别2定量分析3纳米物质平均粒度分析4粘土矿物分析,武汉理工大学资环学院管俊芳,3,1K、K及K1、K2的鉴别（1）,在用衍射仪方法进行分析时，我们对原始X射线进行了过滤，基本使得K射线“消失”。但实际上并未完全消失，对于强度很大的衍射峰（如三强度峰中强度最大者），则可能在衍射图谱上除了K射线形成的衍射外，还有K射线形成的衍射。,武汉理工大学资环学院管俊芳,4,1K、K及K1、K2的鉴别（2）,滤波片的作用使得：I1：I2：I100：50：13.8I：I500：1有时，有的面网产生的衍射，其计数强度可以达到几万，甚至几十万CPS，这时，就会在衍射图谱上出现对应的射线造成的衍射效应。,武汉理工大学资环学院管俊芳,5,1K、K及K1、K2的鉴别（3）,如对石英的最强衍射峰3.343面网，用CuK(1.54178)射线进行衍射时，其衍射位置为226.66。但我们知道还有强度较弱的射线(1.3921)也存在，可否计算出该面网的衍射出现在什么角度位置？,武汉理工大学资环学院管俊芳,6,1K、K及K1、K2的鉴别（4）,根据方程式2dsin22arcsin(/2d)对于d=3.343的面网,其射线的衍射角2=26.66，射线的衍射角2=24.04,武汉理工大学资环学院管俊芳,7,1K、K及K1、K2的鉴别（5）,在对图谱处理的过程中，标注峰位（d）的时候，都是按照射线的波长，根据布拉格方程式计算面网间距的。,武汉理工大学资环学院管俊芳,8,1K、K及K1、K2的鉴别（6）,对于一般的衍射数据，由于低角度区域的衍射强度比较大，因此可能出现衍射的峰位也多数在低角度区域，并且只限于衍射强度特别大的面网的衍射。,武汉理工大学资环学院管俊芳,9,1K、K及K1、K2的鉴别（7）,K1与K2的情况与上述类似。以Cu靶为例，K11.5405,K21.5443。有两个面网，d13.343,d2=1.818d12K126.642K226.71d22K150.132K250.27对于d1相差0.05度,对于d2相差0.14度。,武汉理工大学资环学院管俊芳,10,1K、K及K1、K2的鉴别（8）,由于衍射峰都是具有一定宽度的，因此在低角度时（240)，显示为单一的峰，而高角度则分裂为两个峰。,武汉理工大学资环学院管俊芳,11,2定量分析,当所分析的试样中含有一种以上的物质相时，理论上可以根据衍射强度计算各物相的含量。但由于影响强度的因素太多，往往计算结果误差比较大（10）。方法参照相关的书中描述。X射线能检测的最低含量为1，但必须已知大概会含什么物质相（或已知物质的成分）。,武汉理工大学资环学院管俊芳,12,3纳米物质平均粒度分析（1）,一般情况下，晶体的颗粒越大（即每个颗粒所含的晶胞数目越多，则衍射效果越好。具体体现在衍射峰越敏锐。衍射峰的敏锐程度用半高宽来衡量。,武汉理工大学资环学院管俊芳,13,3纳米物质平均粒度分析（2）,原理：通过实践证明，大于200nm的晶体颗粒，产生的X射线衍射从半高宽来衡量，都可为标准衍射，即衍射线的半高宽为一固定值。而当粒度小于200nm的时候，衍射线会发生宽化（相干散射的不完全所致）。并且粒度越小，半高宽越大，直到粒度小的类似于非晶体的时候，衍射峰变成平台状。,武汉理工大学资环学院管俊芳,14,3纳米物质平均粒度分析（3）,方法：在进行衍射分析时，加入3050的标准物质（石英、硅、刚玉等）。标准物质：粒度大于200nm，结构稳定。测定待测样品的衍射峰的半高宽和标准物质的衍射峰的半高宽，用公式即可以得出纳米颗粒的平均粒度。,武汉理工大学资环学院管俊芳,15,3纳米物质平均粒度分析（4）,计算公式：B0.9/(tcos)B:待测样品衍射峰的宽化度t：平均粒度（单位与相同）（为垂直于面网方向的粒度均值）宽化度B的计算：B2Bm2Bs2Bs、Bm分别为标准物质与待测物质的半高宽（单位：弧度）。