X射线衍射实验报告

x射线衍射实验报告1 .实验目的(1)掌握x射线衍射仪的工作原理、操作方法(2)掌握x射线衍射实验样品制备方法；(3)掌握用x射线衍射分析软件进行物相分析的原理和实验方法(4)熟悉pdf卡的检索方法和物相检索方法。2 .实验设备x射线衍射装置，PDF卡。x射线衍射计主要由x射线发生器、x射线测角仪、放射线检测器、放射线检测电路、计算机系统等构成。(1) X射线发生器x射线管工作时阴极承受负高压，阳极接地。 灯丝附近有控制栅，灯丝发出的热电子在电场的作用下聚焦碰撞靶面。 在阳极靶面与电子束碰撞的焦点成为x射线源，向周围发射x射线。 阳极侧金属管壁一般有四个辐射发射窗。 靶x射线管采用机械泵分子泵二次真空泵系统保持管内真空度，阳极以极快的速度旋转，使电子碰撞面不断变化，使发热点不断变化，达到提高电力的目的。图1 x射线管(2)测角计测角仪的圆心是试样台，试样台能够以中心轴为中心旋转，平板状的粉末多晶试样被放置在试样台上，试样台能够以垂直于附图的中心轴为中心旋转，在测角仪的圆周上安装有x射线放射检测器，在检测器也能够绕中心轴旋转的动作时， 一般情况下试样台和探针保持一定的旋转关系(即-2联动)，在特殊情况下也能分别旋转的一些设备中试样台不动，但x射线发生器与探针联动，如下图2所示。图2测角仪(3)PDF卡的结构如图3所示图3 PDF卡3 .实验原理1.x射线的发生实验通常使用x射线管产生x射线。 在真空的x射线管内，热阴极发射的电子被高压电场加速后，高速移动的电子与金属制成的阳极靶发生碰撞，靶发射x射线。 (1)如果被靶遮挡的电子的能量不超过某一极限，所发射的x射线发射连续的光谱。 这样的辐射叫做“嵌入辐射”(2)当电子能量超过一定限度时，可以发射由几个不连续的特殊光谱构成的线状光谱，发射该线状光谱的辐射叫做特征辐射。特征x射线光谱为： (1)从k系统线：外层的电子填充k层孔产生的特征x射线K、K(2) L系统线：外层的电子填充l层的空穴产生的特征x射线L、L如以下的图4所示。图4特征x射线2.x射线与物质的相互作用x射线与物质的相互作用产生各种复杂的过程。 关于其能量变换，一条x射线通过物质的散射、吸收、透过物质向原来的方向传播，如下面的图5所示，干涉散射成为衍射图案的原因。图5 x射线与物质的相互作用3 .晶格结构晶体结构可以用三维晶格表示。 每个晶格点代表晶体中的基本单元，例如离子、原子和分子。 空间光栅可以从各个方向分割，形成多个平行的平面光栅。 因此，可以认为晶体是由具有相同晶面指数的一系列平面以一定距离分布形成的。 每个晶体都有不同的基本单位、单位晶格的大小和对称性，因此每个晶体必定存在一定的d值，可用于表现不同的晶体。x射线的波长接近晶面的节距，可引起衍射。 晶面间隔d与x射线的波长的关系可以用布拉格方程式表示：2dsin=n。 布拉格方程表明，不同晶面对x射线的衍射角不同。 因此，通过测定晶体相对于x射线的衍射，能够得到该x射线粉末衍射图，与数据库中的已知的x射线粉末衍射图对比，能够确定其物质相。4 .物相鉴定原理任何晶体物质都具有特定的晶体结构(结构类型、单位晶格大小和质点种类、数量、分布)和构成元素。 某些物质有自己的衍射光谱，多相物质的衍射光谱各不相关，独立存在物相衍射光谱的简单叠加。衍射方向是单位晶格参数的函数(取决于晶体结构)衍射强度是结构因子函数(由单位晶格中原子的种类、数量、排列方式决定)。 任何物相都有d-I特性值和衍射光谱图。 因此，可以对多相共存的系统进行全分析。 即，实验测定的图像与数据库中已知的x射线粉末衍射图进行对照，可以根据两者的匹配性确定其物质相。4 .实验内容1 .样品制备将待测量的粉末样品均匀分布在样品架上，用玻璃板平压，使样品面与玻璃表面齐平2 .测试a，打开电源(1)接通壁体及本体的电源，按下本体启动按钮。(2)打开冷却循环水系统的开关，使冷却水的电导率在3以内，水温在20-24度的范围内。(3)按下控制面板上的抽真空按钮，将真空度控制在150mV以下。(4)打开控制柜的开关(5)接通电脑的电源，通过软件控制程序打开x射线后，预热至必要的电力，预热时间为1-1.5小时。b，样子将装有要测量的粉末样品的样品架子放置在测角仪中心的样品架子上c .测量在计算机软件控制中，打开测量控制程序，设定实验参数。 