現(xiàn)代材料研究分析方法考研復(fù)習(xí)精華ppt課件

1、 DTG曲線上出現(xiàn)的各種峰對(duì)應(yīng)著曲線上出現(xiàn)的各種峰對(duì)應(yīng)著TG線的各個(gè)線的各個(gè)分量變化階段。分量變化階段。 DTG曲線上出現(xiàn)的各種峰對(duì)應(yīng)著曲線上出現(xiàn)的各種峰對(duì)應(yīng)著TG線的各個(gè)線的各個(gè)分量變化階段。分量變化階段。差熱分析儀通常由加熱爐、溫度控制系統(tǒng)、信號(hào)放大系統(tǒng)、差熱系統(tǒng)及記錄系統(tǒng)組成。 X射線管X射線管表示圖射線管表示圖X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生X射線的物理根底射線的物理根底 X射線管的任務(wù)原理 整個(gè)整個(gè)X射線光管處于真空形狀。當(dāng)陰射線光管處于真空形狀。當(dāng)陰極和陽(yáng)極之間加以數(shù)十千伏的高電壓時(shí)，極和陽(yáng)極之間加以數(shù)十千伏的高電壓時(shí)，陰極燈絲產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)的作用下被加陰極燈絲產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)的作用下被加

2、速并以高速射向陽(yáng)極靶，經(jīng)高速電子與陽(yáng)速并以高速射向陽(yáng)極靶，經(jīng)高速電子與陽(yáng)極靶的碰撞，從陽(yáng)極靶產(chǎn)生極靶的碰撞，從陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線，這些射線，這些X射線經(jīng)過(guò)用金屬鈹厚度約為射線經(jīng)過(guò)用金屬鈹厚度約為0.2mm做成的做成的x射線管窗口射出，即可提供應(yīng)實(shí)射線管窗口射出，即可提供應(yīng)實(shí)驗(yàn)所用。驗(yàn)所用。X射線譜射線譜延續(xù)譜：延續(xù)譜： 強(qiáng)度隨波長(zhǎng)延續(xù)變化的延續(xù)譜。強(qiáng)度隨波長(zhǎng)延續(xù)變化的延續(xù)譜。特征譜：高速電子將原子的內(nèi)層電特征譜：高速電子將原子的內(nèi)層電子驅(qū)逐，原子內(nèi)部電子產(chǎn)生下低能子驅(qū)逐，原子內(nèi)部電子產(chǎn)生下低能量為躍千，多余的能量輻射。量為躍千，多余的能量輻射。特征譜線又稱為標(biāo)識(shí)譜，即可以來(lái)特征譜線又稱為標(biāo)識(shí)譜，

3、即可以來(lái)標(biāo)識(shí)物質(zhì)元素。標(biāo)識(shí)物質(zhì)元素。X射射線線譜譜我們學(xué)過(guò)的x射線分析各自利用的是什么線譜？BraggBragg衍射方程重要作用：衍射方程重要作用：(1)(1)知知 ，測(cè)，測(cè)角，計(jì)算角，計(jì)算d d；x x衍射衍射分析；分析；(2)(2)知知d d 的晶體，測(cè)的晶體，測(cè)角，得到特角，得到特征輻射波長(zhǎng)征輻射波長(zhǎng) ，確定元素，確定元素，X X射線射線熒光分析熒光分析sin2d 當(dāng)樣品中元素的原子遭到高能X射線照射時(shí),即發(fā)射出具有一定特征的X射線譜,特征譜線的波長(zhǎng)只與元素的原子序數(shù)(Z)有關(guān),而與激發(fā)X射線的能量無(wú)關(guān).譜線的強(qiáng)度和元素含量的多少有關(guān),所以測(cè)定譜線的波長(zhǎng),就可知道試樣中包含什么元素,測(cè)定

