催化剂结构表征的方法

1、结构表征：1. 晶相：XRD（多晶，单晶）确定样品晶体类型（2-d 晶面间距，T强度）；TEM(透射电镜)。2. 化学环境，配位状态：IR，UV，UV-Ramon，XPS，NMR，EPS，Mossbour。组成表征： XRF，ICP(准确)，XPS，AEM（分析电镜）。宏观物性表征：1. 粒度（密度，强度）：SEM(扫描电镜)，TEM，XRD，激光衍射和光散射（统计结果）2. 形貌：TEM+SEM3. 多孔性：氮气吸附，压汞法，烃分子探针4. 稳定性：TG-DTA，XRD酸性及酸强度表征：1. 酸性： NH3-IR，吡啶（Py）-FT-IR，FT-IR，MAS-NMR(31Al,1H)。2.

2、酸强度：NH3-TPD，Hammett指示剂，吸附量热。3. 内外表面酸的识别：探针分子反应法。金属性表征：1. 分散度：H2吸附，HOT，TEM，XPS。2. 还原性：TPR。3. 氧化还原态：XPS。4. 表面吸附物种：IR。金属与载体/助剂相互作用：TPR，XPS，DTA。再生：TG-DTA，TPO。 1 什么是XRF?一台典型的X射线荧光（XRF）仪器由激发源（X射线管）和探测系统构成。X射线管产生入射X射线（一次X射线），激发被测样品。受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线，并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能

3、量及数量。然后，仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。 利用X射线荧光原理，理论上可以测量元素周期表中的每一种元素。在实际应用中，有效的元素测量范围为11号元素 （Na）到92号元素（U）。 2 X射线荧光的物理意义：X射线是电磁波谱中的某特定波长范围内的电磁波，其特性通常用能量（单位：千电子伏特，keV）和波长（单位：nm）描述。 X射线荧光是原子内产生变化所致的现象。一个稳定的原子结构由原子核及核外电子组成。其核外电子都以各自特有的能量在各自的固定轨道上运行，内层电子（如K层）在足够能量的X射线照射下脱离原子的束缚，释放出来，电子的逐放会导致该电子壳层出现相应当

4、电子空位。这时处于高能量电子壳层的电子（如：L层）会跃迁到该低能量电子壳层来填补相应当电子空位。由于不同电子壳层之间存在着能量差距，这些能量上的差以二次X射线的形式释放出来，不同的元素所释放出来的二次X射线具有特定的能量特性。这一个过程就是我们所说的X射线荧光（XRF）。 3、xrd基本介绍即X-ray diffraction ， HYPERLINK /view/45735.htm t _blank X射线衍射，通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。 布喇格定律X射线是一种波长很短(约为200.06)的电磁波，能穿透一定厚度的

5、物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。在用电子束轰击金属“靶”产生的X射线中,包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征（或标识）X射线。考虑到X射线的波长和晶体内部原子间的距离(10-8nm)相近，1912年德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束 X射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。这一预见随即为实验所验证。1913年英国物理学家布喇格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄发现的基础

6、上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶体衍射基础的著名公式布喇格定律： 2d sin=n式中为X射线的波长，n为任何正整数，又称衍射级数。其上限为以下条件来表示：nmax=2dh0k0l0/，dh0k0l0/2只有那些间距大于波长一半的面族才可能给出衍射，以此求纳米粒子的形貌。当X射线以掠角(入射角的余角)入射到某一点阵平面间距为d的原子面上时,在符合上式的条件下，将在反射方向上得到因叠加而加强的衍射线。布喇格定律简洁直观地表达了衍射所必须满足的条件。当 X射线波长已知时(选用固定波长的特征X射线)，采用细粉末或细粒多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中，从每一角

7、符合布喇格条件的反射面得到反射,测出后，利用布喇格公式即可确定点阵平面间距、晶胞大小和类型;根据衍射线的强度,还可进一步确定晶胞内原子的排布。这便是X射线结构分析中的粉末法或德拜-谢乐(DebyeScherrer)法的理论基础。而在测定单晶取向的劳厄法中，所用单晶样品保持固定不变动（即不变）,以辐射束的波长作为变量来保证晶体中一切晶面都满足布喇格条件,故选用连续X射线束。如果利用结构已知的晶体，则在测定出衍射线的方向后,便可计算X射线的波长，从而判定产生特征X射线的元素。这便是X射线谱术,可用于分析金属和合金的成分。 实际应用X射线衍射现象发现后，很快被用于研究金属和合金的晶体结构，出现了许多

