X射線衍射的應(yīng)用

1、一，X射線衍射的應(yīng)用晶體的X射線衍射圖象實(shí)質(zhì)上是晶體微觀結(jié)構(gòu)形象的一種精細(xì)復(fù)雜的變換。每種晶體結(jié)構(gòu)與其X射線衍射圖之間都有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。任何一種晶態(tài)物質(zhì)都有自己獨(dú)立的X射線衍射圖譜, 不會(huì)因?yàn)樗N物質(zhì)混聚在一起而產(chǎn)生變化。這就是X射線衍射物相分析方法的依據(jù)。因此每種物質(zhì)都必有其特有的衍射圖譜。X射線的分析方法主要是照相法和衍射儀法。勞厄等人在1912年創(chuàng)用的勞厄法，利用固定的單晶試樣和準(zhǔn)直的多色x射線束進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；Broglie于1913年首先應(yīng)用的周轉(zhuǎn)晶體法，利用旋轉(zhuǎn)或回?cái)[單晶試樣和準(zhǔn)直單色X射線束進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；德拜（Debye）、謝樂（Scherrer）和HuU在1916年首先使用粉末法，利

2、用粉末多晶試樣及準(zhǔn)直單色X射線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在照相技術(shù)上做出重要貢獻(xiàn)的有Seemann聚焦相機(jī)、帶彎晶單色器的Guinier相機(jī)及Straumanis不對(duì)稱裝片法。1928年Geiger與Miiller首先應(yīng)用蓋革計(jì)數(shù)器制成衍射儀，但效率均較低。現(xiàn)代衍射儀是在20世紀(jì)40年代中期按Friedman設(shè)計(jì)制成的，包括高壓發(fā)生器、測(cè)角儀和輻射計(jì)數(shù)器等的聯(lián)合裝置，由于目前廣泛應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理，已達(dá)到全自動(dòng)化的程度。1定性分析1.1物相定性定量分析原理物相分析包括物相定性分析和定量分析。物相定性分析, 就是說(shuō)只要我們辨認(rèn)出, 樣品的粉末衍射圖分別是和哪些已知的晶體粉末衍射 相關(guān), 那么我們就

3、可以斷定該樣品是由哪些晶體物相混合而組成的。顯然, 要把這一原理順利地付諸應(yīng)用, 需要積累有大量的各種已知化合物的衍射圖資料、數(shù)據(jù)作為參考標(biāo)準(zhǔn), 而且還要有一套實(shí)用的查找、對(duì)比的方法, 才能迅速完成未知物衍射圖的辨認(rèn)、解釋, 得出其相組成的鑒定結(jié)論。而物相定量分析, 是在定性分析的基礎(chǔ)上, 通過(guò)多次衍射掃描, 再計(jì)算出每一物相所占的百分比含量。任何物質(zhì)都有其反映該物質(zhì)的衍射圖譜, 即衍射線條具有一定的晶面間距d值和相對(duì)強(qiáng)度I/ I。當(dāng)未知樣品為多相混合物時(shí), 其中的各相分都將在衍射圖上貢獻(xiàn)出自己所特有的一組衍射峰( 一組d值) 。因此當(dāng)樣品中含有一定量的某種相分時(shí), 則其衍射圖中的某些d值與相

4、對(duì)強(qiáng)度I, 必定與這種相分所特有的一組d值與相對(duì)強(qiáng)度I 全部或至少仍有的強(qiáng)峰( 當(dāng)含量較少時(shí)) 相符合。由此可見, 描述每張衍射圖的d值和相對(duì)強(qiáng)度I/ I1 值, 是鑒定各種物相的手模腳印。十分明顯, 如果事先對(duì)一切純凈的單相物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定, 并將其d值和相對(duì)強(qiáng)度I/ I1保存在卡片上, 這就是粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)卡片。目前, 內(nèi)容最豐富、規(guī)模最大的多晶衍射數(shù)據(jù)集是由JCPDS編的粉未衍射卡片集( PDF) 。( JCPDS是Joint Committeeon Powder DiffractionStandards( 粉未衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì)) 的縮寫) 。至1987年, JCPDS卡片集有37集,