4、譜線的強(qiáng)度,就可知道該元素的含量. 元素的熒光X射線的波長(zhǎng)( )隨元素的原子序數(shù)( Z )添加，有規(guī)律地向短波方向挪動(dòng)。)(12/1SZK K，S常數(shù)，隨譜系(L，K，M，N)而定。 定性分析的數(shù)學(xué)根底； 測(cè)定試樣的X射線熒光光譜，確定各峰代表的元素。波長(zhǎng)色散型：晶體分光能量色散型：高分辨半導(dǎo)體探測(cè)器分光波長(zhǎng)色散型X射線熒光光譜儀四部分：X光源；分光晶體； 檢測(cè)器；記錄顯示；按Bragg方程進(jìn)展色散；丈量第一級(jí)光譜n=1；檢測(cè)器角度 2； 分光晶體與檢測(cè)器同步轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)展掃描。正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器(充氣型充氣型)： 任務(wù)氣任務(wù)氣 Ar；抑制氣；抑制氣 甲烷甲烷 利用利用X射線使氣體電離的作射線使氣

5、體電離的作用，輻射能轉(zhuǎn)化電能；用，輻射能轉(zhuǎn)化電能；閃爍計(jì)數(shù)器：閃爍計(jì)數(shù)器： 瞬間發(fā)光瞬間發(fā)光光電倍增管；光電倍增管；半導(dǎo)體計(jì)數(shù)器：以下圖半導(dǎo)體計(jì)數(shù)器：以下圖根本原理根本原理: :試樣發(fā)出的試樣發(fā)出的X X熒光射線波長(zhǎng)熒光射線波長(zhǎng)與元素的原子序數(shù)存在一定關(guān)系與元素的原子序數(shù)存在一定關(guān)系, ,即即元素的原子序數(shù)添加元素的原子序數(shù)添加,X,X射線熒光的波射線熒光的波長(zhǎng)變短長(zhǎng)變短, ,關(guān)系式為關(guān)系式為121( )()K ZS式中式中K ,S:K ,S:隨不同譜線系列而定的常隨不同譜線系列而定的常數(shù)數(shù);Z:;Z:原子序數(shù)原子序數(shù). . 試樣內(nèi)部產(chǎn)生的X熒光射線,在到達(dá)試樣外表前,周?chē)墓泊嬖貢?huì)產(chǎn)生吸收

6、(吸收效應(yīng)).同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生X熒光射線并對(duì)共存元素二次激發(fā)(二次激發(fā)效應(yīng)).因此即使含量一樣,由于共存元素的不同,X熒光射線強(qiáng)度也會(huì)有所差別,這就是基體效應(yīng).在定量分析時(shí),尤其要留意基體效應(yīng)的影響.吸收-加強(qiáng)效應(yīng) 物理-化學(xué)效應(yīng) 在入射X光的作用下，原子中的電子構(gòu)成多個(gè)X輻射源，以球面波向空間發(fā)射構(gòu)成干涉光；衍射圖：晶體化合物的“指紋；多晶粉末衍射法：測(cè)定立方晶系的晶體構(gòu)造；單色單色X射線源射線源樣品臺(tái)樣品臺(tái)檢測(cè)器檢測(cè)器X衍射儀任務(wù)原理 X射線衍射儀與X射線熒光儀類(lèi)似；主要區(qū)別： (1) 單色X射線源; (2) 不需求分光晶體; 試樣本身為衍射晶體，試樣平面旋轉(zhuǎn)；光源以不同 角對(duì)試樣進(jìn)展掃描；試

7、樣與檢測(cè)器的轉(zhuǎn)動(dòng)速度之比為2：1；電場(chǎng)對(duì)電子作用力的方向總是沿著電子所處點(diǎn)的等電位面的法線，從低電位指向高電位，所以沿電子所處點(diǎn)的等電位面切線方向電場(chǎng)力的分量為零，電子沿該方向運(yùn)動(dòng)速度分量堅(jiān)持不變。 與一定外形的光學(xué)介質(zhì)界面如玻璃，凸透鏡的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱彎曲折射界面可以使光線聚焦成像類(lèi)似，一定外形的等電位曲面簇也可使電子束聚焦成像。產(chǎn)生這種旋轉(zhuǎn)對(duì)稱等電位曲面簇的電極安裝。 當(dāng)有一點(diǎn)發(fā)散的帶電粒子經(jīng)過(guò)對(duì)稱的電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)，有聚集到當(dāng)有一點(diǎn)發(fā)散的帶電粒子經(jīng)過(guò)對(duì)稱的電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)，有聚集到一點(diǎn)，闡明對(duì)稱的電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子有透鏡的作用，對(duì)電一點(diǎn)，闡明對(duì)稱的電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子有透鏡的作用，對(duì)電子來(lái)說(shuō)，具有玻

