X物相结构分析ppt课件

朱承飞1.6 X射线衍射物相结构分析射线衍射物相结构分析 n一、X射线衍射物相定量分析基本原理n二、几种X射线衍射物相定量分析方法简介n三、X射线衍射物相分析方法的应用 朱承飞一、X射线衍射物相定量分析基本原理nX射线物相定量分析的根据是：样品中每个相衍射线条的强度随该相含量的增加而提高。朱承飞常用物相定量分析基本原理常用物相定量分析基本原理粉末平板状样品粉末平板状样品：I=G C A()V 式中：式中：3424032cmeIRLGMcenFNC22222cossin2cos1 实验条件固定时，实验条件固定时，G为常数。为常数。A()为吸收因子，为吸收因子，V是被是被 X 射线照射的样品体积。射线照射的样品体积。朱承飞 样品中第样品中第j j 相的体积为相的体积为V Vj j，其密度为，其密度为j j，则其重量则其重量 W Wj j=V=Vj jj j。又设样品重量为。又设样品重量为W W，那么那么 j j 相的重量分数为：相的重量分数为：jjjjVWWWXjjjXWV朱承飞 平板状样品，衍射线累积强度中的吸收因子与平板状样品，衍射线累积强度中的吸收因子与角无关，此时角无关，此时为试样的线吸收系数为试样的线吸收系数。上式将粉末衍射线强度与物相的质量百分含量联上式将粉末衍射线强度与物相的质量百分含量联系在一起。系在一起。式中即为式中即为 X 射线物相定量分析的基础理论公式射线物相定量分析的基础理论公式。jjmjjjljjXCGXCGI1朱承飞二、几种X射线衍射物相定量分析方法简介n1、直接比较法 n2、外标法n3、内标法n4、K值法朱承飞1、直接比较法n直接比较法是将试祥中待测相某衍射线的强度与另一相某衍射线的强度相比较的方法。朱承飞n上式I/I中可由实验测的，可以K/K计算求得，故由上式可以求出奥氏体和马氏体的体积分数比X/X，由于X+X=1，所以奥氏体的体积分数：n如果还有没有溶解的碳化物，则可同时测定衍射花样中碳化物的某条衍射线的积分强度Ic、然后列出与上式相类似的方程：朱承飞2、外标法外标法 外标法是采用对比试样中第外标法是采用对比试样中第j 相的某衍射线相的某衍射线和纯和纯j相（外标物质）的同一条衍射线强度而获相（外标物质）的同一条衍射线强度而获得样品中第得样品中第j相的含量。相的含量。外标法，外标法，原则上只适于原则上只适于含两相物质系统的含量测试。含两相物质系统的含量测试。设试样中两相的质量吸收系数分别为设试样中两相的质量吸收系数分别为 m1和和 m2，两相的质量百分数分别为，两相的质量百分数分别为X1和和X2，那么，那么，该试样的质量吸收系数可写作：该试样的质量吸收系数可写作：m=m1X1+m2X2 朱承飞X1+X2=1 112211111XXXCGImm11221111)(1XXCGImmm以以I I1010表示纯表示纯1 1相的某衍射线强度，此时，相的某衍射线强度，此时，X X2 2=0=0，X X1 1=1=1则：则：111101mCGI朱承飞 两相系统中只要已知各相的质量吸收系数，两相系统中只要已知各相的质量吸收系数，在实验测试条件严格一致的情况下，分别测在实验测试条件严格一致的情况下，分别测试得某相的一衍射线强度及对应的该纯相相试得某相的一衍射线强度及对应的该纯相相同衍射线强度，即可获得待测试样中该相的同衍射线强度，即可获得待测试样中该相的含量。含量。221111101)(mmmmXXII朱承飞图图 测定水泥水化产物钙矾石（测定水泥水化产物钙矾石（AFtAFt）的）的X X射线定量射线定量分析用定标曲线。分析用定标曲线。朱承飞 3、内标法内标法 设样品有几个物相，质量分别为设样品有几个物相，质量分别为W1，W2，W3，Wn，样品总质量，样品总质量 。试样中加入标准。