射线衍射仪的构造与使用一、实验目的1．了解衍射仪的构造与原理2．掌握衍射样品的制备方法3．熟悉实验参量的选择和仪器操作，并通过实验得到一个*RD图谱二、实验原理(一) 衍射仪的构造及原理1、衍射仪是进展*射线分析的重要设备，主要由*射线发生器、测角仪、记录仪和水冷却系统组成新型的衍射仪还带有条件输入和数据处理系统图1给出了*射线衍射仪框图图2. 测角仪光路示意图1、测角仪圆, 2、试样, 3、滤波片,S光源, S1、S2梭拉狭缝,K 发散狭缝,L防散射狭缝, F 接收狭缝,C 计数管图1. *射线衍射仪框图2、 *射线发生器主要由高压控制系统和*光管组成，它是产生*射线的装置，由*光管发射出的*射线包括连续*射线光谱和特征*射线光谱，连续*射线光谱主要用于判断晶体的对称性和进展晶体定向的劳埃法，特征*射线用于进展晶体构造研究的旋转单体法和进展物相鉴定的粉末法测角仪是衍射仪的重要局部，其光路图如图2射线源焦点与计数管窗口分别位于测角仪圆周上，样品位于测角仪圆的正中心在入射光路上有固定式梭拉狭缝和可调式发射狭缝，在反射光路上也有固定式梭拉狭缝和可调式防散射狭缝与接收狭 缝有的衍射仪还在计数管前装有单色器。
当给*光管加以高压，产生的* 射线经由发射狭缝射到样品上时，晶体中与样品外表平行的面网，在符合布拉格条件时即可产生衍射而被计数管接收当计数管在测角仪圆所在平面扫射时，样品与计数管以1：2速度连动 因此，在*些角位置能满足布拉格条件的面网所产生的衍射线将被计数管依次记录并转换成电脉冲信号，经放大处理后通过记录仪描绘成衍射图二) 衍射实验方法*射线衍射实验方法包括样品制备、实验参数选择和样品测试1、样品制备在衍射仪法中，样品制作上的差异对衍射结果所产生的影响，要比照相法得多因此，制备符合要求的样品，是衍射仪实验技术中的重要的一环，通常制成平板状样品衍射仪均附有外表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，样品放入其中进展测定1). 粉晶样品的制备(1) 将被测试样在玛瑙研钵中研成5μm左右的细粉；(2) 将适量研磨好的细粉填入凹槽，并用平整光滑的玻璃板将其压紧； (3) 将槽外或高出样品板面多余粉末刮去，重新将样品压平，使样品外表与样品板面一样平齐光滑2). 特殊样品的制备对于金属、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。
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但固定在窗孔的样品其平整外表必须与样品板平齐，并对着入射*射线2、测量方式和实验参数选择1). 测量方式衍射测量方式有连续扫描和步进扫描法连续扫描法是由脉冲平均电路混合成电流起伏，而后用长图记录仪描绘成相对强度随2θ变化的分布曲线步进扫描法是由定标器定时或定数测量，并由数据处理系统显示或打印，或由绘图仪描绘成强度随2θ变化的分布曲线不管是哪一种测量方式，快速扫描的情况下都能相当迅速地给出全部衍射把戏，它适合于物质的预检，特别适用于对物质进展鉴定或定性估计对衍射把戏局部做非常慢的扫描，适合于精细区分衍射把戏的细节和进展定量的测量例如，混合物相的定量分析，准确的晶面间距测定、晶粒尺寸和点阵畸变的研究等2). 实验参数选择(1) 狭缝：狭缝的大小对衍射强度和分辨率都有影响大狭缝可得较大的衍射强度但降低分辨率，小狭缝提高分辨率但损失强度，一般如需要提高强度时宜选取大些狭缝，需要高分辨率时宜选小些狭缝，尤其是接收狭缝对分辨率影响更大每台衍射仪都配有各种狭缝以供选用2) 时间常数和预置时间：连续扫描测量中采用时间常数，客观存在是指计数率仪中脉冲平均电路对脉冲响应的快慢程度。