,武汉理工大学资环学院管俊芳,16,3纳米物质平均粒度分析（5）,举例计算：B2(0.61*Pi/180)2-(0.22*Pi/180)2B=0.0099t0.9*1.5418/(B*cos15.56)=145A,武汉理工大学资环学院管俊芳,17,4粘土矿物分析（1）,定义：层状铝硅酸盐，粒度小于2微米。基本结构层：(Si,Al)O4四面体，连接成片(Al,Mg)O6八面体,亦成片状，与四面体片匹配。,武汉理工大学资环学院管俊芳,18,4粘土矿物分析（2）,四面体片与八面片以不同的形式结合，形成结构单元层，就构成各种不同类型的层状硅酸盐。,武汉理工大学资环学院管俊芳,19,4粘土矿物分析（3）,（1）高岭石族为1：1型结构单元层厚度7.2。右图为两个单元层。为了图示更简洁。用下图表示。,武汉理工大学资环学院管俊芳,20,高岭石,武汉理工大学资环学院管俊芳,21,4粘土矿物分析（4）,衍射图谱特征：粘土矿物最显著的衍射特征是：底面衍射特别强（001，002，003），其他很弱或没有。,武汉理工大学资环学院管俊芳,22,4粘土矿物分析（5）,武汉理工大学资环学院管俊芳,23,4粘土矿物分析（6）,高岭石插层：用有机或者无机试剂插入层间区域，当试剂被清洗掉或者被蒸发掉的时候，达到片的剥离效果。,武汉理工大学资环学院管俊芳,24,4粘土矿物分析（7）,（2）云母族（白云母、黑云母、伊利石等）2：1型（夹心式）,武汉理工大学资环学院管俊芳,25,云母,武汉理工大学资环学院管俊芳,26,4粘土矿物分析（8）,成分特征：结构层中，每个Si4O10单位1价电荷，正好由层间的一个K离子来配平。电荷主要来自于四面中的Al对Si的代换。（Si3AlO10）结构特征：单元层之间离子键结合，结合力较强。衍射特征：10，5，3.3,武汉理工大学资环学院管俊芳,27,4粘土矿物分析（9）,3蒙皂石族：与云母类似，只是层间区域具有可交换性。,武汉理工大学资环学院管俊芳,28,4粘土矿物分析（10）,成分与结构特征：结构层中，每个Si4O10单位的电荷为0.33，层间区域一般由Ca配平。由于每六个晶胞才能分配到一个Ca离子，因此电荷配平时需要长距离的电荷传递。极性的水分子起桥梁作用。所以蒙皂石族矿物一般皆含有层间水。由于层间的维系力较弱，因此可很容易地对该族矿物进行各种各样的改性处理有机复合、无机复合、柱撑、插层。并且对于有机的分子或者离子，分子练越长、分子量越大者，越容易进行其层间域。,武汉理工大学资环学院管俊芳,29,4粘土矿物分析（11）,衍射特征：1516，5，3.0空气湿度大于60R.H.时，d0011516（双层层间水）空气湿度小于60R.H.时，d00112.5（单层层间水）,武汉理工大学资环学院管俊芳,30,4粘土矿物分析（12）,分类：按八面体阳离子：Al3，Mg2相对于结构单元四面体所构成的六方环，有三个八面体位置，如果八面体阳离子是二价（Mg），则三个位置全部被占据，若是三价离子（Al），则只需两个。前者称之为三八面体蒙皂石(tri.)，后者为二八面体(di.)。按结构层电荷来源：若来源于四面体片，称之为近电，来源于八面体，称之为远电。后者层间域维系力更弱，更容易被改性。,武汉理工大学资环学院管俊芳,31,4粘土矿物分析（13）,武汉理工大学资环学院管俊芳,32,4粘土矿物分析（14）,di.tri.的区别：d060大于或小于1.50。Xo,Xt区别：成分计算化学式，及一种特殊的方法,武汉理工大学资环学院管俊芳,33,4粘土矿物分析（15）,有机复合类型：型复合体：有机分子练的延长方向平行于硅酸盐层。：分子练平面平行于硅酸盐层。：分子练平面垂直于硅酸盐层。型复合体：有机分子练的延长方向垂