8、具有重大意义的结果。如韦斯特格伦（A.Westgren）(1922年)证明、和铁都是体心立方结构，-Fe并不是一种新相;而铁中的转变实质上是由体心立方晶体转变为面心立方晶体，从而最终否定了-Fe硬化理论。随后,在用X射线测定众多金属和合金的晶体结构的同时，在相图测定以及在固态相变和范性形变研究等领域中均取得了丰硕的成果。如对超点阵结构的发现，推动了对合金中有序无序转变的研究，对马氏体相变晶体学的测定，确定了马氏体和奥氏体的取向关系；对铝铜合金脱溶的研究等等。目前 X射线衍射(包括散射)已经成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法。在金属中的主要应用有以下方面： 物相分析 是 X射线衍

9、射在金属中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。前者把对材料测得的点阵平面间距及衍射强度与标准物相的衍射数据相比较，确定材料中存在的物相；后者则根据衍射花样的强度，确定材料中各相的含量。在研究性能和各相含量的关系和检查材料的成分配比及随后的处理规程是否合理等方面都得到广泛应用。 精密测定点阵参数 常用于相图的固态溶解度曲线的测定。溶解度的变化往往引起点阵常数的变化；当达到溶解限后，溶质的继续增加引起新相的析出，不再引起点阵常数的变化。这个转折点即为溶解限。另外点阵常数的精密测定可得到单位晶胞原子数，从而确定固溶体类型；还可以计算出密度、膨胀系数等有用的物理常数。 取向分析 包括测定单晶取向和多

10、晶的结构（见择优取向）。测定硅钢片的取向就是一例。另外，为研究金属的范性形变过程，如孪生、滑移、滑移面的转动等，也与取向的测定有关。 晶粒（嵌镶块）大小和微观应力的测定 由衍射花样的形状和强度可计算晶粒和微应力的大小。在形变和热处理过程中这两者有明显变化，它直接影响材料的性能。 宏观应力的测定 宏观残留应力的方向和大小，直接影响机器零件的使用寿命。利用测量点阵平面在不同方向上的间距的变化，可计算出残留应力的大小和方向。 对晶体结构不完整性的研究 包括对层错、位错、原子静态或动态地偏离平衡位置，短程有序，原子偏聚等方面的研究（见晶体缺陷）。 合金相变 包括脱溶、有序无序转变、母相新相的晶体学关系

11、，等等。 结构分析 对新发现的合金相进行测定，确定点阵类型、点阵参数、对称性、原子位置等晶体学数据。 液态金属和非晶态金属 研究非晶态金属和液态金属结构，如测定近程序参量、配位数等。 特殊状态下的分析 在高温、低温和瞬时的动态分析。 此外，小角度散射用于研究电子浓度不均匀区的形状和大小,X射线形貌术用于研究近完整晶体中的缺陷如位错线等，也得到了重视。 X射线分析的新发展金属X射线分析由于设备和技术的普及已逐步变成金属研究和材料测试的常规方法。早期多用照相法，这种方法费时较长，强度测量的精确度低。50年代初问世的计数器衍射仪法具有快速、强度测量准确，并可配备计算机控制等优点，已经得到广泛的应用。

12、但使用单色器的照相法在微量样品和探索未知新相的分析中仍有自己的特色。从70年代以来，随着高强度X射线源（包括超高强度的旋转阳极X射线发生器、电子同步加速辐射,高压脉冲X射线源）和高灵敏度探测器的出现以及电子计算机分析的应用，使金属 X射线学获得新的推动力。这些新技术的结合，不仅大大加快分析速度，提高精度，而且可以进行瞬时的动态观察以及对更为微弱或精细效应的研究。X射线衍射仪是利用衍射原理,精确测定物质的晶体结构,织构及应力,精确的进行物相分析,定性分析,定量分析.广泛应用于冶金,石油,化工,科研,航空航天,教学,材料生产等领域. X射线是波长介于紫外线和射线间的电磁辐射。X射线管是具有阴极和阳

13、极的真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料）。用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束轰击靶极，X射线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温，故靶极必须用水冷却。XRDX-射线衍射（Wide Angle X-ray Diffraction）主要是对照标准谱图分析纳米粒子的组成，分析粒径，结晶度等。应用时应先对所制样品的成分进行确认。在确定后，查阅相关手册标准图谱，以确定所制样品是否为所得。4、TEM HYPERLINK /view/310296.htm t _blank 透射电子显微镜（ HYPER

14、LINK /view/1458.htm t _blank 英语：Transmission electron microscopy，缩写TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的 HYPERLINK /view/3476.htm t _blank 电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射电子显微镜的分辨率为0.10.2nm，放大倍数为几万百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2m、光学显微镜下无法看清的结构，又称“ HYPERLINK /view/580624.htm t _blan