时间常数大，脉冲响应慢，对脉冲电流具有较大的平整作用，不易辨出电流随时间变化的细节，因而，强度线形相对光滑，峰形变宽，高度下降，峰形移向扫描方向；时间常数过大，还会引起线形不对称，使一条线形的后半局部拉宽反之，时间常数小，能如实绘出计数脉冲到达速率的统计变化，易于分辨出电流时间变化的细节，使弱峰易于分辨，衍射线形和衍射强度更加真实计数率仪均配有多种可供选择的时间常数步进扫描中采用预置时间来表示定标器一步之的计数时间，起着与时间常数类似的作用，也有多种可供选择的方式3) 扫描速度和步宽连续扫描中采用的扫描速度是指计数器转动的角速度慢速扫描可使计数器在*衍射角度围停留的时间更长，接收的脉冲数目更多，使衍射数据更加可靠但需要花费较长的时间，对于精细的测量应采用慢扫描，物相的预检或常规定性分析可采用快扫描，在实际应用中可根据测量需要选用不同的扫描速度步进扫描中用步宽来表示计数管每步扫描的角度，有多种方式表示扫描速度4) 走纸速度和角放大连续扫描中的走纸速度起着与扫描速度相反的作用，快走纸速度可使衍射峰分得更开，提高测量准确度一般精细的分析工作可用较快速的走纸，常规的分析可使走纸速度适当放慢些步进扫描中用角放大来代替纸速，大的角放大倍数可使衍射峰拉得更开。
三) 样品测量1、 开机1) 翻开总电源〔配电箱标注水冷，D8〕和衍射仪稳压电源；2) 启动冷却水循环机〔机箱侧面总电源，面板上run〕；3) 启动计算机；4) 启动主机测角仪局部：按下主机右侧电源开关①(绿色)，此时run(绿色)、Alarm(红色)、busy(黄色)三个指示灯全亮，系统自检自检完毕后，busy(黄色)灯灭5) 启动高压局部：(1) 当超过三天未使用*光管时，必须进展光管的预热(老化)，参见本规程第4局部；(2) 系统自检完毕后，高压开关钥匙打至Ⅰ位此时显示屏显示kV=0，mA=0；(3) 按下预热电流按钮至指示灯亮松开此时显示屏显示kV：0，mA：0；(4) 按on按钮，指示灯亮，同时灯灭，Alarm(红色)灯灭此时显示屏显示kV=20，mA=5；(5) 检查仪器状态，按住mode，同时翻按↑、↓键，显示屏显示仪器当前状态，当冷却水流量(flow)必须大于3.6，方可继续操作2、 实验1) 翻开desktop\Diffrac Plus Release 2000文件夹，双击D8 Immediate Measurement快捷方式，启动扫描程序D8Adjust.e*e；2) 进入程序界面后，翻开菜单Diffractormeter\Init All Drivers进展各驱动轴参数的初始化；3) 设置扫描参数：(1) 工作电压与电流：一般设为40kV，40mA；(2) 扫描围：start＞5°，stop＜130°自选(一般样品扫描围在5°~100°以)；(3) 扫描步长Increment：自选；(4) 扫描速度Scanspeed：自选；(4) 扫描类型Scantype：一般选locked coupled(两轴联动)，continue(连续扫描)或stepscan(步进扫描)自选。
4) 点击Data collection按钮，开场采集数据，屏幕上实时显示*RD图谱；扫描过程中点击Stop按钮，完毕扫描5) 选择菜单File\Save as…将原始数据存盘(*.raw格式)6) 翻开desktop\DIFFplus B_S 2000文件夹，双击Eva快捷方式，对图谱进展分析、打印3、 关机1) 扫描完毕后，首先将电流降至5mA，电压降至20kV；2) 按下预热电流按钮至指示灯亮后松开；3) 等待10分钟后，按off按钮，指示灯亮；4) 钥匙打至○位；5) 按主机右侧(红色)按钮，关闭主机电源；6) 关闭电脑；7) 继续等待30分钟后(*光管完全冷却)，关闭冷却水循环机〔面板上run，机箱侧面总电源〕；8) 切断稳压电源，配电箱总电源4、 预热(老化)1) 当超过三天未使用*光管时，必须进展光管的预热(老化)前方可进展实验；2) 开机步骤同第1局部〔1〕~〔4〕条；3) 加高压将高压钥匙直接打至Ⅱ位，后按第1局部第〔5〕条(c)~(d)步操作；4) 按住mode，同时翻按↑、↓键，至显示屏显示automatic.时，按住edit的同时按↑键，屏幕显示automatic run，此时预热开场；当屏幕显示automatic end时预热完毕(大约1~2小时)。
