X射线多晶衍射法课件

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019-6-16,谢谢观赏,*,2019-6-16,谢谢观赏,1,7.3 X,射线多晶衍射法,实验条件,:,单色的,X,射线、多晶样品或粉末样品,7.3.1,特点和原理,角要满足布拉格方程,2d,h*k*l*,sin,n,h,*n,k,*n,l,*,=n,n=1,2,3,7.3 X,射线多晶衍射法,2019-6-16谢谢观赏17.3 X射线多晶衍射法实验,2019-6-16,谢谢观赏,2,7.3.2,粉末衍射图的获得,常用方法有二种：照相法和衍射仪法,1,、照相法,相机为金属圆筒,直径,(,内径,),为,57.3mm,紧贴内壁放置胶片,在圆筒中心轴有样品夹,可绕中心轴旋转,样品位置和中心轴一致。,4,R,=2L,即,=(,弧度,),(,度,),2,R,=57.3nm,=,L,a,b,c,I(2,),h,k,l,7.3 X,射线多晶衍射法,2019-6-16谢谢观赏27.3.2粉末衍射图的获得常用方,2019-6-16,谢谢观赏,3,2,、衍射仪法,单色,X,光照射在压成平板的粉末样品,Y,上，它和计数器由马达，按,和,2,角大小的比例由低角度到高角度同步地转动，以保证可能的衍射线进入计数器,.,I(2,),7.3 X,射线多晶衍射法,2019-6-16谢谢观赏32、衍射仪法单色X光照射在压成平,7.3.3,粉末衍射的应用,1,、物相分析,由粉末衍射图得：,I,(2,),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。,JCPDS(Joint Committee on Powder Diffrac-tion Standards)(,也称,PDF,卡,Powder Diffration File),d,A,、,d,B,、,d,C,、,d,D,、,d,E,、,d,F,、,d,G,、,d,H,d,B,、,d,C,、,d,A,、,d,D,、,d,E,、,d,F,、,d,G,、,d,H,d,C,、,d,A,、,d,B,、,d,D,、,d,E,、,d,F,、,d,G,、,d,H,7.3 X,射线多晶衍射法,4,谢谢观赏,2019-6-16,7.3.3粉末衍射的应用1、物相分析由粉末衍射图得：I(2,2019-6-16,谢谢观赏,5,2,、衍射图的指标化,利用粉末样品衍射图确定相应晶面的晶面指面,h k l,的值,(,又称米勒指数,),就称为指标化。,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。,立方晶系,a=b=c=a,o,=,=,=90,7.3 X,射线多晶衍射法,2019-6-16谢谢观赏52、衍射图的指标化利用粉末样品衍,2019-6-16,谢谢观赏,6,3,、晶粒大小的测定,hkl,=B b,晶粒大小与衍射峰宽之间满足谢乐,(Scherrer),公式,:,垂直于晶面,hkl,方向的,平均厚度,衍射峰的,半高宽,晶体形状有关的,常数，常取,0.89,hkl,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,仪器致宽度,7.3 X,射线多晶衍射法,2019-6-16谢谢观赏63、晶粒大小的测定hkl=B,2019-6-16,谢谢观赏,7,7.4,电子衍射法简介,电子、质子和中子等微观粒子都有波性，它们的射线也会产生衍射现象，亦作测定微观结构的工具。,电子射线波长与速度,v,有关，根据德布罗意关系式,=h/p=h/=h/=h/,10000,V,电场,电子射线的波长,12.3pm,7.4,电子衍射法简介,2019-6-16谢谢观赏77.4 电子衍射法简介电子、,2019-6-16,谢谢观赏,8,7.4.1,电子衍射法与,X,射线衍射法比较,电子衍射法,X,射线衍射法,穿透能力 小于,10,-4,mm,可达,1 mm,以上,散射对象 主要是原子核 主要是电子,研究对象 适宜气体、薄膜 适宜晶体结构,和固体表面结构,适合元素 各种元素 不适合元素,H,由于中子穿透能力大，所以用中子衍射法确定晶体中,H,原子位置就更有效。