15、k 亚显微结构”。 成像原理 透射电子显微镜的成像原理可分为三种情况：吸收像：当电子射到 HYPERLINK /view/13930.htm t _blank 质量、 HYPERLINK /view/38960.htm t _blank 密度大的样品时，主要的成相作用是 HYPERLINK /view/206454.htm t _blank 散射作用。样品上质量厚度大的地方对电子的散射角大，通过的电子较少，像的亮度较暗。早期的透射电子显微镜都是基于这种原理。 衍射像：电子束被样品 HYPERLINK /view/59839.htm t _blank 衍射后，样品不同位置的衍射波 HYPERLI

16、NK /view/29246.htm t _blank 振幅分布对应于样品中晶体各部分不同的衍射能力，当出现 HYPERLINK /view/595348.htm t _blank 晶体缺陷时，缺陷部分的衍射能力与完整区域不同，从而使衍射钵的振幅分布不均匀，反映出晶体缺陷的分布。 相位像：当样品薄至100以下时，电子可以传过样品，波的振幅变化可以忽略，成像来自于相位的变化。 组件电子枪：发射电子，由阴极、栅极、阳极组成。阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成射线束，经阳极电压加速后射向聚光镜，起到对电子束加速、加压的作用。 聚光镜：将电子束聚集，可用已控制照明强度和孔径角。 样品室：放置待观察的

17、样品，并装有倾转台，用以改变试样的角度，还有装配加热、冷却等设备。 物镜：为放大率很高的短距透镜，作用是放大电子像。物镜是决定透射电子显微镜分辨能力和成像质量的关键。 中间镜：为可变倍的弱透镜，作用是对电子像进行二次放大。通过调节中间镜的电流，可选择物体的像或电子衍射图来进行放大。 透射镜：为高倍的强透镜，用来放大中间像后在荧光屏上成像。 此外还有二级真空泵来对样品室抽真空、照相装置用以记录影像。 应用透射电子显微镜在材料科学、生物学上应用较多。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，样品的密度、厚度等都会影响到最后的成像质量，必须制备更薄的超薄切片，通常为50100nm。所以用透射电子显微镜

18、观察时的样品需要处理得很薄。常用的方法有：超薄切片法、冷冻超薄切片法、冷冻蚀刻法、冷冻断裂法等。对于液体样品，通常是挂预处理过的铜网上进行观察。 特点TEM常用于研究纳米材料的结晶情况，观察纳米粒子的形貌、分散情况及测量和评估纳米粒子的粒径。是常用的纳米复合材料微观结构的表征技术之一。 以电子束作光源，电磁场作透镜。电子束波长与加速电压(通常50120KV)的平方根成反比。 由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、电源系统等5部分构成。 分辨力0.2nm，放大倍数可达百万倍。 TEM分析技术是以波长极短的电子束作照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率（1nm）、高放大倍数的电子

19、光学分析技术； 用电镜（包括TEM）进行样品分析时，通常有两个目的：一个是获得高倍放大倍数的电子图像，另一个是得到电子衍射花样； TEM常用于研究纳米材料的结晶情况，观察纳米粒子的形貌、分散情况及测量和评估纳米粒子的粒径。是常用的纳米复合材料微观结构的表征技术之一。5、IR6、UV 在化工高分子领域里，UV也被作为 HYPERLINK /view/828909.htm t _blank 辐射固化的简称，辐射固化包含： HYPERLINK /view/980698.htm t _blank UV固化，EB固化，因UV固化所占的份额超过95%，因此同上以UV来作为辐射固化的简称。UV，也就是UV紫

20、外光固化，是利用UV紫外光的中、短波（300-400纳米）在UV辐射下，液态UV材料中的 HYPERLINK /view/1393120.htm t _blank 光引发剂受刺激变为自由基或阳离子，从而引发含活性官能团的高分子材料（树脂）聚合成不溶不熔的固体涂膜的过程，是一种上世纪60年代兴起的，环保的，低VOC排放的新技术，上世纪80年以后在我国得以迅速发展。UV技术大规模应用在在家具，工艺品，电子产品，医疗器械，航空航天，印制电路板、大规模集成电路、数码相机、光盘（CDROM，DVD）、移动电话、液晶显示器与等离子显示器等制造，汽车制造业和建筑材料业等领域中，可完成产品制作工艺中的各种 H

