射线衍射实验方法

(完整word版)第五章X第五章X常用的试验方法按成相原理分：单晶劳埃法、多晶粉末法、周转晶体法按记录方式分：照相法：用照相底片记录衍射把戏衍射仪法:用各种辐射探测器和电子仪表记录。、粉末照相法是用单色X射线照耀转动(或固定〕多晶体试样，并用照相底片记录衍射把戏的一种试验方法。试样可为块、板、丝等外形，但最常用粉末，故称粉末法。粉末法成相原理：d值一样的晶面取向随机分布于空间任意方向，这些晶面对应的倒易矢量也分布于整个倒易空间的各个方向，它们的倒易阵点则布满在以倒易矢量的长度为半径的倒易球面上.(完整word版)第五章X由于等同晶面族｛HKL｝的面间距相等，所以,等同晶面族的倒易阵点都分布在同一个倒易球面上，各等同晶面族的倒易阵点分别分布图5-1粉末法成相原理图在以倒易点阵原点为中心的同心倒易球面上.在满足衍射条件时,依据厄瓦尔德原理,反射球与倒易球相交，其交线为一毓垂直于入射线的圆,从反射球中心向这些圆周连线级成数个以入射线为公共轴的共顶圆锥,4θ.这样的圆锥称为衍射圆锥。1。1德拜照相法〔1〕德拜照相法〔２〕圆筒底片摄照示意图1。2聚焦照相法o 是利用发散度较大的入射线，照耀到试样的较大区域,由这个区域放射的衍射线又能重聚焦，这种衍射方法称为聚焦法.聚焦相机的根本特几何原理是同一圆周上的同弧圆周角相等，并等于同弧圆心角的一半。置,便可设计出各种不同类型的聚焦相机。(完整word版)第五章X塞曼—波林相机的内壁圆周为聚焦圆，狭缝光阑s、试样外表AB和条状底片MN三者准确地安置在同一个聚焦圆上。狭缝光阑相当X射线的x5—2塞曼—波林相机的衍射几何1。3平面底片照相法利用单色〔标识〕X射线、多晶体试样、平面底片和针孔光阑,故也称之为针孔法。它又可分为透射和背射两种方法。图5—3平面底片透射法的衍射几何 图5-4平面底片摄照示意图(完整word版)第五章XI~2θ与照相法比较:①可实现全自动化或半自动化,所以效率高②灵敏度高，衍射线可以聚拢③精度高，区分率高粉末多晶体衍射仪〔本章重点〕计数测量方法和试验参数的选择衍射把戏的指数化X射线衍射仪由X电路；掌握操作和运行软件的电子计算机系统等几局部组成2。1X(完整word版)第五章X测角仪测角仪是X射线的核心组成局部.是安放试样，使试样实现衍射和搜集衍射线角度和强度的关键部件。试样台位于测角仪中心，试样台的中心轴ON与测角仪的中心轴〔垂直图面)O垂直。试样台既可以绕测角仪中心轴转动，又可以绕自身中心轴转动。试样——放测角仪中心,平板状多晶试样

(完整word版)第五章X试样台——绕测角仪中心轴和绕自身的中心轴转动装样——试样外表与测角仪中心轴重合测角仪圆〔衍射仪圆〕——焦点F和接收光阑G位于的圆周,以样品为圆心。测角仪圆所在平面称测角仪平面.试样台和计数器分别固定在两个同轴圆盘上,并且由两个步进马达驱动5—6测角仪示意图测量时试样：绕中心轴O转动，θ不断转变。计数器：沿测角仪圆周运动G→G`，接收各2θ所对应的衍射强度。且有θ角、2θθ2θ1：2扫描范围：2θ角同由0°〔通常5°〕以上→150°(超过此角度,将引起测角仪系统损坏)测角仪要求与X射线管的线焦斑联接使用，其光学布置如下图。(完整word版)第五章X5—7测角仪的光路系统测角仪的工作原理:是依据Bragg—Brantano准聚焦原理,即变换聚焦园半径原理设计的。