试样中加入标准物相物相S，质量为，质量为WS。Xj为第为第 j 相（待测相）的质量相（待测相）的质量百分数，而百分数，而Xj 为加入标样后的质量百分数，为加入标样后的质量百分数，XS为为标样的质量百分数。那么标样的质量百分数。那么Xj 有：有：njjWW1)1()1(SjSSjSjjXXWWWWWWWWX朱承飞 当试样中所含当试样中所含物相数大于物相数大于2时，且各相的吸收系时，且各相的吸收系数不同，常采用在试样中加入某种标准物相来进数不同，常采用在试样中加入某种标准物相来进行分析，此方法通常称为内标法。行分析，此方法通常称为内标法。由式可得到由式可得到j物相某衍射线强度物相某衍射线强度:对于标准物，其某一衍射线强度为：对于标准物，其某一衍射线强度为：jSjmjjXXCGI)1(1SSmSSXCGI1朱承飞比较两式可得：比较两式可得：JSSjSSjSjXXXCCII1一般情况下，标样的加入量为已知，因一般情况下，标样的加入量为已知，因XS为常数，故令为常数，故令：上式即为内标法基本公式上式即为内标法基本公式。SSjSSjXXCCC1那么上式可写作：那么上式可写作：Ij/Is=C Xj 朱承飞 在实验测试过程中，由于常数在实验测试过程中，由于常数 C 难以用计难以用计算方法获得，因此，实际操作过程中也是采算方法获得，因此，实际操作过程中也是采用定标曲线，再进行分析。通常采用配制一用定标曲线，再进行分析。通常采用配制一系列的标样，即用纯系列的标样，即用纯 j 相与掺入物相相与掺入物相 S 配制成配制成不同的重量分数的标样，用不同的重量分数的标样，用X射线衍射仪测定。射线衍射仪测定。已知不同已知不同 Xj 的的 Ij/IS，作出定标曲线，然后再，作出定标曲线，然后再进行未知试样中进行未知试样中j相的测定相的测定。朱承飞 如图为石英定量分析的定标曲线，以萤石为内标物相。对如图为石英定量分析的定标曲线，以萤石为内标物相。对于掺入的内标物，通常要求物理、化学稳定性高，其特征线与于掺入的内标物，通常要求物理、化学稳定性高，其特征线与待测待测j j相及其它物相衍射线无干扰。相及其它物相衍射线无干扰。朱承飞 4、基体冲洗法（、基体冲洗法（K值法）值法）从式从式 Ij/Is=C Xj 中知，常数中知，常数C与标样物相的掺入量有关，与标样物相的掺入量有关，这必然会导致因实验过程测定定标曲线时，因样品的混合、计这必然会导致因实验过程测定定标曲线时，因样品的混合、计量等引入较多的误差，为消除此不足，量等引入较多的误差，为消除此不足，F.H.Chung改进了内标改进了内标测试方法，基本消除了因外掺标样物相所造成的误差，并称此测试方法，基本消除了因外掺标样物相所造成的误差，并称此改进方法为基体冲洗法，而习惯上由称之为改进方法为基体冲洗法，而习惯上由称之为K值法。值法。在式中令：在式中令：则式可变为：则式可变为：jssijsCCKjssjssjXXXKII1朱承飞 从上式中可看出，常数与从上式中可看出，常数与 j 相和相和 S 相的相的含量无关，也与试样中其他相的存在与否无含量无关，也与试样中其他相的存在与否无关。而且，与入射光束强度关。而且，与入射光束强度 I0 以及衍射仪圆以及衍射仪圆半径半径 R0 等实验条件无关，而只与等实验条件无关，而只与j和和S相的相的密度，结构及所选衍射线条有关，但与密度，结构及所选衍射线条有关，但与X射射线的波长有关。但当入射线波长选定后，只线的波长有关。但当入射线波长选定后，只与与j和和S相有关。显然，只需已知，测定相有关。显然，只需已知，测定Ij和和Is，通过上式即可求得通过上式即可求得 Xj。