21、YPERLINK /view/667976.htm t _blank 涂装、 HYPERLINK /view/18955.htm t _blank 印刷、 HYPERLINK /view/1219685.htm t _blank 涂饰和胶粘等任务。7、X射线光电子能谱分析1887年，Heinrich Rudolf Hertz发现了光电效应。二十年后的1907年，P.D. Innes用伦琴管、亥姆霍兹线圈、磁场半球 (电子能量分析仪)和照像平版做实验来记录宽带发射电子和速度的函数关系。待测物受X光照射后内部电子吸收光能而脱离待测物表面(光电子)，透过对光电子能量的分析可了解待测物组成,XPS主要

22、应用是测定电子的结合能来实现对表面元素的定性分析，包括价态。XPS（X射线光电子能谱）的原理是用X射线去辐射样品，使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。被光子激发出来的电子称为光电子。可以测量光电子的能量，以光电子的动能为横坐标，相对强度（脉冲/s）为纵坐标可做出光电子能谱图。从而获得试样有关信息。X射线光电子能谱因对化学分析最有用，因此被称为化学分析用电子能谱（Electron Spectroscopy for C emical Analysis）。其主要应用：1，元素的定性分析。可以根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定除H、He以外的所有元素。2，元素的定量分析。根据能谱图中光电子谱

23、线强度（光电子峰的面积）反应原子的含量或相对浓度。3，固体表面分析。包括表面的化学组成或元素组成，原子价态，表面能态分布，测定表面电子的电子云分布和能级结构等。4，化合物的结构。可以对内层电子结合能的化学位移精确测量，提供化学键和电荷分布方面的信息。5，分子生物学中的应用。Ex：利用XPS鉴定维生素B12中的少量的Co。8、NMRNMR（Nuclear Magnetic Resonance）为核磁共振。是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生蔡曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核蔡曼能级上的跃迁。

24、 国内叫NMR，国外叫MR，因为国外比较避讳Nuclear这个单词。基本原理自旋量子数I不为零的核与外磁场 H0相互作用，使核能级发生2I+1重分裂，此为蔡曼分裂。 核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫(F.Block)和哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)各自独立发现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。50多年来，核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科。核磁共振应用核磁共振适合于液体、固体。如今的高分辨技术，还将核磁用于了半固体及微量样品的研究。核磁谱图已经从过去的一维谱图（1D）发展到如今的二维（2D）、三维（3D）甚至四维（4D）谱图，陈旧的实验方法被放弃，新的实验方法迅

25、速发展，它们将分子结构和分子间的关系表现得更加清晰。在世界的许多大学、研究机构和企业集团，都可以听到核磁共振这个名词，包括我们在日常生活中熟悉的大集团。而且它在化工、石油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、环保、纺织及其它工业部门用途日益广泛。在中国，其应用主要在基础研究方面，企业和商业应用普及率不高，主要原因是产品开发不够、使用成本较高。但在石油化工、医疗诊断方法应用较多。核磁共振（NMR）20世纪后半叶，NMR技术和仪器发展十分快速，从永磁到超导，从60MHz到800MHz的NMR谱仪磁体的磁场差不多每五年提高一点五倍，这是被NMR在有机结构分析和医疗诊断上特有功能所促进的。现在有机化学

26、研究中NMR已经成为分析常规测试手段，同样，在医疗上MRI（核磁共振成像仪器）亦成为某些疾病的诊断手段。NMR在21世纪的发展动向为以下几个方面。 （1）提高磁体的磁场强度 预期21世纪将会出现大于100MHz的NMR 谱仪，这将使生物大分子的结构研究有重大突破。 （2）发展三维 HYPERLINK /view/380936.htm t _blank 核磁共振技术（3D-NMR） 随着NMR谱在生物大分子结构分析中的应用，NMR技术所提供的结构信息的数量和复杂性呈几何级数增加。对三维空间的构象和大分子与小分子（或小分析与小分子）之间的相互作用等，二维核磁共振(2D-NMR)已显得无能为力了，因

27、此要发展分子建模技术，利用NOE所提供的分子中质子间的距离信息来计算三维空间结构。 （3）固体NMR和NMR成像技术 在这生命科学、生物医学和材料学中将是至关重要的，将会在分子结构特征和动态特征研究方面有所突破。 二维核磁共振波谱的基本原理二维 HYPERLINK /view/136590.htm t _blank 核磁共振谱的出现和发展，是近代核磁共振波谱学的最重要的里程碑。极大地方便了核磁共振的谱图解析。二维核磁共振谱是有两个时间变量，经两次傅里叶变换得到的两个独立的频率变量图一般把第二个时间变量t2表示采样时间，第一个时间变量t1则是与 t2无关的独立变量，是脉冲序列中的某一个变化的时间

