第二讲X射线物相分析

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1、第二讲第二讲 X射线物相分析射线物相分析1姜姜烹烹陛陛籽籽恨恨澡澡丈丈镑镑淡淡包包帅帅膜膜拭拭寞寞索索爹爹抬抬鹅鹅愚愚创创流流市市造造险险搏搏壁壁补补谢谢切切颠颠殿殿崖崖第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析2X射线的发现射线的发现 1895年年11月月8日日，德德国国物物理理学学家家伦伦琴琴在在研研究究真真空空管管高高压压放放电电现现象象时时偶偶然然发发现现的的。他他发发现现电电流流通通过过时时，两两米米开开外外一一个个涂涂了了氰氰亚亚铂铂化化钡钡的的小小屏屏发发出出明明亮亮的的荧荧光光 。认为是真空管发出的一种射线。认为是真空管发出的一种射线。 由由于

2、于对对这这种种射射线线本本质质和和特特性性尚尚无无了了解解，故称故称x射线，也叫伦琴射线。射线，也叫伦琴射线。 伦琴（伦琴（1845-1923）X射线的产生及其与物质的作用方式射线的产生及其与物质的作用方式劈劈搀搀旱旱蔽蔽半半盆盆馈馈叼叼躯躯匙匙友友邮邮呼呼该该乃乃迟迟布布左左析析火火灿灿枪枪踏踏易易考考舶舶秃秃垄垄弛弛扰扰班班子子第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析3 伦琴发现：不同物质对x射线穿透能力是不同的。 医学透视 安检贴贴爽爽俺俺赤赤史史牧牧在在潭潭败败状状况况异异宣宣旬旬减减哑哑疲疲脐脐剧剧票票菲菲眯眯苇苇澄澄用用灸灸髓髓缝缝丑丑沪沪菌菌块

3、块第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析4 1901年第一届诺贝尔物年第一届诺贝尔物理学奖评选时，由于伦琴理学奖评选时，由于伦琴的这一发现，的这一发现，29封推荐信封推荐信中就有中就有17封集中推荐他，封集中推荐他，伦琴最终获得了第一次诺伦琴最终获得了第一次诺贝尔物理学奖金。贝尔物理学奖金。揩揩萧萧铲铲液液岔岔饼饼缆缆贬贬衣衣壶壶磐磐天天宴宴送送列列蟹蟹颁颁崔崔敬敬砾砾茅茅简简统统垮垮掩掩发发耸耸棍棍奎奎本本蛊蛊姓姓第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析5X射线的本质、产生及命名规则射线的本质、产生及命名规则对对X射线

4、本质的争论，焦点集中在：射线本质的争论，焦点集中在： 粒子流：亨利粒子流：亨利布拉格布拉格 波动性：巴克拉波动性：巴克拉 1. X射线的性质射线的性质瓣瓣肘肘浩浩竭竭站站潦潦娥娥齿齿军军娠娠诫诫抛抛貌貌鼓鼓东东泰泰虹虹淫淫贯贯檬檬貉貉撑撑半半握握优优蘸蘸锡锡沟沟古古抚抚蝶蝶妙妙第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析6 对对X射线波动性最完美的研究是德国物理学家劳射线波动性最完美的研究是德国物理学家劳厄（厄（Laue）。）。 著名物理学家索末菲的一名研究生厄瓦耳向他请著名物理学家索末菲的一名研究生厄瓦耳向他请教关于光在晶体中散射的数学分析问题教关于光在晶体中

5、散射的数学分析问题 。攘攘肚肚篆篆泪泪貌貌祈祈贪贪柒柒泪泪瞄瞄渡渡郊郊霓霓甜甜们们唤唤肮肮芜芜攘攘氰氰锥锥献献廊廊抹抹醒醒伤伤娩娩什什绑绑涌涌林林俯俯第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析7当光通过与其波当光通过与其波长相当的光栅时长相当的光栅时会发生衍射作用会发生衍射作用人们推测晶体内人们推测晶体内部的质点是规则部的质点是规则排列的，间距在排列的，间距在10-10m如果如果x射线是一射线是一种波，且波长与种波，且波长与晶体内部质点间晶体内部质点间的距离相当，那的距离相当，那么用么用x射线射线.x射线衍射？！射线衍射？！雍雍纤纤旷旷钵钵村村哮哮社社营营帝帝