无论探测器处于什么位置，入射x射线和试样外表的夹角与从O点衍射出的衍射线和试样外表的夹角必定相等。因此，a,o，f三点也必定在一个圆上,5—75-8测角仪圆和聚焦圆(完整word版)第五章X测角仪的几何关系X射线管的焦点F，计数管的接收狭缝G和试样外表位于同一个聚焦园上,因此可以使由F点射出的发散束经试样衍射后的衍射束在G点聚焦.也即除X射线管焦点F外，聚焦圆与测角仪圆只能有一点相交.无论衍射条件如何转变，在肯定条件下,只能有一条衍射线在测角仪圆上聚焦.因此,沿测角仪圆移动的计数器只能逐个地对衍射线进展测量。从光源F发出的一束发散X射线照到试样外表后，由于多晶试样晶粒取向的M、ONHKLθ同,∠SMF=∠SOF=∠SNF衍射线必定聚焦于S处，设衍射仪圆半径R，聚焦圆半径l，则(完整word版)第五章X图5-9测角仪的衍射几何为了在探测各射线时都严格聚焦,试样的曲率半径要始终等于变化中的l，这在试验中难于实现。因此用平板试样,使当聚焦圆半径l比试术被照面积大得多时，使试样外表始终保持与聚焦圆相切，即聚焦圆圆心永久位于试样外表的法线上。为使计数器永久处于试样外表〔即与试样外表公平的HKL衍射面)的衍射方向，必需让试样外表与计数器同时绕测角仪中心轴同一方向以1：2的角速度联动,即当试样外表与射线成θ角时,计2θ衍射仪记录的始终是平行于试样外表的晶面的衍射；不平行于外表的一些晶面也参与衍射，但无法记录下来。晶体单色器：另一种常用的滤波装置为消退衍射把戏的背底，在衍射线光路上,安装弯曲晶体单色器，如下图.由试样衍射产生的衍射线〔一次衍射线〕经光阑系统投射到单色器中的单晶体上，调整单晶体的方位使它的某个高反射本领晶面〔高原子密度晶面〕与一次衍射线的夹角刚好等于该晶面对Kα辐射的布拉格角.这样，由单晶体衍Kα5—10聚焦晶体单色器图5—11晶体单色器与衍射仪联用示意图晶体单色器既能消退Ｋβ辐射,又能消退由连续Ｘ射线和荧光Ｘ射线产生的背底．但不能消退Ｋα２辐射．(完整word版)第五章X2。4用来探测X射线的强弱和有无。种类：充气管：盖革探测器、正比探测器固体管：闪耀探测器、锂漂移硅半导体探测器、位敏探测器.作用：测量衍射线强度，以进展相分析、织构分析、原子坐标测定等.X/秒=进入光子数/秒正比计数管构造5—12正比或盖革计数器简图正比计数管工作原理自窗口射入的X射线能量一局部通过，而大局部能量被气体吸取．其结果使(完整word版)第五章X圆筒中的气体产生电离。在电场的作用下，电子向阳极丝运动,而带正电的离子则向阴极圆筒运动。由于这时电场强度很高，可使原来电离时所产生的电子在向阳极丝运动的过程中得到加速。当这些电子再与气体分子碰撞时，将引起进一步的电离，如此反复不已.这样，吸取一个x射线光子所能电离的原子数要比电离室多103-105倍。这种现象称为气体放大作用，其结果即产生所谓“雪崩效应“。每个x射线光子进入计数管产生一次电子雪崩，于是就有大量的电子涌到阳极丝，从而在外电路中产生一个易于探测的电流脉冲。正比管的脉冲特性在计数管的工作电压肯定时，正比计数管所产生的电脉冲值与被吸取的光子能量呈正比。例如，吸取一个Cukα光子产生一个1.0mV的电压脉冲；吸取一个Mokα光子产生一个2。2mV的电压脉冲.所以，这种计数器被称为正比计数器.计数损耗在原子雪崩式电离时，电子可以很快全部极的速度是比较慢的。在正离子没有全部到达阴极之前，入射的X射线不行能引起的原子雪崩电离，此时称为计数管堵塞。