28、间隔。二维核磁共振谱的特点是将 HYPERLINK /view/926394.htm t _blank 化学位移、耦合常数等核磁共振参数展开在二维平面上，这样在一维谱中重叠在一个频率坐标轴上的信号分别在两个独立的频率坐标轴上展开，这样不仅减少了谱线的拥挤和重叠，而且提供了自旋核之间相互作用的信息。这些对推断一维核磁共振谱图中难以解析的复杂化合物结构具有重要作用。一个二维核磁共振试验的脉冲序列一般可划分为下列几个区域：预备期(preraration)演化期 t1 ( evolution)混合期tm (mixing)检测期t2(detection)。检测期完全对应于一维核磁共振的检测期，在对时间域

29、t2进行Fourier变换后得到F2频率域的频率谱。二维核磁共振的关键是引入了第二个时间变量演化期 t1。当样品中核自旋被激发后，它以确定频率进动，并且这种进动将延续相当一段时间。在这个意义上讲，我们可以把核自旋体系看成有记忆能力的体系，Jeener就是利用这种记忆能力，通过检测期间接演化期中核自旋的行为。即在演化期内用固定的时间增量t1进行一系列实验，每一个t产生一个单独的FID,在检测期t2被检测，得到Ni个FID。这里每个FID所用的脉冲序列完全相同，只是演化期内的延迟时间逐渐增加。这样获得的信号是两个时间变量t1 和t2 的函数S，对每个这样的FID作通常的Fourier变换可得到Ni

30、个在频率域F2 中的频率谱 S（t1，F2 ）对不同的t1增量它们的频率谱的强度和相位不同，在F2 域的每一个化学位移从Ni个不同的铺中的铺中得到Ni个不同的数据点，它们组成了一个在t1方向的“准FID”或干涉图。为了便于观察，将F2 对t1的数据矩阵旋转900，使t变为水平轴，三个不同频率f1、f2 和f3 的这种干涉图，它显示了t1 的波动。然后在对 作第二个Fourier 变换，就得到了依赖于两个频率的二维谱S(F1，F2)。8、分析电子显微镜analytical electron microscope；AEM 是由 HYPERLINK /view/310296.htm t _blank

31、 透射电子显微镜、 HYPERLINK /view/442650.htm t _blank 扫描电子显微镜和 HYPERLINK /view/923036.htm t _blank 电子探针组合而成的多功能的新型 HYPERLINK /view/56517.htm t _blank 仪器。其功能有：可获得透射电子图像、扫描透射电子图像、 HYPERLINK /view/190490.htm t _blank 二次电子图像、 HYPERLINK /view/569291.htm t _blank 背散射电子图像和 HYPERLINK /view/45735.htm t _blank X射线图像，

32、可用X射线能谱和电子能谱进行微-微区成分 HYPERLINK /view/239473.htm t _blank 分析，用多种 HYPERLINK /view/59839.htm t _blank 衍射技术进行 HYPERLINK /view/591665.htm t _blank 晶体结构分析、 HYPERLINK /view/255840.htm t _blank 粒度分析和阴极发光观察等。在 HYPERLINK /view/45791.htm t _blank 高分子材料科学中用于分析结晶材料中的缺陷和杂质。9、xrd基本介绍即X-ray diffraction ， HYPERLINK

33、/view/45735.htm t _blank X射线衍射，通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。 X射线是一种波长很短(约为200.06)的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。在用电子束轰击金属“靶”产生的X射线中,包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征（或标识）X射线。考虑到X射线的波长和晶体内部原子间的距离(10-8nm)相近，1912年德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束 X射线通过晶体时将发生

34、衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。这一预见随即为实验所验证。1913年英国物理学家布喇格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶体衍射基础的著名公式布喇格定律： 2d sin=n式中为X射线的波长，n为任何正整数，又称衍射级数。其上限为以下条件来表示：nmax=2dh0k0l0/，dh0k0l0/2只有那些间距大于波长一半的面族才可能给出衍射，以此求纳米粒子的形貌。当X射线以掠角(入射角的余角)入射到某一点阵平面间距为d的原

35、子面上时,在符合上式的条件下，将在反射方向上得到因叠加而加强的衍射线。布喇格定律简洁直观地表达了衍射所必须满足的条件。当 X射线波长已知时(选用固定波长的特征X射线)，采用细粉末或细粒多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中，从每一角符合布喇格条件的反射面得到反射,测出后，利用布喇格公式即可确定点阵平面间距、晶胞大小和类型;根据衍射线的强度,还可进一步确定晶胞内原子的排布。这便是X射线结构分析中的粉末法或德拜-谢乐(DebyeScherrer)法的理论基础。而在测定单晶取向的劳厄法中，所用单晶样品保持固定不变动（即不变）,以辐射束的波长作为变量来保证晶体中一切晶面都满足布喇格条件,故选用连续