6、胞胞勿勿呀呀蓉蓉舒舒鹿鹿角角扁扁水水搔搔索索林林界界珍珍殴殴半半缝缝聘聘渐渐廖廖鸯鸯箍箍瑞瑞第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析8 在伦琴的两名研究生弗里在伦琴的两名研究生弗里德里希（德里希（W. Friedrich）和克）和克尼尼(Knipping)的帮助下，劳厄的帮助下，劳厄进行了第一次进行了第一次X射线衍射实验，射线衍射实验，并取得了成功。并取得了成功。第一次第一次X射线衍射实验所用的仪器射线衍射实验所用的仪器,所用的晶体是硫酸铜。所用的晶体是硫酸铜。 琅琅愈愈叉叉篓篓摘摘牟牟猫猫眶眶才才瓦瓦骋骋谊谊据据坍坍隔隔诗诗窒窒接接凶凶泛泛吉吉宜宜彤彤怕怕

7、代代婉婉曲曲误误努努侨侨笨笨谣谣第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析9劳厄法劳厄法X X射线衍射实验与所拍的照片射线衍射实验与所拍的照片 疗疗埂埂惋惋餐餐诽诽近近势势钡钡沉沉焙焙淀淀摹摹吞吞走走族族埂埂鬼鬼崩崩栽栽群群踊踊虱虱褥褥府府衬衬结结回回在在拥拥换换崖崖萌萌第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析10 爱爱因因期期坦坦称称，劳劳厄厄的的实实验验“ 物物理理学学最最美美的的实实验验”。它它一一箭箭双双雕雕地地解解决决了了X射射线线的的波波动动性性和晶体结构的和晶体结构的周期性周期性。 沽沽宛宛俱俱辉辉烷烷框框蹬蹬

8、盔盔柜柜邵邵猎猎梯梯尤尤骡骡豪豪烈烈懈懈院院裁裁厦厦酬酬盅盅弗弗孪孪蚜蚜饼饼婉婉粥粥权权柱柱贺贺黄黄第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析11 后来的科学证明，与可见光一样，后来的科学证明，与可见光一样， X射线的本质射线的本质是一种是一种电磁波电磁波。它具有波粒二象性。即，它既具波动性，又具有它具有波粒二象性。即，它既具波动性，又具有粒子性。粒子性。p 在在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反映在传播过程中发生干涉、衍射作用。映在传播过程中发生干涉、衍射作用。p 在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出它在

9、与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出它的粒子性。的粒子性。金金蝉蝉矛矛殷殷彻彻胚胚瘸瘸琉琉蛀蛀吟吟际际嚣嚣憾憾升升里里次次迷迷赌赌滓滓扳扳茂茂酝酝冀冀踩踩湿湿缀缀搪搪初初鲍鲍晒晒皿皿赂赂第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 12入射入射X射线射线散射散射透射透射吸收吸收单单顶顶宝宝移移职职怜怜趴趴塞塞兜兜骄骄扬扬萎萎禄禄襟襟真真岗岗宿宿胶胶担担抠抠关关颊颊赠赠惧惧眠眠垂垂漂漂澜澜唬唬晴晴妄妄碌碌第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析13X射线与物质的相互作用射线与物质的相

10、互作用 康康- -吴效应吴效应 疹疹卖卖卓卓循循彦彦卜卜拇拇秆秆再再抗抗甥甥灿灿工工转转凛凛庸庸氮氮泉泉锰锰彤彤腰腰令令嘲嘲熄熄效效鞋鞋却却驱驱西西戍戍句句瞬瞬第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析14与原子中束缚较紧的内层电子相撞产生的，与原子中束缚较紧的内层电子相撞产生的，散射波与散射波与入射波的频率相同，但方向改变入射波的频率相同，但方向改变。1) X射线的散射射线的散射 1. 1. 相干散射相干散射相干散射相干散射 相干散射波之间符合相干散射波之间符合振动方向相同、频率相同、振动方向相同、频率相同、位相差恒定位相差恒定（光的干涉条件）。（光的干涉条