5、化合物總數(shù)已超過(guò)50000種, 并且PDF數(shù)據(jù)卡片的數(shù)目以每年2000張的速度在增長(zhǎng)?，F(xiàn)在將我們測(cè)得的樣品衍射圖的d值和相對(duì)強(qiáng)度I/ I1與PDF卡片一一比較, 若某種物質(zhì)的d值和I/ I1與某一卡片全部都能對(duì)上, 則可初步肯定樣品中含有此種物質(zhì)( 或相分) , 然后再將樣品中余下的線條與別的卡片對(duì)比, 這樣便可逐次地鑒定樣品中所含的各種相分。1.2晶體X射線衍射圖的獲得和數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)1.3定性分析舉例(a) 實(shí)驗(yàn)條件儀器：采用日本理學(xué)Rigaku 公司的D/Max- 2400X型射線衍射儀,Cu 靶K輻射，X 射線波長(zhǎng)為0.154 056nm，管電壓40 kV，管電流100 mA）測(cè)試樣品的

6、晶型和粒度；采用JEM- 1200EX 型透射電子顯微鏡觀察粒子的形貌, 加速電壓為80 kV；溫度：19.5(室溫)。(b) X 射線衍射分析樣品的X 射線衍射譜如圖1 所示，圖中各衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)晶態(tài)銀卡片上的保持一致，粉末呈面心立方結(jié)構(gòu)的晶態(tài)。衍射譜圖中未見其它雜質(zhì)物相衍射峰的存在，故所制產(chǎn)物為純凈的銀粉。同時(shí)由于反應(yīng)產(chǎn)物粒徑細(xì)小衍射峰明顯寬化。樣品的晶粒尺寸用XRD 峰的半高寬根據(jù)Scherrer 公式d=0.89/ (Bcos) 估算，式中K 為常數(shù)，用銅靶時(shí)近似為0.89；波長(zhǎng)為=1.540 56A ；d 為粒徑；為衍射角；B 為主峰半峰寬所對(duì)應(yīng)的弧度值。以(111)晶面衍射峰為基準(zhǔn)計(jì)

7、算得晶粒尺寸為22 nm。圖1: Ag 納米粉的X 射線衍射譜圖(XRD Pattern o f Ag nano -particles)2.點(diǎn)陣常數(shù)的精確測(cè)定任何一種晶體材料,在一定條件下都有確定的點(diǎn)陣常數(shù)。當(dāng)外界條件（如溫度、壓力以及化學(xué)成分、內(nèi)應(yīng)力等）變化時(shí)，點(diǎn)陣常數(shù)都會(huì)隨之改變；同種合金在不同的熱處理制度下會(huì)析出點(diǎn)陣常數(shù)不同的同一相。精確測(cè)定這些變化對(duì)研究材料的相變、固溶體含量及分解、晶體熱膨脹系數(shù)、內(nèi)應(yīng)力、晶體缺陷等諸多問(wèn)題非常有用。所以精確測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)的工作是十分必要的。2.1 傳統(tǒng)的測(cè)量理論測(cè)量衍射角和衍射強(qiáng)度( 2 I) 曲線。為此, 首先根據(jù)X 射線衍射的布拉格( Bragg)

8、 公式:2dsin=其中是衍射波長(zhǎng), 將庫(kù)中讀出的晶面間距d值轉(zhuǎn)換為衍射角度值2。根據(jù)粉末衍射原理,我們選取了高斯( Gauss) 分布曲線作為模擬顯示的衍射峰分布曲線, 高斯公式如下所示:I(2) = AI0exp- 2(-0)2/2其中, 20和I0是某一衍射峰的角度值和強(qiáng)度值, A和為參數(shù), 適當(dāng)選取可以調(diào)整峰在屏幕上的高度和尖銳程度。2.2點(diǎn)陣常數(shù)測(cè)定的基本原理通過(guò)衍射角，晶體指數(shù)，射線波長(zhǎng)等數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù)值 :若為立方晶系,有：在已知晶體結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)任何一個(gè)衍射峰的位置(或d值)就可以計(jì)算出晶體的點(diǎn)陣常數(shù)(a)機(jī)械零點(diǎn)誤差校正:只有通過(guò)精確調(diào)整設(shè)備的機(jī)械零點(diǎn)，現(xiàn)代X射線衍射