36、X射线束。如果利用结构已知的晶体，则在测定出衍射线的方向后,便可计算X射线的波长，从而判定产生特征X射线的元素。这便是X射线谱术,可用于分析金属和合金的成分。10、电感耦合等离子体电感耦合等离子光谱发生仪电感耦合等离子体(ICP)是目前用于 HYPERLINK /view/553340.htm t _blank 原子发射光谱的主要光源。ICP具有环形结构温度高电子密度高惰性气氛等特点,用它做激发光源具有检出限低线性范围广电离和化学干扰少准确度和精密度高等分析性能.ICP还可以作为原子化器,如以空心阴极灯为光源,ICP为原子化器的原子荧光光谱仪.这类仪器不采用单色器,以ICP为中心,在周围安装多

37、个检测单元(每一元素配一个检测单元),形成了多元素分析系统.ICP作为原子化器最大的优点在于原子化器具有很高的温度,多种元素都可得到很好地原子化,散射问题也得到的克服.由计算机控制,灯电源顺序地向各检测单元的空心阴极灯供电(2,000次/秒),所产生的荧光由相应的光电倍增管检测,光电转换后的电信号在放大后由计算机处理,并报出各元素的分析结果.不过,值得提出的是,以ICP为原子化器的原子荧光光谱仪对难熔元素的测定灵敏度不高.11、红外光谱解析方法1红外光谱应用的几种情况红外吸收光谱法是对有机化合物进行定性鉴别的重要手段。定性鉴别时可采用已知物对照法，将样品与对照品在同样条件下测定它们的红外光谱，

38、若完全相同，则可判定为同一化合物。标准光谱对照法，测定样品的红外光谱，与标准光谱对照。要求吸收峰峰位和峰强度一致，可判定为同一化合物。未知成分或新发现的化合物，需要与其他方法（元素分析、紫外、核磁及质谱）进行综合解析。红外光谱对于判断化合物具有何种官能团和化合物的类别最有帮助。2样品的一般性质样品的来源、纯度，纯度一般要求98以上。样品的物理化学常数，沸点、熔点、折光率、旋光度等等，可以作为光谱解析的旁证。分子式如果可知将为结构解析提供许多信息。可用分子式计算不饱和度，用于估计分子结构中是否有双键、叁键、苯环等。不饱和度（）：是分子结构中距离达到饱和时所缺的一价元素的“对”数。每缺两个一价元素

39、时，不饱和度为一。若分子中只含有C、H、O、N及卤素等元素，则可用下式计算不饱和度=（2+2N+N-N）/2 （4.9）其中N、N及 N等分别是分子式中一价、三价及四价元素的数目。例如，求苯甲酰胺（CHNO）的不饱和度 ：=（2+2*7+1-7）/2=5。一般一个双键、一个脂环对应于一个不饱和度。在本例中一个苯环相当于四个不饱和度（三个双键，一个环），羰基相当于一个不饱和度，故总的不饱和度为五。知道不饱和度对于解析分子结构十分重要，请认真体会，多多练习。 3红外光谱解析红外光谱解析原则：（1）先特征区，后指纹区。根据特征区的谱峰指认化合物有那些官能团，确定化合物的类别是脂肪族，还是芳香族。指纹

40、区的许多吸收峰可以作为相关峰，作为某些官能团存在的旁证。细查指纹区的信息，确定化合物的细微结构。（2）先最强峰，后次强峰。（3）先粗查，后细找。（4）先否定，后肯定。以上原则需综合应用，只有多作练习才可能融会贯通。 12、TG热重 HYPERLINK /view/929531.htm t _blank 热重分析中的待测物质重量值，相应的有TGA，DTG。TGA为热失重分析，即在温度不断变化的情况下通过仪器测定其重量的变化。DTG表示热重的微分。可以用来分析物质在温度不断变化的情况下重量的变化情况。DTG曲线向下为失重峰这最为常见，向上为增重峰。13、DTA差热分析(Differential T

41、hermal Analysis，DTA) HYPERLINK /view/1080640.htm t _blank 差热分析法是以某种在一定实验温度下不发生任何化学反应和物理变化的稳定物质（参比物）与等量的未知物在相同环境中等速变温的情况下相比较，未知物的任何化学和物理上的变化，与和它处于同一环境中的标准物的温度相比较，都要出现暂时的增高或降低。降低表现为吸热反应，增高表现为放热反应。 当给予被测物和参比物同等热量时，因二者对热的性质不同，其升温情况必然不同，通过测定二者的温度差达到分析目的。以参比物与样品间温度差为纵坐标，以温度为横座标所得的曲线，称为DTA曲线。 在差热分析中，为反映这种微

