晶体X射线衍射实验报告

中 南 大 学 X射线衍射实验报告 姓 名 学院 材料科学与工程 专业 学号 11 月 材料学 同组者 日 指导教师 评阅日期 黄继武 实验日期 2010 年 评分 分 评阅人 实验一 仪器操作与定性分析 一、实验目的 掌握X射线衍射物相定性分析的原理和实验方法 熟悉PDF卡片的查找方法和物相检索方法 二、实验原理 ∴ X射线衍射谱，就如同人的指纹一样，是每一种晶体物质的特征，是鉴别晶体物质的标志。 如果将两种或两种以上的晶体物质混合在一起，则组成混合物的各相产生的衍射花样是独立的、机械叠加。 根据衍射谱的特点确定物相的晶体结构和相的种类——就是定性分析的内容。 前面所述的方法，对立方晶系较简单，其它晶系则复杂了，且只能计算出晶体物质的晶体学参数，而物质是什么相，必须查对晶体学手册。 仔细分析衍射谱要特征标志衍射线的分布各衍射峰的分布和相对强度的变化物相的晶体结构 2θ确定(2θ与入射波长λ及衍射面间距有关，波长一定时，由d衍射谱的主可确定θ，而d是晶体结构中一个重要参数) 1 衍射线的积累强度取决于晶体的结构因子和多重性因子 所以衍射谱上衍射线的分布及强度作为标定物相的主要依据是完全可行的。 为了消除因采用不同入射线，波长对衍射线的位置（2θ）的影响，可将各衍射线的位置换算成衍射面间距（d=λ/2sinθ） 也即，用d-I数据组作为定性相分析的基本判据。 每一物相具有其特有的特征衍射谱，没有任何两种物相的衍射谱是完全相同的记录已知物相的衍射谱，并保存为PDF文件从PDF文件中检索出与样品衍射谱完全相同的物相多相样品的衍射谱是其中各相的衍射谱的简单叠加，互不干扰，检索程序能从PDF文件中检索出全部物相 三、仪器与材料 仪器：18KW转靶X射线衍射仪1台 数据采集与处理终端与数据分析软件MDI JADE：8台（套） 样品：未知样品4个 四、实验步骤 4.1测量数据 （1）打开X射线衍射仪 （2）准备样品，按下“Door”按钮，听到报警 （3）向右拉开“常规衍射仪门”，装好样品 （4）向左轻拉“常规衍射仪门”，使之合上，注意合门时要保证不会撞动左边的门 （5）打开“控制测量”程序，输入实验条件和样品名，开始测量 表1 实验参数设定： 仪器 D/max 2500型X射线衍射仪 扫描范围 10-80Degree 扫描度 2degree/min 电压 40KV 电流 250mA 4.2物相鉴定 （1）打开Jade，读入数据文件，对图谱去除背底、平滑、寻峰 （2）鼠标右键点击S/M工具按钮，进入对话界面，点Chemistry，进入元素限定对话框，选中样品中的元素。然后点击OK返回对话框，再点击OK （3）从物相匹配表中选中样品中存在的物相(Al);在所选定的物相名称上双击鼠标，显示PDF卡片，按下Save按钮，保存PDF卡片数据 （4）鼠标右键点击“打印机”图标，显示打印结果，按下Print按钮，开始打印物相分析结果 （5）以同样的方法标定其它样品的物相,物相鉴定完成。 五、实验结果 已知MnO样品是Mn的氧化物，经过定性分析和计算机检索得出结果如下图： 2 [MnO.raw] SCAN: 10.0/80.0/0.02/.15(sec), Cu(40kV,250mA), I(max)=2247, 05-23-08 10:452000Intensity(Counts)15001000500089-4837> Hausmannite, syn - Mn3O471-0636> Bixbyite C, syn - Mn2O31020304050Two-Theta (deg)607080 从结果可以分析出样品含有Mn2O3和Mn3O4 PDF卡片的内容： （1）1a、1b、1c,三个位置上的数据是衍射花样中前反射区（2 θ <90°）中三条最强衍射线对应的面间距，1d位置上的数据是最大面间距。 （2）2a、2b、2c、2d,分别为上述各衍射线的相对强度，其中最强线的强度为100. （3）实验条件：Rad.—辐射种类（如Cu Kα);λ—波长；Filter—滤波片；Dia.—相机直径；Cut off—相机或测角仪能测得的最大面间距；Coll—光阑尺寸；I/I1—衍射强度的测量方法；d corr.abs.?—所测值是否经过吸收校正；Ref—参考资料 （4)晶体学数据：Sys.—晶系；S.G—空间群;a0、b0、c0，α、β、γ—晶胞参数；A= a0/b0 ，C= c0 / b0 ；Z—晶胞中原子或分子的数目； Ref—参考资料。 （5)光学性质： εα、nωβ、εγ—折射率；Sign—光性正负；2V—光轴夹角；D—3 密度；mp—熔点；Color—颜色； Ref—参考资料。 （6)试样来源，制备方法；化学分析，有时亦注明升华点（S.P.），分解温度（D.T.），转变点（T.P.），摄照温度等。 （7)物相的化学式和名称。 在化学式之后常有一个数字和大写英文字母的组合说明。数字表示单胞中的原子数；英文字母表示布拉菲点阵类型：C—简单立方；B—体心立方；F—面心立方；T—简单正方；U—体心正方；R—简单菱方；H—简单六方；O简单斜方；Q—底心斜方；S—面心斜方；M—简单单斜；N—底心单斜；Z—简单三斜。 （8）矿物学名称。右上角的符号标记表示：＊—数据高度可靠；i—已指标化和估计强度，但可靠性不如前者；O—可靠性较差；C—衍射数据来自理论计算。 （9）晶面间距，相对强度和干涉指数。 （10）卡片的顺序号 六、分析与讨论 6.1定性相分析的基本判据： 通常用d（晶面间距表征衍射线位置）和I（衍射线相对强度）的数据代表衍射花样。用d-I数据作为定性相分析的基本判据。定性相分析方法是将由试样测得的d-I数据组与已知结构物质的标准d-I数据组（PDF卡片）进行对比，以鉴定出试样中存在的物相。 6.2多相合金样品的物相定性分析中存在的困难： 1.实验测定的衍射数据和粉末衍射卡记载的数据都有误差，这给物相鉴定带来困难。因影响线条强度的因素较位置的因素复杂得多，故在分析时应更更视面间距数据的吻合。 2.当混合物中某相的含量很少时或某相各晶面反射能力很弱时，它的衍射线条可能难于显现因此X射线衍射分析，只能肯定某相的存在，而不能确定某相的不存在在。 4 实验二定量分析 一、实验目的 掌握多相样品X射线衍射强度与物相含量的关系 熟悉X射线衍射法测量物相含量的实验方法 二、实验原理 物相定量分析——绝热法 在一个含有N个物相的多相体系中，每一个相的RIR值（参比强度）均为已知的情况下，测量出每一个相的衍射强度，可计算出其中所有相的质量分数： 其中某相X的质量分数可表示为： WX?KXAIXIi?ii?AKAN 式中A表示N个相中被选定为内标相的物相名称 式中 X KAlXKA?A2O3 KAl2O3 右边是两个物相X和A的RIR值，可以通过实测、计算或查找PDF卡片获得 样品中只含有两相A和B，并选定A为内标物相，则有： IAW? AIBIA?B WB KA?IB?1?WABIB?IAKA三、操作步骤 1.打开样品文件，并鉴定出物相。选择物相时选择有RIR值的卡片。 2.按住鼠标左键，拖过两相最强峰的区域，使窗口中只显示两个相的主峰。 3.鼠标单击工具栏中的，拟合两相的主峰，以得到两相的衍射强度。 4.选择菜单“Options-Easy Quantitative”，打开定量分析窗口。 5.单击“Calc Wt%”按钮。计算物相的含量。 6.单击“Save Graph”，将屏幕图形保存成一个图片文件。 四、实验结果 5