9、儀都有自動(dòng)調(diào)整程序，通過(guò)反復(fù)調(diào)光來(lái)校準(zhǔn)機(jī)械零點(diǎn)(b)試樣轉(zhuǎn)動(dòng)與計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)動(dòng)角度的匹配誤差校正:由于樣品轉(zhuǎn)動(dòng)與計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)動(dòng)速度不匹配，導(dǎo)致衍射峰位置的偏移?？梢酝ㄟ^(guò)標(biāo)準(zhǔn)硅作校正。（2）=A0+A1*（2）+A2*（2）2+A3*（2）3+A4*（2）4 式中（2）=2計(jì)算-2測(cè)量，A0，A1，A2，A3，A4為最小二乘法的最佳匹配參數(shù) 2.3誤差與校正2.3.1計(jì)數(shù)測(cè)量系統(tǒng)滯后誤差:現(xiàn)代X射線衍射儀由于使用計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)，基本上不存在這種誤差.(a)折射校正:X射線在空氣中的折射率非常接近1，當(dāng)點(diǎn)陣常數(shù)變化在10-5數(shù)量級(jí)時(shí)，需要進(jìn)行校正，校正公式為： 對(duì)于立方晶系，a校=a測(cè)（1+） (b)溫度校

10、正:當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度不在25時(shí)，需要進(jìn)行溫度校正。這是由于在晶體點(diǎn)陣中原子中心相對(duì)點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)在各個(gè)方向有熱振動(dòng)位置偏移,當(dāng)X射線入射晶體而對(duì)布喇格公式加以溫度校正（c）由于樣品吸收誤差校正:X射線具有一定的穿透能力，內(nèi)層物質(zhì)參與衍射，使衍射線位移.線吸收系數(shù)，R：測(cè)角儀半徑（d）X射線束水平發(fā)散及垂直發(fā)散引起的誤差校正:由于參與衍射的X射線不是完全平行的射線，由于水平方向和垂直方向發(fā)散導(dǎo)致的誤差可表示為：式中:為X射線束水平發(fā)散角;1、2為入射線和衍射線光路上的有效軸向發(fā)散角（梭拉光闌片間距/沿光路方向的片長(zhǎng)） （e）布喇格角測(cè)量誤差:式中:M為衍射線條位置角處測(cè)量偏離值.2.4點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)量的應(yīng)用

11、:2.41立方晶系點(diǎn)陣常數(shù)的測(cè)定（a）原理：2l=D/90o （1） D 相機(jī)直徑(mm) 度 sin2= 2 (H2+K2+L2) / 4a2 （2） sin21: sin22: :sin2n= (H12+K12+L12): (H22+K22+L22): (Hn2+Kn2+Ln2)（b）實(shí)驗(yàn)方法：測(cè)定樣品為W粉 (GW13/ A982327)和Co粉(Co/ 992427) ,其粒度分別為1125m和1157m。實(shí)驗(yàn)采用Rigaku D/ max23C X射線衍射儀。W粉點(diǎn)陣常數(shù)測(cè)定采用CuK1 和CoK1 雙輻射; Co粉采用CoK1和FeK。三種輻射分別采用Ni、Fe和Mn濾波。點(diǎn)陣常數(shù)

12、精確測(cè)定時(shí),掃描速度為1°/ min ,步進(jìn)為0101°一般相分析時(shí),掃描速度為4°/ min ,步進(jìn)為0.02°。根據(jù)需要保留K1 和K2 譜線或去除K2 的單一K1 譜線。衍射實(shí)驗(yàn)中確保獲得足夠的高角度譜線。衍射線的2值經(jīng)隨機(jī)Si標(biāo)樣修正,Si 標(biāo)樣的點(diǎn)陣常數(shù)為a= 0 . 543 082 5nm±0 . 000 003 6 nm。用圖解外推法外推到cos2= 0(2= 180°)處確定點(diǎn)陣常數(shù)。（c）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1），W粉點(diǎn)陣常數(shù)的測(cè)定結(jié)果：圖2為W粉的Cu輻射X射線衍射高角度譜線,圖3為W粉的Co輻射X射線衍射高角度譜線。表1為