42、小的温差变化，用的是温差热电偶。它是由两种不同的金属丝制成。通常用镍铬合金或铂铑合金的适当一段，其两端各自与等粗的两段铂丝用电弧分别焊上，即成为温差热电偶。 在作差热鉴定时，是将与参比物等量、等粒级的粉末状样品，分放在两个坩埚内，坩埚的底部各与温差热电偶的两个焊接点接触，与两坩埚的等距离等高处，装有测量加热炉温度的测温热电偶，它们的各自两端都分别接人记录仪的回路中在等速升温过程中，温度和时间是线性关系，即升温的速度变化比较稳定，便于准确地确定样品反应变化时的温度。样品在某一升温区没有任何变化，即也不吸热、也不放热，在温差热电偶的两个焊接点上不产生温差，在差热记录图谱上是一条直线，已叫基线 。如

43、果在某一温度区间样品产生热效应，在温差热电偶的两个焊接点上就产生了温差，从而在温差热电偶两端就产生热电势差，经过信号放大进入记录仪中推动记录装置偏离基线而移动，反应完了又回到基线。吸热和放热效应所产生的热电势的方向是相反的，所以反映在差热曲线图谱上分别在基线的两侧,这个热电势的大小，除了正比于样品的数量外，还与物质本身的性质有关。许多物质在加热或冷却过程中会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理化学变化。这些变化必将伴随体系焓的改变，因而产生热效应。其表现为该物质与外界环境之间有温度差。选择一种对热稳定的物质作为参比物，将其与样品一起置于可按设定速率升温的电炉中。分别记录参比物

44、的温度以及样品与参比物间的温度差。以温差对温度作图就可以得到一条差热分析曲线，或称差热谱图。如果参比物和被测物质的热容大致相同，而被测物质又无热效应，两者的温度基本相同，此时测到的是一条平滑的直线，该直线称为基线。一旦被测物质发生变化，因而产生了热效应，在差热分析曲线上就会有峰出现。热效应越大，峰的面积也就越大。在差热分析中通常还规定，峰顶向上的峰为放热峰，它表示被测物质的焓变小于零，其温度将高于参比物。相反，峰顶向下的峰为吸收峰，则表示试样的温度低于参比物。一般来说，物质的脱水、脱气、蒸发、升华、分解、还原、相的转变等等表现为吸热，而物质的氧化、聚合、结晶、和化学吸附等表现为放热。差热曲线的

45、峰形、出峰位置、峰面积等受被测物质的质量、热传导率、比热、粒度、填充的程度、周围气氛和升温速度等因素的影响。因此，要获得良好的再现性结果，对上述各点必须十分注意。一般而言，升温速度增大，达到峰值的温度向高温方向偏移；峰形变锐，但峰的分辨率降低，两个相邻的峰，其中一个将会把另一个遮盖起来。14、Hammett指示剂法大多数金属氧化物以及由它们组成的复合氧化物，都具有酸性或者碱性，有时甚至同时具有这两种性质。按照酸碱的定义固体酸可以分成两类。一类是能给出质子的物质叫Brnsted酸，简称为B酸；另一类是能接受电子对的物质叫Lewis酸，简称为L酸。在固体催化剂的表面上，酸中心的分布是不均匀的，这是

46、由于其表面上能量分布的不均匀性造成的。催化剂表面酸分布是指其表面酸浓度随酸强度变化的情况。以每克催化剂样品上酸量来表示酸浓度（即酸中心的数目）。在不同酸强度下酸的总量称为总酸量。固体表面酸性质就包括以上所述的酸类型、酸强度和酸量。固体酸的类型可以通过吡啶吸附的红外光谱来测定。酸强度和酸浓度可以通过Hammett指示剂法来测定，但该方法所测定的是B酸和L酸的总结果。以B代表碱性的Hammett指示剂，当它吸附在催化剂的表面上时，与表面上的H+发生相互作用生成相应的共轭酸BH+：B + H+ = BH+ 将固体酸粉末样品悬浮于非水惰性液体中，借助于指示剂用碱进行滴定。滴定所用的碱必须是比指示剂更强