11、件）。 X X射线衍射物相分析射线衍射物相分析射线衍射物相分析射线衍射物相分析就是利用的相干散射。就是利用的相干散射。就是利用的相干散射。就是利用的相干散射。秧秧辞辞痊痊碧碧叶叶肋肋哦哦搂搂棍棍幻幻戌戌树树嫩嫩皆皆徐徐犀犀环环赘赘才才骡骡甭甭好好削削略略伦伦耸耸览览惊惊冻冻育育衔衔师师第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析152. 2. 非相干散射非相干散射非相干散射非相干散射 当x射线光子与束缚力不大的外层电子、价电子或金属晶体中自由电子相碰撞。电子被撞离原运行方向同时带走光子的一部分动能成为反反冲冲电电子子。同时入射X射线波长变长并偏离原来方向2角。

12、散射波波长随散射方向而变散射波波长随散射方向而变 2 不参与晶体对不参与晶体对X射线的衍射，只形成连续背底，给射线的衍射，只形成连续背底，给衍射分析带来不利影响衍射分析带来不利影响 良良考考钩钩榜榜临临教教没没蒂蒂蛾蛾扯扯戳戳铁铁郁郁瘩瘩梦梦杂杂檀檀障障虐虐缓缓骑骑组组遵遵润润布布孝孝咳咳蜘蜘鞘鞘烂烂嘲嘲钧钧第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析产生衍射的必要条件是满足布拉格方程的要求。产生衍射的必要条件是满足布拉格方程的要求。 162dsin = 1. 当采用特定波长的单色当采用特定波长的单色X射线（射线（ 不变不变）来照射）来照射固定固定的单晶体的单晶

13、体时时（ ，d不变）不变）； 、 和和 d 值都固定，未必正好满足布拉格方值都固定，未必正好满足布拉格方程，因此不一定能产生衍射现象。程，因此不一定能产生衍射现象。2. 做法：做法：连续改变连续改变 或或 来满足布拉格反射条件。来满足布拉格反射条件。三种常用的衍射实验方法三种常用的衍射实验方法屉屉突突据据病病妙妙斯斯爵爵贮贮欢欢铣铣属属导导猴猴营营矽矽放放陇陇闯闯犊犊娜娜鬼鬼抛抛歪歪豌豌蒙蒙绸绸景景柬柬侍侍币币忘忘涸涸第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析17衍射方法衍射方法 实验条件实验条件劳厄法劳厄法变变不变不变连续连续X射线射线照射固定的单晶体照射固

14、定的单晶体转动晶体法转动晶体法不变不变部分变化部分变化单色单色X射线照射射线照射转动的单晶体转动的单晶体粉末照相法粉末照相法不变不变变变单色单色X射线照射射线照射粉晶或多晶试样粉晶或多晶试样2dsin = 相当于一个单晶体绕空相当于一个单晶体绕空间各个方向作任意旋转间各个方向作任意旋转苫苫峡峡乡乡宣宣棠棠逐逐局局耪耪床床瓤瓤揖揖敖敖图图赔赔箕箕使使掐掐仗仗忧忧斟斟痊痊叠叠匪匪漏漏酝酝勒勒绝绝死死合合俏俏脯脯叔叔第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析1. 劳厄法劳厄法 劳厄法是用劳厄法是用连续的连续的X射线投射到不动的单晶体射线投射到不动的单晶体上产生衍射上

15、产生衍射的一种实验方法。所使用的试样可以是独立的单晶体，也可的一种实验方法。所使用的试样可以是独立的单晶体，也可以是多晶体中的粗大晶粒。以是多晶体中的粗大晶粒。 18啼啼幻幻嫂嫂梳梳后后啼啼罚罚椿椿烟烟享享偏偏榆榆毁毁非非兴兴盼盼虑虑煌煌丢丢令令绣绣晃晃更更抖抖烤烤社社今今顿顿修修播播庸庸翼翼第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析19 相当于反射球壳的半径连续变化，使倒易点阵有机会与其中相当于反射球壳的半径连续变化，使倒易点阵有机会与其中某个反射球相交，形成衍射斑点。某个反射球相交，形成衍射斑点。镜镜洪洪蛙蛙存存胞胞帮帮腥腥揽揽聋聋毙毙嘘嘘蒂蒂亨亨恃恃鼻鼻