13、W粉Cu輻射衍射數(shù)據(jù),表2為W粉Co輻射衍射數(shù)據(jù)。表1、表2中的2(修)數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)Si標(biāo)樣在相同輻射下各譜線應(yīng)有的2值與相同衍射條件下獲得的Si衍射譜線,各譜線的2值之間的差值2,作22曲線,修正對(duì)應(yīng)的W、Co衍射記錄的2(衍)值,得到的修正值2(修) 。表中由各譜線計(jì)算的點(diǎn)陣常數(shù)a 是按立方晶系點(diǎn)陣常數(shù)計(jì)算式計(jì)算的,其計(jì)算公式示于該兩表下注釋之中。根據(jù)表1和表2中雙輻射(Cu和Co輻射)的CuK1和CoK1 的高角度譜線,繪制acos2圖,用圖解外推法外推到cos2= 0 (2= 180°)處確定點(diǎn)陣常數(shù)(見圖3) ,確定結(jié)果為W粉的點(diǎn)陣常數(shù)a= 0 . 316 462 nm。用C

14、u靶和Co靶單獨(dú)按上述方法和程序,并利用K2輻射,確定W粉點(diǎn)陣常數(shù)分別為a= 0 . 316 454 nm(Cu靶)和a= 0 . 316 461 nm (Co靶)。圖2，W粉的Cu輻射X射線衍射高角度譜線(CuKl,步進(jìn)0.01°)圖3, W粉的Co輻射X射線衍射高角度譜線(CoKl,步進(jìn)0.01°) 2），Co粉點(diǎn)陣常數(shù)的測(cè)定結(jié)果Co粉的Co輻射(CoK1)X射線衍射高角度譜線和Co粉的Fe輻射(FeK) X射線衍射高角度譜線分別示于圖5和圖6。表3和表4分別列出Co粉Co輻射和Co粉Fe輻射的衍射數(shù)據(jù)。Co粉X射線衍射數(shù)據(jù)的2值Si標(biāo)樣修正和cos2外推法與上述W衍射

15、相同。圖7為用外推法確定Co粉點(diǎn)陣常數(shù)的圖解。為提高圖解精確度仍然采用雙輻射(CoK1 和FeK1) 。采用雙輻射圖解外推法,外推到cos2= 0(2= 180°)確定的Co粉點(diǎn)陣常數(shù)為a= 0 . 354 410 nm。同樣,在研究中還對(duì)Co粉的Co輻射和Fe輻射,按相同方法和程序,并利用K2輻射數(shù)據(jù),單獨(dú)確定Co粉的點(diǎn)陣常數(shù),結(jié)果是a= 0 . 3 5 4 1 2 nm(Co靶)和a= 0 . 354 342 nm(Fe靶) 。圖5 Co粉的Co輻射X射線衍射高角度譜線(CoK1,步進(jìn)0.01°)圖6 Co粉的Fe輻射X射線衍射高角度譜線(FeK,步進(jìn)0.01°

16、;)圖7用圖解外推法確定Co點(diǎn)陣常數(shù)FeK1; ×CoK13），Co粉的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)類型:Co 存在兩種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)類型: fcc 和hcp。為了解常溫下Co粉的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)狀態(tài),用Co輻射(適合于鑒定fcc結(jié)構(gòu))和Fe輻射(適合于鑒定hcp結(jié)構(gòu))對(duì)Co粉進(jìn)行相分析。衍射結(jié)果如圖8和圖9所示。無(wú)論是Co靶還是Fe靶的衍射譜均顯示Co粉在常溫狀態(tài)下,在衍射的寬廣2范圍內(nèi),相應(yīng)的fcc譜線均出現(xiàn),而且強(qiáng)度大,譜線清晰。僅發(fā)現(xiàn)低角度的hcp(100)和hcp (101)微弱譜線,相對(duì)強(qiáng)度分別為2 %和3 % ,其余hcp譜線均未出現(xiàn),或強(qiáng)度微弱被高強(qiáng)度的fcc譜線所掩蓋或進(jìn)入背底。X射線衍射譜表明常溫

