x射线物相定性分析.ppt
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1、X射线衍射物相分析 物相分析是为了确定待测样品的结构状态,同时也确定了物质的种类。 定量分析 - 多相共存时,组成相含量是多少。,相是材料中各元素作用形成的具有同一聚集状态、同一结构和性质的均匀组成部分,分为化合物和固溶体两类。物相分析,是指确定材料由哪些相组成和确定各组成相的含量。根据晶体对X射线的衍射特征衍射线的方向及强度来鉴定结晶物质的物相的方法,就是X射线物相分析方法。,3.5 X射线物相定性分析,粉末晶体X 射线物相定性分析是根据晶体对X射线的衍射特征即衍射线的方向及强度来达到鉴定结晶物质的。 原因: 1)每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体结构,不会存在两种结晶物质的晶胞大小
2、、质点种类和质点在晶胞中的排列方式完全一致的物质;,3.5 X射线物相定性分析,2)结晶物质有自己独特的衍射花样。(d、和 I); 3)多种结晶状物质混合或共生,它们的衍射花样也只是简单叠加,互不干扰,相互独立。(混合物物相分析),每一种结晶物质都有其特定的结构参数,包括点阵类型、晶胞大小、晶胞形状、晶胞中原子种类及位置等。 与结构有关的信息都会在衍射花样中得到体现,首先表现在衍射线条数目、位置及其强度上,如同指纹,反应每种物质的特征。 物相分析根据衍射线条位置(一定,2角就一定,它决定于结构的点阵面的d 值)和强度确定物相。,3.5 X射线物相定性分析,对于聚合物材料来说,还应考虑整个X射线
3、衍射曲线,因为聚合物X射线衍射曲线的非晶态衍射晕环(漫散峰)极大处位置、峰的形状也是反映材料结构特征的信息,用这个峰位2角所求出的d值,通常对应着结构中的分子链(原子或原子团)的统计平均间距。,3.5 X射线物相定性分析,X射线衍射分析样品制备,在使用X射线衍射仪进行分析时,样品制备会对衍射结果产生显著的影响。通常制成平板状样品,衍射仪均附有表面平整光滑的玻璃或铝质的样品板,板上开有窗孔或不穿透的凹槽,样品放入其中进行测定。 1.粉晶样品的制备 (1)将被测试样品在玛瑙研钵中研成10m左右的细粉; (2)将适量研好的细粉填入凹槽,并用平整的玻璃板将其压紧; (3)将槽外或高出样品中板面的多余粉
4、末刮去,重新将样品压平,使样品表面与样品板面平整光滑。若是使用带有窗孔的样品板,则把样板放在一表面平整光滑的玻璃板上,将粉末填入窗孔,捣实压紧即可。样品测试时,应使贴玻璃板的一面对着入射X射线。 2。特殊样品的制备 对于金属、陶瓷、玻璃等一些不易研成粉末的样品,可先将其锯成窗孔大小,磨平一面,再用橡皮泥或石蜡将其固定在窗孔内。对于片状、纤维状或薄膜样品也可取窗孔大小直接嵌固在窗孔内。但固定在窗孔内的样品其平整表面必须与样品板平齐,并对着入射X射线。,物相分析原理: 将实验测定的衍射花样与已知标准物质的衍射花样比较,从而判定未知物相。 混合试样物相的 X 射线衍射花样是各个单独物相衍射花样的简单
5、迭加,根据这一原理,就有可能把混合物物相的各个物相分析出来。,3.5 X射线物相定性分析,1. 物相标准衍射图谱(花样)的获取: 1) 1938年,J.D.Hanawalt等就开始收集并摄取各种已知物质的衍射花样,将这些衍射数据进行科学分析整理、分类。 2) 1942年,美国材料试验协会ASTM整理出版了最早的一套晶体物质衍射数据标准卡,共计1300张,称之为ASTM卡。,3.5 X射线物相定性分析,3) 1969年,组建了“粉末衍射标准联合委员会”(The Joint Committee on Powder Diffraction Standards,JCPDS),专门负责收集、校订各种物质