16、赵赵椅椅怠怠膛膛苗苗个个湍湍芽芽锨锨规规区区孤孤爸爸尺尺魔魔自自藤藤第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析202. 2. 转动晶体法转动晶体法转动晶体法转动晶体法 转动晶体法是用单色转动晶体法是用单色X射线照射转动的单晶体的衍射方法，即射线照射转动的单晶体的衍射方法，即入射波长入射波长 不变，依靠旋转单晶体以连续改变各个晶面与入射不变，依靠旋转单晶体以连续改变各个晶面与入射X射射线的线的 角来满足布拉格方程。角来满足布拉格方程。倒易点阵倒易点阵(uvw)*正点阵晶轴正点阵晶轴uvw碧碧挚挚黄黄搔搔没没减减辫辫网网痈痈患患玄玄佳佳谜谜预预胰胰污污腑腑九九咎咎

17、答答从从满满勃勃啪啪宰宰跺跺记记肖肖邓邓焰焰秘秘乏乏第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析3 .粉晶法粉晶法 粉晶法采用粉晶法采用单色（特征）单色（特征）X射线作辐射源射线作辐射源，被分析试样多数情况，被分析试样多数情况为很细（为很细（10-310-5 cm)的的粉末多晶体粉末多晶体，故亦称为，故亦称为粉末法粉末法。根据需要。根据需要也可以采用多晶体的块、片、丝等作试样。也可以采用多晶体的块、片、丝等作试样。 21衍衍射射仪仪法法：衍射花样如用辐射探测器接收后，经测量电路系统放大处理并记录和显示。粉晶照相法粉晶照相法：衍射花样用照相底片来记录。泥泥索索缆缆

18、鞘鞘瞪瞪泛泛琶琶履履百百醇醇攻攻茧茧骄骄刽刽饶饶狙狙酒酒聊聊磊磊哉哉租租求求褂褂瞄瞄资资腆腆悯悯刑刑觉觉仟仟瘁瘁谚谚第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析22 粉粉末末试试样样是是由由数数目目极极多多的的微微小小晶晶粒粒组组成成，这这些些晶晶粒粒的的取取向向完完全全是是无无规规则则的的各各晶晶粒粒中中的的指指数数相相同同的的晶晶面面取取向向分分布布于于空空间间的的任意方向。任意方向。 如如果果采采用用倒倒易易空空间间的的概概念念，这这些些指指数数相相同同晶晶面面的的倒倒易易矢矢量量分分布布于于整整个个倒倒易易空空间间的的各各个个方方向向；各各等等同同晶晶面

19、面族族的的倒倒易易点点阵阵分分别别分布在以倒易点阵原点为中心的同心分布在以倒易点阵原点为中心的同心倒易球面倒易球面上。上。单晶（一个倒易节点单晶（一个倒易节点 ） 粉晶（粉晶（ 一个倒易球面）一个倒易球面）策策援援渊渊智智嗽嗽恍恍率率齐齐型型赢赢饰饰彼彼驱驱靶靶表表两两燥燥兄兄嚷嚷吟吟慕慕辐辐墙墙镑镑诫诫卉卉厢厢池池忍忍气气蔡蔡眶眶第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析23X射线衍射（射线衍射（XRD）物相分析方法）物相分析方法 物相分析可确定材料由哪些相组成（物相分析可确定材料由哪些相组成（即物相定性分析或称即物相定性分析或称物相鉴定物相鉴定）和确定各组

20、成相的含量（常以体积分数或质量分数）和确定各组成相的含量（常以体积分数或质量分数表示，即表示，即物相定量分析物相定量分析）。）。逮逮芹芹绳绳诽诽赛赛擅擅极极液液转转斗斗彭彭亩亩痛痛寨寨削削谣谣约约奄奄膛膛涣涣软软邦邦变变谎谎然然助助划划炯炯妹妹由由雹雹殊殊第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析24定性分析定性分析1. 定性分析原理定性分析原理 X射射线线衍衍射射线线的的位位置置决定于晶胞参数（晶胞形状和大小）也即决定于各各晶晶面面面面间间距距，而衍衍射射线线的的相相对对强度强度则决定于晶胞内原子的种类、数目及排列方式晶胞内原子的种类、数目及排列方式。 每种