测量结束后，保存数据进行分析3、物相鉴定(打开Jade并导入衍射数据文件(2)右键点击s/m工具按钮，进入“Search/Match”对话框画面(3)选择“chemistry filter”，进入元素限定对话框，选择样本中的元素名称，点击OK返回对话框，点击OK(4)从物相匹配表中选择样品中存在的物相。 在选定的相名上双击鼠标显示PDF卡，按Save按钮保存PDF卡的数据(5)样品中存在多个物质相时，主要相的鉴定结束后，选择残留峰(未鉴定的衍射)，进行“Search/Match”，直到所有物质相被鉴定为止。(6)右键单击“打印机”图标，显示打印结果，按下“Save”按钮，输出物相鉴定结果。(7)用同样的方法标定其他样品的物相，完成了物相鉴定实验。4 .物质相的定量分析(在Jade窗口中，打开多相样本的衍射光谱(2)完成多相样本的相位鉴定，完成相位鉴定时，选择具有RIR值的PDF卡(3)选择各物质相的主要不重叠的衍射峰进行拟合，求出衍射峰面积(4)选择菜单“Options|Easy Quantitative”，用绝热法计算样品中两相的重量百分比(5)按下“save”按钮，保存定量分析结果，定量分析数据的处理结束。5 .样本处理技术x射线衍射分析的样品主要有粉末样品、块状样品、薄膜样品、纤维样品等。 样品的分析目的不同(定性分析和定量分析)，样品的制造方法也不同。1 .粉末样品由于粉末样品有粒度的要求，所以通常将样品做得很细，用玛瑙乳钵做得很细。 定性分析中粒度在44微米(350目)以下，定量分析中必须细致地研究试料到10微米左右。 容易确定10微米粒度的方法是用拇指和中指捏着少量粉末滚动，两手指之间没有粒子感觉的粒度约为10微米。 根据粉末的数量可以按压在玻璃通框或浅框上。 冲压时一般不加粘合剂，压力以粉末样品粘附为限，压力过大可能会导致粒子偏好取向。 粉末的数量少的情况下，在玻璃片上涂抹凡士林，在意粉末的均匀散布。常用的粉体样架是玻璃样架，在玻璃板上样品填充部分蚀刻成2018平方毫米。 玻璃样品架主要用于粉末样品少的情况(约不到500立方毫米)。 填充时，将试料粉末一点一点地放入试料填充区，重复此操作，使粉末试料均匀分布在试料架内，压实玻璃板，使试料面与玻璃表面齐平。 试料的量少到不能充分满足试料填充区的程度时，首先在玻璃试料架的槽中滴入用醋酸铝稀释的棉膏溶液，将粉末试料向上撒，干燥后进行测定。2、块状样品首先研磨块状样品的表面，研磨成2018平方毫米以下的大小，然后用橡胶泥将样品粘接在铝样品支架上，要求样品的表面和铝样品支架的表面平坦。3 .微量样品将微量样品放入玛瑙乳钵进行细致研究后，将细致研究的样品放置在单晶硅样品保持架上(切断单晶硅样品保持架时，使其表面不满足衍射条件)，滴加数滴无水乙醇，微量样品在单晶硅片上4 .胶片样品将薄膜样品裁剪成适当的大小，用胶带纸粘贴在玻璃样品保持架上即可。六、注意事项(1)理论上，只要PDF卡足够，未知物质就可以确定。 但事实上，有很多困难。(2)主要是试料衍射图的误差和卡的误差。 例如，如果结晶中存在优先取向，则某线的强度异常强或弱或强度异常也取决于表面氧化物、硫化物的影响等。(3)粉末衍射卡确实是完整的衍射数据资料，是物相鉴定的依据，但资料来源不同，并非所有资料都被核对，因此存在很多错误。 特别是校订版以前的卡片更是如此。(4)美国标准局(NBS )用衍射仪一个接一个地校对卡片，发行校正后的新卡片。 所以，不同文字的同一物质的卡片，以发行慢文字的卡片为基准。 从经验上看，晶面间距d值比相对强度更重要。(5)将测量对象相的衍射数据与卡片上的衍射数据进行比较时，至少d值必须相当一致，一般仅在小数点以下的第二位分支。(6)低角衍射线测量的d值误差大于高角线。 快速PDF卡的实验数据多采用照相法测定，器件法为圆柱形样品，样品吸收引起的低角位移远大于高角线的相对强度因实验条件而异，目测估计误差也较大。 因为吸收因子与2角有关，所以强度对低角线的影响比高角线大。(7)衍射计法的吸收因子与2角无关，因此器件法的低角衍射线的相对强度有可能比衍射计法小的多相混合物的衍射线重叠，但是低角线与高角线相比重叠的机会较少。 如果某相的衍射线与另一相的衍射线重叠，重叠的线是衍射图形的三强线之一，则分析工作会更加复杂。(8)混合物中某相含量少或某相各晶面反射能力弱时，其衍射线可