rd实验报告.docx

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1、xrd 试验报告X 射线衍射分析试验 一、【试验题目】 X 射线衍射物相定性分析 二、【试验目的及要求】 学习了解 X 射线衍射仪的构造与工作原理;把握 X 射线衍射物相定性分析的方法与步骤;给定试验样品, 设计试验方案,做出正确分析鉴定结果。 三、【试验原理】依据晶体对 X 射线的衍射特征衍射线的位置、强度及数量来鉴定结晶物质之物相的方法 , 就就是X 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与晶体构造。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就是完全全都的。因此,当X 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衍射晶面

2、间距 d 与衍射线的相对强度II1 来表征。其中晶面间距 d 与晶胞的外形与大小有关,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 与II1 就是其晶体构造的必定反映,因而可以依据它们来鉴别结晶物质的物相。 四、【试验仪器】 本试验使用的仪器就是 D8Advance X 射线衍射仪 (德国布鲁抑制造)。X 射线衍射仪主要由 X 射线发生器(X 射线管)、测角仪、X 射线探测器、计算机掌握处理系统等组成。衍射仪的构造如下图。X 射线管 X 射线管主要分密闭式与可拆卸式两种。广泛使用的就是密闭式, 由阴极灯丝、阳极、聚焦罩等组成, 功率大局部在 12 千瓦。可拆

3、卸式 X 射线管又称旋转阳极靶,其功率比密闭式大很多倍, 一般为 1260 千瓦。常用的X 射线靶材有 W、Ag、Mo、Ni、Co、Fe、Cr、Cu 等。X 射线管线焦点为110 平方毫米, 取出角为 36 度。 选择阳极靶的根本要求:尽可能避开靶材产生的特征 X 射线激发样品的荧光辐射,以降低衍射把戏的背底,使图样清晰。1、 测角仪测角仪就是粉末 X 射线衍射仪的核心部件, 主要由索拉光阑、发散狭缝、接收狭缝、防散射狭缝、样品座及闪耀探测器 等组成。 (1)衍射仪一般利用线焦点作为 X 射线源S。假设承受焦斑尺寸为110 平方毫米的常规 X 射线管,出射角 6时,实际有效焦宽为 0、1 毫米

4、,成为0、110 平方毫米的线状 X 射线源。 (2)从 S 放射的 X 射线,其水平方向的发散角被第一个狭缝限制之后,照耀试样。这个狭缝称为发散狭缝(DS),生产厂供给 1/6、1/2、1、2、4的发散狭缝与测角仪调整用 0.05 毫米宽的狭缝。 (3)从试样上衍射的 X 射线束,在 F 处聚焦,放在这个位置的其次个狭缝,称为接收狭缝(RS).生产厂供给 0、15 毫米、0、3 毫米、0、6 毫米宽的接收狭缝。 (4)第三个狭缝就是防止空气散射等非试样散射 X 射线进入计数管,称为防散射狭缝(SS)。SS 与 DS 配对,生产厂供给与发散狭缝的放射角一样的防散射狭缝。 (5)S1、S2 称为

5、索拉狭缝,就是由一组等间距相互平行的薄金属片组成,它限制入射 X 射线与衍射线的垂直方向发散。索拉狭缝装在叫做索拉狭缝盒的框架里。这个框架兼作其她狭缝插座用,即插入 DS,RS 与 SS. 3、X 射线探测记录装置 衍射仪中常用的探测器就是闪耀计数器(SC),它就是利用X 射线能在某些固体物质(磷光体)中产生的波长在可见光范围内的荧光,这种荧光再转换为能够测量的电流。由于输出的电流与计数器吸取的 X 光子能量成正比,因此可以用来测量衍射线的强度。 闪耀计数管的发光体一般就是用微量铊活化的碘化钠(NaI)单晶体。这种晶体经 X 射线激发后发出蓝紫色的光。将这种微弱的光用光电倍增管来放大,发光体的

6、蓝紫色光激发光电倍增管的光电面(光阴极)而发出光电子(一次电子),光电倍增管电极由 10 个左右的联极构成,由于一次电子在联极外表上激发二次电子,经联极放大后电子数目按几何级数剧增(约 106 倍),最终输出几个毫伏的脉冲。 4、计算机掌握、处理装置 D8-Advance 衍射仪主要操作都由计算机掌握自动完成,扫描操作完成后,衍射原始数据自动存入计算机硬盘中供数据分析处理。数据分析处理包括平滑点的选择、背底扣除、自动寻峰、d 值计算, 衍射峰强度计算等。 五、【试验参数选择】 1、 阳极靶的选择: 选择阳极靶的根本要求:尽可能避开靶材产生的特征 X 射线激发样品的荧光辐射,以降低衍射把戏的背底