,7.4,电子衍射法简介,2019-6-16谢谢观赏87.4.1 电子衍射法与X射线衍,2019-6-16,谢谢观赏,9,7.4.2,电子衍射法测定气体分子的几何结构,分子内原子之间的距离和相对取向是固定的，原子之间散射次生波的干涉同样会产生衍射,。,原子散射因子,A,j,近似等于原子序数,Z,j,I,=+,（,sinR,jk,S,）,/R,jk,S,S=,（,4,/,）,sin,（,/2,）,维尔电子衍射强度公式是：,7.4,电子衍射法简介,2019-6-16谢谢观赏97.4.2 电子衍射法测定气体分,2019-6-16,谢谢观赏,10,例如,:,用,40000V,的电子射线得到,CS,2,蒸气的衍射图，其中强度最大的衍射角分别是,2.63,o,、,4.86,o,、,7.08,o,。已知,CS,2,是对称的直线分子，求,C-S,键长。,由 实 验 得,S,1,=0.04713pm,-1,;S,2,=0.08698pm,-1,;S,3,=0.1265pm,-1,由衍射强度公式计算,:,I,=,Z,+2,Z,+4,Z,C,Z,S,sin,（,RS,）,/RS+2Zsin,（,R S,）,/R S,即,I,=6,2,+216,2,+4616sin,（,RS,）,/RS+216,2,sin,（,2RS,）,/2RS,I,=,（,I,6,2,2,16,2,）,/16,8=2sin,（,2RS,）,+3sin,（,RS,）,/RS,I,对,RS,作图,I,(,I,),最大处的,(RS),i,=7.1;13.5;19.7,计算得,:,R,i,=(RS),i,/S,i,=,153pm;155pm;157pm,平均,R=1551pm,7.4,电子衍射法简介,2019-6-16谢谢观赏10例如:用40000V的电子射,7.4.3,低能电子衍射法在表面分析中的应用,LEED,（,Low Energy Electron Diffraction,）,能量为,101000eV,的低能电子射线波长为,40040pm,，相当于或小于晶体中原子间距，晶体可以对它产生衍射。但由于电子穿透能力较差，所以这个能量范围内产生的衍射只是来自晶体内,500 1000 pm,的深度的电子散射（相当于表面几层原子）。,表 面 分 析,Ni(100),晶体表面,低能电子衍射图,表面格子,7.4,电子衍射法简介,11,谢谢观赏,2019-6-16,7.4.3 低能电子衍射法在表面分析中的应用LEED（Low,7.5 X,射线荧光光谱分析,7.5.1 X,射线荧光分析方法及应用,X射线,原子,荧光,(,特征,X,射线,),1,、莫斯莱定律及定性分析方法,莫斯莱（,moseley),定律,=k,（,Z-s,）,-2,特征波长,与原子序数,Z,关系是定性分析的基础,7.5 X,射线荧光光谱分析,12,谢谢观赏,2019-6-16,7.5 X射线荧光光谱分析7.5.1 X射线荧光分析方,2019-6-16,谢谢观赏,13,Mo,（,Z=42,）：（特征波长,和相对强度,I),K,1,（,0.0709nm,）,100,；,L,1,（,0.5406nm,）,100,；,K,2,（,0.0713nm,）,50,；,L,2,（,0.5414nm,）,12,；,K,1,（,0.0632nm,）,14,；,L,1,（,0.5176nm,）,50,。,不同元素的同名谱线波长变化规律：,K,1,线,Fe,（,Z=26,）为,0.1936nm,；,Cu,（,Z=29,）为,0.1540nm,；,Ag,（,Z=47,）为,0.0559nm,；,Pb,（,Z=82,）为,0.0165nm,7.5 X,射线荧光光谱分析,2019-6-16谢谢观赏13Mo（Z=42）：（特征波长,2,、定量分析,在指定波长下，,X,射线荧光强度与被测元素的含量成正比，是,定量分析,的依据。