朱承飞5、X射线物相定量分析过程射线物相定量分析过程 对于一般的对于一般的X射线物相定量分析工作，总是射线物相定量分析工作，总是通过下列几个过程进行：通过下列几个过程进行：（1）物相鉴定物相鉴定 即为通常的即为通常的X射线物相定性分析。射线物相定性分析。（2）选择标样物相选择标样物相 标样物相的理化性能稳定，与待测物相衍射标样物相的理化性能稳定，与待测物相衍射线无干扰，在混合及制样时，不易引起晶体的线无干扰，在混合及制样时，不易引起晶体的择优取向。择优取向。朱承飞（3）进行定标曲线的测定或进行定标曲线的测定或 Kjs测定测定 选择的标样物相与纯的待测物相按要求制成选择的标样物相与纯的待测物相按要求制成混合试样，选定标样物相及待测物相的衍射，混合试样，选定标样物相及待测物相的衍射，测定其强度测定其强度Is和和Ij，用，用Ij/Is和纯相配比和纯相配比Xjs 获取定获取定标曲线或标曲线或Kjs。（4）测定试样中标准物相测定试样中标准物相j的强度或测定按要的强度或测定按要求制备试样中的特检物相求制备试样中的特检物相j及标样及标样S物相指定衍物相指定衍射线的强度。射线的强度。（5）用所测定的数据，按各自的方法计算出用所测定的数据，按各自的方法计算出待检物相的质量分数待检物相的质量分数Xj。朱承飞6、X射线物相定量分析过程应注意的问题射线物相定量分析过程应注意的问题 在定量分析的基础公式中，假设了被测物在定量分析的基础公式中，假设了被测物相中晶粒尺寸非常细小，各相混合均匀，无择相中晶粒尺寸非常细小，各相混合均匀，无择优取向优取向。实际情况存在一定的不同。在试样制备及标实际情况存在一定的不同。在试样制备及标样选择时样选择时，避免重压，减少择优取向，通常，避免重压，减少择优取向，通常采用透过窗样品架，而在测量时，采用样品从采用透过窗样品架，而在测量时，采用样品从其面法线转动来消除择优取向的影响。其面法线转动来消除择优取向的影响。朱承飞三、X射线衍射物相分析方法的应用nX射线衍射的应用射线衍射的应用已经渗透到物理、化学、地质、材料、天文、生命科学、石油化工、医药学行业，成为非常重要的近代物理分析方法。朱承飞粉末衍射的应用粉末衍射的应用1、物相分析、物相分析由粉末衍射图得由粉末衍射图得：I(2)sin2nd各种晶体的谱线有自已特定的位置，数目和强度。各种晶体的谱线有自已特定的位置，数目和强度。其中更有若干条较强的特征衍射线，可供物相分析其中更有若干条较强的特征衍射线，可供物相分析。JCPDS(Joint Committee on Powder Diffrac-tion Standards)(也称也称 PDF卡卡Powder Diffration File)dA、dB、dC、dD、dE、dF、dG、dHdB、dC、dA、dD、dE、dF、dG、dHdC、dA、dB、dD、dE、dF、dG、dH朱承飞2 2、衍射图的指标化、衍射图的指标化利用粉末样品衍射利用粉末样品衍射图确定相应晶面的图确定相应晶面的晶面指面晶面指面h k l的值的值(又称米勒指数又称米勒指数)就就称为指标化。称为指标化。2220lkhad)(4sin2222220lkhad2sin得到系统消光的信息，从而推得点阵得到系统消光的信息，从而推得点阵型式，并估计可能的空间群。型式，并估计可能的空间群。立方晶系立方晶系a=b=c=ao ,=90 朱承飞3 3、晶粒大小的测定、晶粒大小的测定coslhklkD hkl=B b 晶粒大小与衍射峰宽之间满足谢乐晶粒大小与衍射峰宽之间满足谢乐(Scherrer)公式公式:垂直于晶面垂直于晶面hkl方向的方向的平均厚度平均厚度衍射峰的衍射峰的半高宽半高宽晶体形状有关的晶体形状有关的常数，常取常数，常取0.89 hkl必须进行双线校正和仪器因子校正必须进行双线校正和仪器因子校正实测样品衍射峰半高宽实测样品衍射峰半高宽仪器致宽度仪器致宽度