47、的碱，通常采用 值约为+10的正丁胺。加入的碱首先吸附在最强的酸性位上，并且最终从固体上取代指示剂分子。本实验用标准正丁胺环己烷溶液滴定固体酸，从而求出酸量。当某指示剂（ ）吸附在固体酸上变成酸型色时，使指示剂恢复到碱型色所需的正丁胺的滴定度，即为固体酸表面上酸中心数目的度量。用这种方法测定的酸量，实际上是具有酸强度 的那些酸中心的量。若以不同 值的指示剂，用标准正丁胺环己烷溶液滴定，就可以得到不同酸强度范围下的酸量，就将得到各H0下的酸量即酸分布15、热分析这个词具有广泛的含义，根据国际热分析和量热协会组织(1CTAC)的定义，热分析是指在程序温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。

48、热分析技术包括热重分析(TG)、离析气体检测(EGD)、离析气体分析(EGA)、放射热分析、热离子分析；差热分析(DTA)、差示扫描量热(DSC)、热机械分析(WA)、热声计、热光学计、热电子计、热电磁计等。 随着各种技术的相继问世，热分析已在各个领域中得到应用。从矿物、天机物、金属、陶瓷到聚合物、电子材料、有机物、药物、食品和生物器官，热分析被应用于每一个研究领域，并逐渐扩展到工业生产和质量控制中。 本文概述了1997-1998年热分析方法的进展与应用；所选文献多为某一领域的综述性文献。 1热分析仪器、技术与方法 关于热分析领域新仪器和方法的发展与应用已有数篇综述1-6，其总的发展趋势是新技

49、术的进步，应用领域的延伸；样品重量的减少，扩散和渗透到生产线，使用计算机和机器入。在DSC，DTA领域的一个进展是调制式示差扫描量热仪、热分析仪(modulated DSC, modulated DTA)的出现7,8。它在传统DSC线性加热或冷却基础上叠加了一个正弦的温度加热速率，再利用傅里叶转换不断地对调幅热流进行计算，从而得到比传统DSC更多的信息，如总热流、调幅热流、可逆热流、不可逆热流及热容。同时具有高灵敏度和高分辨率，弥补丁传统DSC不能同时具备高灵敏度和高分辨率的不足。MDESC已经在高分子表征的几个方面被证实有特殊用途，包括将复杂转变分离成易解析的部分，提高检测微弱转变的灵敏度，

50、由一个实验过程直接测量热流和比热变化。在食品方面，比如冰冻食品的加工和储存。冷冻食品的脆性，蛋白质的变性等方面都有应用。 由热分析仪与其它仪器的特长和功能相结合，实现联用分析，扩大分析内容，是现代热分析仪发展的一个趋势。已有商品化的各类联用量热仪，比如热重分析仪与叮红外分析仪，色谱仪，质谱仪的联用等。另外值得一提的是同时联用技术。它是在程序控温下，对同一试样同时采取两种或多种分析技术进行分析，其优点是显而易见的。近期发展的有紫外-可见光示差扫描热卡量热仪(DPC)、微调制热分析仪及微热机械仪等。微调制热分析仪、微热机械是原子力显微镜与微量调制热分析及热机械分析技术相结合的结果。将传统的AFM的

51、探针用极微小的热电阻取代，同时用于加热及温度测量，以AFM分析显示材料的形貌、相应位置的热传导及热扩散区域分布和物理性质的变化。显微镜分析与热分析、热机械分析相结合为其在诸如材料科学、制药学、催化剂、薄膜、电子成分、法医科学及生物体系等领域的应用及研究提供了有力的手段。 在最近的二十年、光声及光电技术被引入量热研究，用于浓缩材料的热性质研究和各种材料、结构的热波探测9。在制药工业应用的反应量热仪可以通过中央个人电脑控制16个反应参数并由屏幕进行监测10。在微反应器中用小型化的量热仪监视热物理反应的可能性已经讨论11。用于测定燃料燃烧热的热弹量热仪其两个发展方向是测量及数据处理的高度自动化和无水

52、热弹量热仪的发展12。动力学量热法是基于温度调制方法和绝热方法发展起来的，可以得到动力学热容数据。这是与材料的动力学相关的一个基本量，Jeong对其进展进行了综述13。动力学量热仪已被用于过冷液体的慢弛豫研究。自由模式动力学研究方法用于DSC研究中，提供了一种可靠的数学表达式来描述化学反应14。Marison对生物反应量热仪进行了综述15。滴定量热仪被主要应用于四个主题的研究16：(1)水溶液中的配对焓和溶质-溶质相互作用参数；(2)离子表面活性剂形成胶束的解体；(3)蛋白-配体相互作用17；(4)高分子吸附剂上被吸附物的吸附。滴定量热还被用于某些反应热的测定18。 2热分析方法的应用 2.1 材料，化工和炸药推进剂DSC被用于研究无机玻璃的结构松弛过程19，铁酸盐不锈钢结构变化20、金属氧化物和玻璃的热力学和化学结构21以及多