7、,使图样清楚。必需依据试样所含元素的种类来选择最适宜的特征 X 射线波长(靶)。当 X 射线的波长稍短于试样成分元素的吸取限时, 试样猛烈地吸取 X 射线,并激发产生成分元素的荧光 X 射线,背底增高。其结果就是峰背比(信噪比)PB 低(P 为峰强度,B 为背底强度),衍射图谱难以分清。 X 射线衍射所能测定的 d 值范围,取决于所使用的特征 X 射线的波长。X 射线衍射所需测定的 d 值范围大都在 1nm 至 0、1nm 之间。为了使这一范围内的衍射峰易于分别而被检测,需要选择适宜波长的特征 X 射线。一般测试使用铜靶,但因 X 射线的波长与试样的吸取有关,可依据试样物质的种类分别选用Co、

8、Fe,或 Cr 靶。此外还可选用钼靶,这就是由于钼靶的特征 X 射线波长较短,穿透力量强,假设期望在低角处得到高指数晶面衍射峰,或为了削减 吸取的影响等,均可选用钼靶。2、 管电压与管电流的选择 工作电压设定为 3 5 倍的靶材临界激发电压。选择管电流时功率不能超过 X 射线管额定功率,较低的管电流可以延长 X 射线管的寿命。X 射线管常常使用的负荷(管压与管流的乘积)选为最大允许负荷的 80左右。但就是,当管压超过激发电压 5 倍以上时,强度的增加率将下降。所以,在一样负荷下产生 X 射线时,在管压约为激发电压 5 倍以内时要优先考虑管压, 在更高的管压下其负荷可用管流来调整。靶元素的原子序

9、数越大,激发电压就越高。由于连续 X 射线的强度与管压的平方呈正比,特征 X 射线与连续 X 射线的强度之比,随着管压的增加接近一个常数,当管压超过激发电压的 45 倍时反而变小,所以,管压过高,信噪比 P/B 将降低,这就是不行取得的。3、 发散狭缝的选择(DS): 发散狭缝(DS)打算了 X 射线水平方向的发散角,限制试样被X 射线照耀的面积。假设使用较宽的放射狭缝,X 射线强度增加,但在低角处入射 X 射线超出试样范围,照耀到边上的试样架,消灭试样架物质的衍射峰或漫散峰,对定量相分析带来不利的影响。因此有必要按测定目的选择适宜的发散狭缝宽度。生产厂家供给 1/6、1/2、1、2、4的发散

10、狭缝,通常定性物相分析选用 1发散狭缝,当低角度衍射特别重要时,可以选用1/2(或 1/6)发散狭缝。 4、 防散射狭缝的选择(SS):防散射狭缝用来防止空气等物资引起的散射 X 射线进入探测器,选用 SS 与 DS 角度一样。 5、 接收狭缝的选择(RS):生产厂家供给 0、15mm、0、3mm、0、6mm 的接收狭缝,接收狭缝的大小影响衍射线的区分率。接收狭缝越小,区分率越高,衍射强度越低。通常物相定性分析时使用 0、3mm 的接收狭缝,准确测定可使用0、15mm 的接收狭缝。6、 扫描范围确实定不同的测定目的,其扫描范围也不同。 中选用Cu 靶进展无机化合物的相分析时,扫描范围一般为 9

11、02(2对)于; 高分子,有机化合物的相分析,其扫描范围一般为 60 2;在定量分析、点阵参数测定时,一般只对欲测衍射峰扫描几度。7、 扫描速度确实定 常规物相定性分析常承受每分钟 2或 4的扫描速度,在进展点阵参数测定,微量分析或物相定量分析时,常承受每分钟 1/2或 1/4的扫描速度。六、【样品制备与测试】X 射线衍射分析的样品主要有粉末样品、块状样品、薄膜样品、纤维样品等。样品不同,分析目的不同(定性分析或定量分析),则样品制备方法也不同。1、粉末样品: X 射线衍射分析的粉末试样必需满足这样两个条件:晶粒要细小, 试样无择优取向(取向排列混乱)。所以,通常将试样研细后使用,可用玛瑙研钵