(完整word版)第五章X由于入射X射线光量子的射入时间间隔是无规律的,如每两个光量子射入的时间间隔大于或等于计数管的堵塞时间，则每秒可接收的光量子数等于输入的光量子数。如其中局部射入的时间间隔小于计数管的堵塞时间，则这局部光量子不能引5—13二．闪耀计数器闪耀计数器是利用X作用在某些固体物质上会产生可见荧光，其强度与X射线的强度成正比这一物理现象探测X射线的.1.构造5—14闪耀计数器示意图闪耀计数器工作原理当晶体中吸取一个X射线光子时，便在晶体上产生一个闪光。这个闪光射入光电倍增管的光敏阴极上激发出很多电子〔如下图〕.在光电倍增管内装有好多个加速电子的联极。从第一个联极向后，每个联极递增100最终一个联极接到测量线路上去。从光敏阴极激发出来的电子，马上被吸往一个联极，任何一个电子撞到联极上时，都从联极外表激出几个电子，从第(完整word版)第五章X一个联极出来的电子又被吸引到其次个联极，于是每个电子又从其次个联极外表激出几个电子,依此类推。当联极的递增电压为100伏时，每个电子从联极外表可激出4～5个电子。光电倍增管中通常至少有10个联极。因此，一个电子可倍增到106~107个电子。这样,当晶体吸取一个X射线光子时，便可在最终一个联极上收集到数目巨大的电子，从而产生一个象盖革计数器那样的脉冲。3由于闪耀晶体能吸取全部的入射光子，在整个Ｘ射线波长范围，其吸取效率都接近１００％,其缺点是本底脉冲过高．即使在没有Ｘ射线入射时，照旧会产生“无照明电流”的脉冲．2。5将计数器输出的电脉冲信号转变成为操作者能直接读取或记录的数值。完成此信息转换所需要的电子学电路，即计数测量电路。(完整word版)第五章X作用：①保证探测器处于最正确工作状态②放大信息③计数测量主要部件〔如图〕:线性脉冲放大器：图5—16辐射测量的电子电路示意图能线性的放大输入的脉冲幅度脉冲高度分析器由线性放大器、上限甄别器、下限甄别器、反符合电路组成〔如图).脉冲高度分析器方框图微分--只允许那些满足所选定道宽的脉冲通过。积分——允许全部大于下鄄别限的脉冲通过作用：识别不同高度脉冲，去除Kβ、连续谱、荧光谱产生的脉冲，使衍射信(完整word版)第五章X号净化,得到纯洁的Kα脉冲，降低背底和提顶峰背比,以提高灵敏度、准确度。原理:利用计数器产生的脉冲高度H与X射线光子能量hν呈正比的原理来区分此可到达降低背底和提顶峰背比的作用。定标器和计数率器定标器：用定标器测量平均脉冲速率有两种方法：用定标器对脉冲进展计数是间歇式的，这种计数方法比较准确。计数率器:计数率器不是单独的计数和计时间，而是计数和计时的组合,是一〔RC〕〔或计数率计〕的时间常数。5—17计数率计的测量电路2。61〕连续扫描(完整word版)第五章X这种测量方法是将计数器与计数率计连接，让测角仪的θ/2θ角以1︰2的角速度联合驱动,在选定2θ角范围，以肯定的扫描速度扫测各终端上输出测量结果.优点:扫描速度快，工作效率高.缺点:线形、峰位不如步进扫描准确，且其测量精度受扫描速度和时间常数的影响。用途:物相定性分析、择优取向测定、形变回复的争论。图5-18连续扫描测量的石英粉衍射把戏2〕步进扫描始2θ角位置,按定时器设定的计数时间测量脉冲数,将所测得的脉冲2θ角对果脉冲统计波动的影响。