17、下Co粉中fcc占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),即常溫Co粉以fcc為主。圖8 Co粉的Co輻射X射線衍射譜(CoK1,步進(jìn)0.02°)圖9 Co粉的Co輻射X射線衍射譜(FeK,步進(jìn)0.02°)二，電子衍射的應(yīng)用透射電子顯微鏡（transmission electron microscope;TEM）是指：在一個(gè)高真空系統(tǒng)中，由電子槍發(fā)射電子束，穿過(guò)被研究的樣品，經(jīng)電子透鏡聚焦放大，在熒光屏上顯示出高度放大的物像，還可作攝片記錄的一類最常見的電子顯微鏡。在光學(xué)顯微鏡下無(wú)法看清小于0.2µm的細(xì)微結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)稱為亞顯微結(jié)構(gòu)或超微結(jié)構(gòu)。要想看清這些結(jié)構(gòu)，就必須選擇波長(zhǎng)更短的

18、光源，以提高顯微鏡的分辨率。1932年Ruska發(fā)明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡，電子束的波長(zhǎng)要比可見光和紫外光短得多，并且電子束的波長(zhǎng)與發(fā)射電子束的電壓平方根成反比，也就是說(shuō)電壓越高波長(zhǎng)越短。目前TEM的分辨力可達(dá)0.2nm。電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡的成像原理基本一樣，所不同的是前者用電子束作光源，用電磁場(chǎng)作透鏡。另外，由于電子束的穿透力很弱，因此用于電鏡的標(biāo)本須制成厚度約50nm左右的超薄切片。這種切片需要用超薄切片機(jī)（ultramicrotome）制作。電子顯微鏡的放大倍數(shù)最高可達(dá)近百萬(wàn)倍、由照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)、電源系統(tǒng)5部分構(gòu)成，如果細(xì)分的話：主體部分是電子透鏡和

19、顯像記錄系統(tǒng)，由置于真空中的電子槍、聚光鏡、物樣室、 物鏡、衍射鏡、中間鏡、 投影鏡、熒光屏和照相機(jī)。 電子顯微鏡是使用電子來(lái)展示物件的內(nèi)部或表面的顯微鏡。高速的電子的波長(zhǎng)比可見光的波長(zhǎng)短（波粒二象性），而顯微鏡的分辨率受其使用的波長(zhǎng)的限制，因此電子顯微鏡的理論分辨率（約0.1納米）遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡的分辨率（約200納米）。1.透射電子顯微鏡進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析及表面形貌或微觀組織結(jié)構(gòu)分析：1.1高分辨透射電鏡樣品制備因葉臘石礦復(fù)式板片的層狀微結(jié)構(gòu)特征，在樣品進(jìn)行透射電鏡觀察時(shí)不需進(jìn)行超薄切片處理，而直接采用經(jīng)超聲分散的樣品進(jìn)行粉體形貌與選區(qū)電子衍射的觀察量取一定量粉體于無(wú)水乙醇中進(jìn)行稀釋，粉體樣

20、品與無(wú)水乙醇的量比約1mg:50ml。超聲分散樣品，超聲時(shí)間1h取少量滴于銅網(wǎng)上，烘干待進(jìn)行高分辨透射電鏡測(cè)試。1.2實(shí)驗(yàn)儀器葉臘石晶體結(jié)構(gòu)特征采用FEI Tecnai G2F30S-TWIN場(chǎng)發(fā)射高分辨透射電鏡觀察，其點(diǎn)分辨率0.18nm ，工 作 電 壓300kV ，采 用CCD 照 相機(jī)，曝光時(shí)間1s。 葉臘石原礦粉體化學(xué) 成 分 分析采用 ARL ADVANT X型熒光光譜儀測(cè)定 粉晶 XRD物 相 鑒 定 采 用 Rigaku D/Max=2500V，CuKa射線，連續(xù)掃描模式。1.3葉臘石微結(jié)構(gòu)形貌特征高分辨透射電鏡下葉臘石粉體形貌特征如圖1所示，從圖1a,b 中可明顯看出，粉體顆