,1,基体效应,:,基体指被分析元素以外的主量元素，而基体效应是指样品中基本化学组成以及物理、化学状态变化，对分析谱线强度的影响。,（,1,）影响定量分析因素,a,、用轻元素作稀释物与试样混合均匀的稀释法；,b,、将样品制得很薄的薄膜样品法；,c,、用标样作工作曲线来校正的。,7.5 X,射线荧光光谱分析,14,谢谢观赏,2019-6-16,2、定量分析在指定波长下，X射线荧光强度与被测元素的含量成正,2019-6-16,谢谢观赏,15,2,不均匀效应,:,对于多相合金、粉末等不均匀材料，,X,射线荧光强度与颗粒大小有关，颗粒大吸收大，颗粒小荧光强。,克服办法,:,可用磨细粒度，制成液体或固熔体。粉末表面可以压实，固体表面可以刨光表面。,3,谱线干扰,:,原子的,X,射线光谱比光学光谱简单但对于复杂试样仍不可忽视,。,a,、选择无干扰谱线；,b,、降低,X,光管电压，使干扰元素不能激发；,c,、改进仪器性能，提高分辨率本领；,d,、在光路中安置滤光片,。,克服办法：,7.5 X,射线荧光光谱分析,2019-6-16谢谢观赏152不均匀效应:对于多相合,2019-6-16,谢谢观赏,16,(2),定量分析方法,1,标准曲线法,:,配制一套系列标准样品，绘制标准曲线，并在标准曲线上查得待测元素含量,。,2,标准加入法,:,又称增量法，将试样分成,n,份，在,n1,份试样中分别加入不同含量（,1-3,倍）待测元素。然后测定各试样的分析谱线强度。并以谱线强度对加入的元素含量作图，当待测元素含量较小时，可获得近似线形校正曲线，直线外推至横坐标（含量）交点，即为试样中待测元素含量。,3,内标法,:,在试样和一系列标样中都加入相同的内标元素，测定各个样品的待测元素分析谱线的荧光强度,I,L,及内标元素内标谱线的荧光强度,I,I,，以,I,L,/I,I,对系列标样中被测元素的含量作图，得内标标准曲线。由曲线查得试样中待测元素的含量。,7.5 X,射线荧光光谱分析,2019-6-16谢谢观赏16(2)定量分析方法1标准,2019-6-16,谢谢观赏,17,3,、应用,X,射线荧光分析方法是一种十分有效的成分分析方法，可测定原子序数,592,的元素的定性及定量分析，并可进行多元素同时检测，是一种快速精密高的分析方法，其检测限达,10,-5,10,-9,gg,-1,（或,gcm,-3,）。分析应用范围不断扩大，已被定为国际标准（,ISO,）分析方法之一,。,X,荧光法与原子发射光谱有许多共同之处，但它更具有谱线简单；方法特征性强；不破坏试样；分析含量范围广等突出优点。随着仪器技术及计算机技术的发展，它将成为元素分析的重要手段之一。,7.5 X,射线荧光光谱分析,2019-6-16谢谢观赏173、应用X射线荧光分析方法是一,2019-6-16,谢谢观赏,18,7.5.2 X,射线荧光光谱仪,1,、波长色散型,X,射线荧光光谱仪,根据其分光的原理不同，,X,射线荧光光谱仪可分为,波长色散,和,能量色散,两大类型。,X,射线发生器,分光系统,检测器,记录系统,7.5 X,射线荧光光谱分析,2019-6-16谢谢观赏187.5.2 X射线荧光光谱仪,2019-6-16,谢谢观赏,19,（,1,）,X,射线发生器,X,射线发生器由,X,光管和高电压发生器组成。荧光分析用的,X,光管功率较大，需用水冷却。一般分析重元素时选用钨靶，分析轻元素时选用铬靶，使用,W-Cr,靶材料的,X,光管可用于较广范围的元素测量。,高电压发生器一般输出,50-100kV,，,50-100mA,，,直流电源可获得更强的,X,射线。,7.5 X,射线荧光光谱分析,2019-6-16谢谢观赏19（1）X射线发生器X射线发生器,2019-6-16,谢谢观赏,20,（,2,）分光系统,使用晶体分光器，根据衍射公式 和晶体周期性结构，即不同的特征,X,荧光射线对应不同的色散角,，使不同波长的,X,荧光射线色散，以便选择待测元素的特征,X,射线荧光波长