(完整word版)第五章X步进扫描不使用计数率计，没有滞后效应。测量精度高，能给出准确定量分析步进扫描方法确定要分析的衍射峰峰位，及其2θI～2θ的衍射曲线.步进扫第四峰:角度范围2θ1~2θ2；设定步宽，如0。04°；设定t，t=10③扫描过程:ａ)让计数器停在2θ1位置，按设定的计数时间t(10秒)测量脉冲数M1,将M1/t=2θ10。04°,tM2,M2/t=2θ1+0.04°角对应的衍射强度；重复测量,得到各步2θ存入计算机,输出.优点:∵相对标准误差σ％=,M大，σ%小；没有滞后效应∴准确。即线形准确。可用于晶块大小、晶格畸变的测量；B)峰位准确.可用于点阵参数准确测定，2θ准确。缺点：效率低用途：能给出准确的衍射峰位、衍射线形、积分强度和积分宽度等衍射(完整word版)第五章X信息，常用作点阵参数准确测定、应力测定、晶块大小测定、定量物相分析。要提高测量精度，可延长步进时间，以抑制脉冲数的统计起伏，M要得到准确线形，则使接收光阑尽量小,时间常数小，以提高分辨本领和灵敏度。二．试验参数的选择狭缝光阑的选择发散狭缝光阑：用来限制入射线在测角仪平面方向上的发散度，2角愈小入射线对试样的照耀宽度愈大,所以发散2接收狭缝的宽度对衍射峰的强度,峰背比和区分率都有明显的影响。增大接收狭缝，可以增加衍射强度,但同时也降低峰背比和区分率，一般状况下，只要衍射强度足够时，应尽可能地选用较小的接收狭缝。防寄生散射光阑对衍射线本身没有影响,只影响峰背比。一般选用与发散狭缝一样的光阑。时间常数的选择如图，A为中等时间常数在峰顶停留3,B、CD〔2/min)的状况下,时间常数分别为小、中、大三种状况的记录.时间常数的增大导致衍射线的峰高低降，线形不对称,峰顶向扫描方向移动。

(完整word版)第五章X为提高测量的准确度，一般选用完可能小的时间常数。扫描速度的选择如图，随扫描速度的加快，同样导致峰高低降，线形畸变，峰顶向扫描方向移动.为提高测量准确度,选用完可能小的扫描速度。图5—21扫描速度对石英衍射线形的影响数据的初步处理测量误差：直接从衍射仪得到的数据,是对应一系列2θ角的X射线的强度数据,其测量值的主要误差有：由于样品中晶粒取向的机遇性造成的误差，具有统计性；由样品中可能存在肯定的择优取向,影响相对强度的测量;由于强度测量系统的计数损失〔漏计〕造成的系统误差;由于量子计数的自然起伏造成的计数统计误差.〔其中前三项在原始数据中不易直接觉察〕有了原始的2θ～I强度数据后,还须进展以下初步处理：(完整word版)第五章X图谱的平滑背底的扣除和弱峰的识别衍射峰位确实定衍射数据采集和数据处理的自动化衍射把戏的指数化就是确定每个衍射圆环所对应的干预指数HKL，这是及其合金的争论中常常遇到的是立方、六方和正方晶系的衍射把戏。立方晶系衍射把戏的指数化立方晶系面间距公式:将dHKL的表达式代入布拉格方程得： 或式中〔H2+K2+L2〕为整数，令〔H2+K2+L2〕=N在同一衍射把戏中，各衍射线条的sin2θ挨次比为:Sin2θ1︰sin2θ2sin2θ3︰……=N1N2︰N3依据衍射图中每一衍射线条的sin2θ值，找出其最简洁整数比的关(完整word版)第五章X的挨次如下图.将其中前10以及干预指数平方和的挨次比列于表6-1.5-22立方晶系衍射把戏示意图衍射简洁立方体心立方面心立方衍射简洁立方体心立方