21、粒大小與形態(tài)非均一化 此外，在圖 1c中還清楚地觀察到葉臘石微晶顆粒的薄層狀形貌，該薄片厚度約為810nm ，推測(cè)葉臘石的納米尺寸效應(yīng)可能與其耐高溫及耐化學(xué)腐蝕性有較密切的聯(lián)系。因透射電鏡觀察樣品形貌景深的弱勢(shì)，上述葉臘石粉體的微晶薄層狀形貌特點(diǎn)經(jīng)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察，形貌如圖 所示，其中圖 為圖 中虛線區(qū)域 的放大圖片 在圖 中，可以看見多層葉臘石微晶薄片聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 鑒于葉臘石粉體的納米級(jí)微晶薄層微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及納米粉體的團(tuán)聚效應(yīng)，筆者認(rèn)為在葉臘石礦深加工領(lǐng)域，特別是制備分散的且具有較小長(zhǎng)徑比的超細(xì)粉體具有一定的局限性。圖1 葉臘石粉體的形貌圖2葉臘石微結(jié)構(gòu)“復(fù)”式層狀結(jié)構(gòu)的 SEM圖片1.4葉臘

22、石晶格條紋相及電子衍射花樣分析在葉臘石晶體的高分辨透射電鏡圖片中，可以較清晰地發(fā)現(xiàn)其晶體結(jié)構(gòu)的二維晶格像( 圖3) 在圖3a中，虛線區(qū)域 F的放大圖片見實(shí)線框區(qū)域所示，其中可呈現(xiàn)出典型的二維晶格像 圖3b為 F區(qū)域所對(duì)應(yīng)的選區(qū)電子衍射圖像，從其衍射花樣可得到被檢測(cè)的區(qū)域樣品為一典型的單晶結(jié)構(gòu)。據(jù)圖 3b中的電子衍射花樣，可進(jìn)行衍射花樣的二維標(biāo)定與被檢測(cè)物相及相應(yīng)晶型的鑒定，衍射花樣示意見圖4, 從圖4 選區(qū)電子衍射花樣的結(jié)構(gòu)模擬示意可知，距中心透射斑點(diǎn)o 距離由近及遠(yuǎn)三衍射點(diǎn)分別A,B,C ，其中 OA,OB間距分別為 d1(0.4744nm)與d2(0.3841nm) ，且 與d2所在矢量方

23、向所夾銳角為78.3 鑒于上述對(duì)衍射花樣的標(biāo)定，可以看出對(duì)于高分辨透射電鏡下觀察的葉臘石晶體而言，其晶格同時(shí)發(fā)生較明顯的畸變( 晶格膨脹) 在本實(shí)驗(yàn)觀察中，葉臘石晶體在( 020) 和( 113) 晶面分別產(chǎn)生0.02998nm與0.04999nm 滑移，同時(shí)所觀察到的晶面夾角也出現(xiàn)由理論值向小角度偏移趨勢(shì)。此外，本工作中還多次的在同一視域中，觀察到規(guī)則的不同定向的晶格條紋像，且可辨析 的 清晰程度也存在著明顯的不同。圖3葉臘石晶體結(jié)構(gòu)的二維晶格條紋像及對(duì)應(yīng)的選區(qū)電子衍射圖(SAED )圖4選區(qū)電子衍射花樣結(jié)構(gòu)模擬三,利用電子探針進(jìn)行成分分析電子探針，Electron Microprobe，全