5) 关机步骤同第三局部；6) 预热完毕关机后，至少间隔30分钟以上方可再次开机进展实验四) 考前须知1、制样中应注意的问题1〕 样品粉末的粗细：样品的粗细对衍射峰的强度有很大的影响要使样品晶粒的平均粒径在5μm左右，以保证有足够的晶粒参与衍射并防止晶粒粗大、晶体的结晶完整，亚构造大，或镶嵌块相互平行，使其反射能力降低，造成衰减作用，从而影响衍射强度2) 样品的择优取向：具有片状或柱状完全解理的样品物质，其粉末一般都呈细片状或细律状，在制作样品过程中易于形成择优取向，形成定向排列，从而引起各衍射峰之间的相对强度发生明显变化，有的甚至是成倍地变化对于此类物质，要想完全防止样品中粉末的择优取向，往往是难以做到的不过，对粉末进展长时间〔例如达半小时〕的研磨，使之尽量细碎；制样时尽量轻压；必要时还可在样品粉末中掺和等体积的细粒硅胶：这些措施都能有助于减少择优取向2、实验参数的选择根据研究工作的需要选用不同的测量方式和选择不同的实验参数，记录的衍射图谱不同，因此在衍射图谱上必须标明主要的实验参数条件三、仪器设备德国布鲁克D8 ACVANCE 粉末衍射仪一台；玛瑙研钵一个；化学药品或实际样品假设干。
四、实验容每组制备一个试验样品，选择适当的试验参数获得*RD图谱一五、思考题1、*射线衍射仪由哪几局部构成.2、用*射线衍射仪进展测试，对样品有哪些要求.*RD定性分析一、实验目的1．熟悉JCPDS卡片及其检索方法2．根据衍射图谱或数据，学会单物相鉴定方法3. 根据衍射图谱或数据，学会混合物相定性鉴定方法二、实验原理(一) 定性分析的原理根据晶体对*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*射线物相分析法每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体构造没有任何两种物质，它们的晶胞大小、质点种类及其在晶胞中的排列方式是完全一致的因此，当*射线被晶体衍射时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射把戏，它们的特征可以用各个反射面网的间距d和反射线的相对强度I/I0来表征其中面网间距d与晶胞的形状和大小有关，相对强度则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关所以任何一种结晶物质的衍射数据d和I/I0是其晶体构造的必然反映，因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相1、JCPDS卡片实验的条件不同〔如所使用的*射线波长不同〕，衍射把戏的形态也有所不同，难以进展比拟因此，通常国际上统一将这些衍射把戏经过计算，换算成衍射线的面网间距d值和强度I，制成卡片进展保存。
目前这套卡片由“国际粉末衍射标准联合会〞 〔Joint mittee on Powder Diffraction Standards〕与美国材料试验协会〔ASTM〕、美国结晶学协会〔ACA〕、英国物理研究所〔IP〕、美国全国腐蚀工程师协会〔NACE〕等十个专业协会联合编纂称JCPDS卡片是目前上最为完备的*射线粉末衍射数据至1985年出版了46000卡片，并且在不断补充此外一些专门的部门或组织也出版一些用于特定领域的*射线粉末衍射数据集如中国科学院地球化学所编的"矿物*射线粉晶鉴定手册"JCPDS卡片的格式：①卡片序号②该物相三条最强衍射线的d和I值③可能测到的最大面间距④物相的。