6、的衍射数据,并将这些数据统一分类和编号,编制成卡片出版。这些卡片,即被称为PDF卡(The Powder Diffraction File),有时也称其为JCPDS卡片。 目前,这些PDF卡已有好几万张之多,而且,为便于查找,还出版了集中检索手册。,2. PDF卡片,PDF卡片形式,10,(1)1a,1b,1c区域为从衍射图的透射区(290中选出的三条最强线的面间距。1d为衍射图中出现的最大面间距。(1)1a,1b,1c区域为从衍射图的透射区(290中选出的三条最强线的面间距。1d为衍射图中出现的最大面间距。 (2)2a,2b,2c,2d区间中所列的是(1)区域中四条衍射线的相对强度。最强线为
7、100,当最强线的强度比其余线小强度高很多时,有时也会将最强线强度定为大于100。,(3)第三区间列出了所获实验数据时的实验条件。 Rad 所用X射线的种类(CuK,FeK) 0 X射线的波长() Filter 为滤波片物质名。当用单色器时,注明“Mono” Dia 为照相机镜头直径,当相机为非圆筒形时,注明相机名称 Cut off. 为相机所测得的最大面间距; Coll. 为狭缝或光阑尺寸; I/I1 为测量衍射线相对强度的方法 (衍射仪法Diffractometer,测微光度计法 Microphotometer,目测法Visual); dcorr abs? 所测d值的吸收矫正(No未矫正,
8、Yes矫正); Ref. 说明底3,9区域中所列资源的出处。,(4)第4区间为被测物相晶体学数据: sys. 物相所属晶系; SG. 物相所属空间群; a0,b0,c0 物相晶体晶格常数,A= a0/b0 , B= c0/b0轴率比; , 物相晶体的 晶轴夹角; Z. 晶胞中所含物质化学式的分子数; Ref. 第四区域数据的出处。,(5)第五区间是该物相晶体的光学及其他物理常数: ,n,e 晶体折射率; sign. 晶体光性正负; 2V. 晶体光轴夹角; D. 物相密度; MP. 物相的熔点; Color. 物相的颜色,有时还会给 出光泽及硬度; Ref. 第5区间数据的出处。,(6)第 6
9、区间为物相的其他资料和数据。 包括试样来源,化学分析数据,升华点(S-P),分解温度(D-T),转变点(T-P),按处理条件以及获得衍射数据时的温度等。,(7)第7区间是该物相的化学式及英文名称 有时在化学式后附有阿拉伯数字及英文大写字母,其阿拉伯数表示该物相晶胞中原子数,而大写英文字母则代表16种布拉维点阵: C简单立方;B体心立方;F面心立方;T简单四方;U体心四方;R简单三方;H简单六方;O简单正交;P体心正交;Q底心正交;S面心正交;M简单单斜;N底心单斜;E简单正斜。,(8)第8区为该物相矿物学名称或俗名 某些有机物还在名称上方列出了其结构式或“点”式(”dot” formula)而
10、名称上有圆括号,则表示该物相为人工合成。此外,在第8区还会有下列标记: 表示该卡片所列数据高度可靠; O 表示数据可靠程度较低; I 表示已作强度估计并指标化,但数据不如 号可靠; C 表示所列数据是从已知的晶胞参数计算而得到; 无标记卡片则表示数据可靠性一般。,(9)第9区间是该物相所对应晶体晶面间距d();相对强度I/I1及衍射指标hkl。 在该区间,有时会出现下列意义的字母: b 宽线或漫散线;d 双线; n 并非所有资料来源中均有; nc 与晶胞参数不符; np 给出的空间群所不允许的指数; ni 用给出的晶胞参数不能指标化的线; 因线存在或重叠而使强度不可靠的线; tr 痕迹线;t
11、可能有另外的指数。,(10)第10区为卡片编号 若某一物相需两张卡片才能列出所有数据,则在两张卡片的序号后加字母A标记。,3. PDF卡片索引及检索方法 PDF卡片的索引: Alphabetical Index Hanawalt Index Fink Index,3 粉末衍射卡片索引及检索方法,Alphabetical Index 该索引是按物相英文名称的字母顺序排列。在每种物相名称的后面,列出化学分子式,三根最强线的d值和相对强度数据,以及该物相的粉末衍射PDF卡号。由此,若已知物相的名称或化学式,用字母能利用此索引方便地查到该物相的PDF卡号。,Hanawalt Index 该索引是按强衍
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