24、名為電子探針X射線顯微分析儀，又名微區(qū)X射線譜分析儀。可對(duì)試樣進(jìn)行微小區(qū)域成分分析。除H、He、Li、Be等幾個(gè)較輕元素外，都可進(jìn)行定性和定量分析。電子探針的大批量是利用經(jīng)過(guò)加速和聚焦的極窄的電子束為探針，激發(fā)試樣中某一微小區(qū)域，使其發(fā)出特征X射線，測(cè)定該X射線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，即可對(duì)該微區(qū)的元素作定性或定量分析。將掃描電子顯微鏡和電子探針結(jié)合，在顯微鏡下把觀察到的顯微組織和元素成分聯(lián)系起來(lái)，解決材料顯微不均勻性的問(wèn)題，成為研究亞微觀結(jié)構(gòu)的有力工具。電子槍發(fā)射的電子束被聚光鏡聚集成直徑為納米級(jí)的細(xì)束。一種分析儀器，可以用來(lái)分析薄片中礦物微區(qū)的化學(xué)組成。該儀器將高度聚焦的電子束聚焦在礦物上，激發(fā)組成

25、礦物元素的特征X射線。用分光器或檢波器測(cè)定熒光X射線的波長(zhǎng)，并將其強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)比，或根據(jù)不同強(qiáng)度校正直接計(jì)數(shù)出組分含量。電子探針又稱微區(qū)X射線光譜分析儀、X射線顯微分析儀。其原理是利用聚焦的高能電子束轟擊固體表面，使被轟擊的元素激發(fā)出特征X射線，按其波長(zhǎng)及強(qiáng)度對(duì)固體表面微區(qū)進(jìn)行定性及定量化學(xué)分析。主要用來(lái)分析固體物質(zhì)表面的細(xì)小顆?；蛭⑿^(qū)域，最小范圍直徑為1m左右。分析元素從原子序數(shù)3(鋰)至92(鈾)。絕對(duì)感量可達(dá)10-14至10-15g。近年形成了掃描電鏡顯微分析儀的聯(lián)合裝置，可在觀察微區(qū)形貌的同時(shí)逐點(diǎn)分析試樣的化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)。廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、冶金材料、水泥熟料研究等部門。1. 工作原

26、理電子探針有三種基本工作方式：點(diǎn)分析用于選定點(diǎn)的全譜定性分析或定量分析，以及對(duì)其中所含元素進(jìn)行定量分析；線分析用于顯示元素沿選定直線方向上的濃度變化；面分析用于觀察元素在選定微區(qū)內(nèi)濃度分布。由莫塞萊定律可知，各種元素的特征X射線都具有各自確定的波長(zhǎng)，通過(guò)探測(cè)這些不同波長(zhǎng)的X射線來(lái)確定樣品中所含有的元素，這就是電子探針定性分析的依據(jù)。而將被測(cè)樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品中元素Y的衍射強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，就能進(jìn)行電子探針的定量分析。當(dāng)然利用電子束激發(fā)的X射線進(jìn)行元素分析，其前提是入射電子束的能量必須大于某元素原子的內(nèi)層電子臨界電離激發(fā)能。電子探針可以對(duì)試樣中微小區(qū)域（微米級(jí)）的化學(xué)組成進(jìn)行定性或定量分析?？梢赃M(jìn)行點(diǎn)、線掃描（得到層成分分布信息）、面掃描分析（得到成分面分布圖像）。還能全自動(dòng)進(jìn)行批量（預(yù)置9999測(cè)試點(diǎn)）定量分析。由于電子探針技術(shù)具有操作迅速簡(jiǎn)便（相對(duì)復(fù)雜的化學(xué)分析方法而言）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋直截了當(dāng)、分析過(guò)程不損壞樣品、測(cè)量準(zhǔn)確度較高等優(yōu)點(diǎn)，故在冶金、地質(zhì)、電子材料、生物、醫(yī)學(xué)、考古以及其它領(lǐng)域中得到日益廣泛地應(yīng)用，是礦物測(cè)試分析和樣品成分分析的重要工具。2. 利用電子探針進(jìn)行定量分析2.1對(duì)試樣要求：在掃描電子顯微鏡中對(duì)厚試樣如鋼鐵或其他合金進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí)，要求對(duì)試樣表面進(jìn)行拋光用光譜儀進(jìn)行分析時(shí)要用儀器上帶有的光學(xué)顯微鏡嚴(yán)格確定試樣表面的高度(試樣表面聚焦清