12、研细。定性分析时粒度应小于 44 微米(350 目),定量分析时应将试样研细至 10 微米左右。较便利地确定 10 微米粒度的方法就是,用拇指与中指捏住少量粉末,并碾动,两手指间没有颗粒感觉的粒度大致为 10 微米。 常用的粉末样品架为玻璃试样架,在玻璃板上蚀刻出试样填充区为 2018 平方毫米。玻璃样品架主要用于粉末试样较少时(约少于 500 立方毫米)使用。充填时,将试样粉末-点一点地放进试样填充区,重复这种操作,使粉末试样在试样架里均匀分布并用玻璃板压平实,要求试样面与玻璃外表齐平。假设试样的量少到不能充分填满试样填充区,可在玻璃试样架凹槽里先滴一薄层用醋酸戊酯稀释的火棉胶溶液,然后将粉

13、末试样撒在上面,待枯燥后测试。 2、 块状样品: 先将块状样品外表研磨抛光,大小不超过 2018 平方毫米, 然后用橡皮泥将样品粘在铝样品支架上,要求样品外表与铝样品支架外表平齐。 3、 微量样品: 取微量样品放入玛瑙研钵中将其研细,然后将研细的样品放在单晶硅样品支架上(切割单晶硅样品支架时使其外表不满足衍射条件),滴数滴无水乙醇使微量样品在单晶硅片上分散均匀,待乙醇完全挥发后即可测试。 4、 薄膜样品制备:将薄膜样品剪成适宜大小,用胶带纸粘在玻璃样品支架上即可。样品测试: (1) 样品制备将要测试的样品用玛瑙碾钵磨成粉末,填充到试样架中,并用玻璃板压平实,使试样面与玻璃外表齐平; (2)开机

14、操作开启循环水泵,翻开电脑;待数分钟后,启动 xrd 主机,翻开 X 光管高压电源。翻开计算机 X 射线衍射仪应用软件 XRD Commander,设置适宜的衍射条件及参数,开头样品测试。 (3)停机操作测量完毕,缓慢降低管电流、管电压至最小值,关闭 X 光管电源;取出试样;10 分钟后关闭循环水泵,关闭水源。七、【数据处理】 测试完毕后,可将样品测试数据存入磁盘供随时调出处理。原始数据需经过曲线平滑,Ka2 扣除,谱峰查找等数据处理步骤,最终打印出待分析试样衍射曲线与 d 值、2、强度、衍射峰宽等数据供分析鉴定。八、【物相定性分析方法】 X 射线衍射物相定性分析方法有以下几种: 1、三强线法

15、: (1)从前反射区(290 中选取强度最大的三根线,并使其 d 值按强度递减的次序排列。 (2)在数字索引中找到对应的 d1(最强线的面间距)组。 (3) 按次强线的面间距 d2 找到接近的几列。 (4)检查这几列数据中的第三个 d 值就是否与待测样的数据对应,再查瞧第四至第八强线数据并进展比照,最终从中找出最可能的物相及其卡片号。 (5)找出可能的标准卡片,将试验所得 d 及I/I1 跟卡片上的数据具体比照,假设完全符合,物相鉴定即告完成。 假设待测样的数据与标准数据不符,则须重排列组合并重复(2)(5)的检索手续。如为多相物质,当找出第一物相之后,可将其线条剔出,并将留下线条的强度重 归

16、一化,再按过程(1)(5)进展检索,直到得出正确答案。3、 特征峰法: 对于常常使用的样品,其衍射谱图应当充分了解把握,可依据其谱图特征进展初步推断。例如在 26、5 度左右有一强峰,在 68 度左右有五指峰消灭,则可初步判定样品含 SiO2。3、参考文献资料:在国内国外各种专业科技文献上,很多科技工作者都发表很多 X 射线衍射谱图与数据,这些谱图与数据可以作为标准与参考供分析测试时使用。4、 计算机检索法: 随着计算机技术的进展,计算机检索得到普遍的应用。这种方法可以很快得到分析结果,分析准确度在不断提高。但最终还须经认真核对才能最终得出鉴定结论。九、【试验报告及要求】 1、试验课前必需预习

17、试验讲义与教材,把握试验原理等必需学问。 2、依据教师给定试验样品,设计试验方案,选择样品制备方法、仪器条件参数等。 3、要求用设计性试验报告用纸写出:试验原理, 试验方案步骤(包括样品制备、试验参数选择、测试、数据处理等),选择定性分析方法,物相鉴定结果分析等。 4、鉴定结果要求写出样品名称(中英文)、卡片号,试验数据与标准数据三强线的 d 值、相对强度及(HKL)。十、【争论(思考)题】 1、简述连续 X 射线谱、特征 X 射线谱产生原理及特点; 2、简述X 射线衍射分析的特点与应用; 3、简述 X 射线衍射仪的构造与工作原理;4、粉末样品制备有几种方法,应留意什么问题？ 5、如何选择 X 射线管及管电压与管电流？ 6、X 射线谱图分析鉴定应留意什么问题？