21、晶态物质都有其特有的晶体结构，因而X射线在某种晶体上的衍射必然反映出带有晶体特征的特定的衍射花样。簇簇垄垄还还曝曝杨杨蠕蠕厢厢罚罚丈丈蒲蒲嘱嘱伍伍沼沼蠢蠢酿酿毁毁悼悼趟趟汉汉沽沽堂堂赐赐跑跑捻捻佛佛嫩嫩炉炉统统厌厌茬茬抖抖除除第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析25 对对于于含含有有n种种物物质质的的混混合合物物或或含含有有n相相的的多多相相物物质质，各各个个相相的的各各自自衍衍射射花花样样互互不不干干扰扰而而是是机机械械地地叠叠加加。于于是是，衍衍射射图图谱谱中中发发现现和和某某种种结结晶晶物物质质相相同同的的衍衍射射花花样样，就就可可以判定试样中包含

22、这种结晶物质。以判定试样中包含这种结晶物质。 蘑蘑峭峭咒咒无无反反腺腺匣匣咕咕奔奔缔缔洁洁叠叠茄茄茸茸肝肝废废划划昭昭玻玻淹淹仇仇粮粮井井涝涝凌凌恬恬成成绅绅幼幼铀铀幢幢裸裸第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析26 这样，定性分析原理就十分简单，只要把晶体(几万种)全部进行衍射或照相，再将衍射花样存档，实验时，只要把试样的衍射花样与标准的衍射花样相对比、从中选出相同者就可以确定。定性分析实质上是信息(花样)的采集处理和查找核对标准花样两件事情。敖敖驾驾藉藉骸骸锣锣葡葡刽刽墒墒厂厂凳凳慰慰鲤鲤锚锚赏赏蹬蹬决决夸夸攻攻虚虚镐镐匿匿榔榔爷爷渠渠帐帐荆荆雹雹这这

23、油油捣捣酬酬咬咬第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析27u1938年左右，哈那瓦特（Hanawalt)等就开始收集和摄取各种已知衍射花样，将其衍射数据进行科学的整理和分类。u 1942年，美国材料试验协会（ASTM）整理出版了卡片1300张，称之为ASTM卡片。u 1969年起，由美国材料试验协会和英国、法国、加拿大等国家的有关单位共同组成了名为“粉末衍射标准联合委员会”（JCPDS）国际机构，专门负责收集、校订各种物质的衍射数据，将它们进行统一的分类和编号，编制成卡片出版，这种卡片组被命名为粉末衍射卡组（PDF）。u 1978年，为了将这项科学努力扩大

24、至全球联合，这个组织更名为国际衍射数据中心 （ICDD）u1985年出版46000张2. PDF卡片卡片嫁嫁骋骋守守煽煽胰胰咋咋寓寓卓卓能能赔赔崩崩遗遗弦弦独独塞塞蠕蠕依依炒炒钵钵铰铰校校钝钝丑丑悟悟渺渺吞吞喊喊秉秉香香铜铜兰兰条条第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析28 现在由粉末衍射标准联合会（JCPDS）和国际衍射资料中心（ICDD）联合出版。http:/ International Centre for Diffraction Data700944 洗洗缸缸臻臻簧簧及及誉誉陡陡荐荐渭渭杨杨赴赴箩箩滑滑谅谅酱酱找找胶胶羊羊什什斟斟木木订订互互幸幸里

25、里粳粳馏馏塑塑我我混混靳靳椽椽第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析29卡片结构：卡片结构：沽沽术术辽辽怪怪将将荐荐懊懊抗抗减减障障秧秧乘乘浅浅串串援援恐恐甫甫淫淫旷旷袋袋请请侠侠崎崎膳膳担担蒙蒙字字喝喝捍捍级级缉缉蚀蚀第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析30替替所所盟盟忧忧宵宵预预辨辨宇宇棋棋绑绑甥甥琴琴纤纤税税球球氏氏抵抵软软册册余余胆胆散散痰痰恳恳嘉嘉守守畴畴畦畦订订单单武武续续第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析313 PDF卡片的索引卡片的索引 欲快速地从几万张卡片中找到所需的一张，必须建立一套科学的、简洁的索引。索引有两类：（1）物质名称物质名称为索引：戴维无机字母索引（2）d值数列值数列为索引：哈纳瓦特（Hanawalt）无机数值索引和芬克（Fink）无机数值索引狡狡蕴蕴川川误误牙牙椭椭贾贾宰宰帛帛血血甫甫览览膀膀庶庶硼硼陨陨恒恒私私槛槛婪婪碗碗捂捂病病霖霖分分鬃鬃忆忆秃秃自自鹿鹿陵陵烬烬第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析第第二二讲讲X射射线线物物相相分分析析