8、璃透鏡對(duì)可見(jiàn)光的聚焦成像作用。子來(lái)說(shuō)，具有玻璃透鏡對(duì)可見(jiàn)光的聚焦成像作用。 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的磁場(chǎng)對(duì)電子束有聚焦作用，在電子光學(xué)系統(tǒng)中用于使電子聚焦成像的磁場(chǎng)是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其等磁位面外形與靜電透鏡的等電位面或光學(xué)玻璃透鏡的界面類(lèi)似，產(chǎn)生這種旋轉(zhuǎn)對(duì)稱磁場(chǎng)的線圈安裝稱為磁透鏡。 二次電子產(chǎn)額與二次電子束與試樣外表法向夾角有關(guān)，1/cos。由于隨著角增大，入射電子束作用體積更接近外表層，作用體積內(nèi)產(chǎn)生的大量自在電子分開(kāi)表層的時(shí)機(jī)增多；其次隨角的添加，總軌跡增長(zhǎng)，引起價(jià)電子電離的時(shí)機(jī)增多。 根據(jù)二次電子的特點(diǎn)，二次電子像主要反映試樣外表的形貌特征，向的襯度是形貌襯度，襯度構(gòu)成主要決議于試樣外表相對(duì)入射電子束的

9、傾角。 試樣外表可以看成由許多不同行傾斜角度的面構(gòu)成的凸尖、臺(tái)階、凹坑和顆粒等細(xì)節(jié)組成，這些細(xì)節(jié)的不同部位發(fā)射的二次電子數(shù)也不同，從而構(gòu)成襯度。二次電子像襯度的特點(diǎn) 、分辨率高 、場(chǎng)深大，立體感強(qiáng) 、主要反響形貌襯度。 背散射電子能量很高，其中相當(dāng)部分接近入射電子能量，在試樣中產(chǎn)生的范圍大，像的分辨率低； 背散射電子發(fā)射系數(shù)隨試樣原子序數(shù)添加而增大； 雖然作用體積雖入射束能量添加而增大，但背散射電子的發(fā)射系數(shù)受入射束能量影響不大； 當(dāng)試樣外表傾角添加時(shí)，作用體積改動(dòng)，將顯著添加被散射電子的發(fā)射系數(shù)； 背散射電子在試樣上方有一點(diǎn)光的角分布。當(dāng)垂直入射時(shí)，為預(yù)選分布，如下式所示，當(dāng)試樣傾角添加時(shí)，

10、分布為非對(duì)稱分布。cos)(0 +Rn -Re(a)(b)帶負(fù)電荷的電子進(jìn)入帶負(fù)電荷的電子進(jìn)入物質(zhì)時(shí)遭到帶正電荷物質(zhì)時(shí)遭到帶正電荷的原子核吸引而發(fā)生的原子核吸引而發(fā)生向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，受核外電向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，受核外電子的庫(kù)倫排斥力作用子的庫(kù)倫排斥力作用發(fā)生向外偏轉(zhuǎn)，稱為發(fā)生向外偏轉(zhuǎn)，稱為盧瑟福散射。盧瑟福散射。 非晶體的質(zhì)厚襯度非晶體的質(zhì)厚襯度UeZrnnUeree)exp(MtNNNoAo晶體的衍射襯度晶體的衍射襯度ABABoIIIII)()(1ZK掃描式電子探針探測(cè)系統(tǒng)放大系統(tǒng)分析展譜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輸出物。物。流動(dòng)相：流動(dòng)相：mobile phasemobile phase流經(jīng)固定相流經(jīng)固定相的空隙的空隙或

11、外表的沖洗劑?；蛲獗淼臎_洗劑。msccKmmssVcVck wh/2 wh/2 2)(16WtnR22)(54. 5hRWtn 或21) 1 ()2(21) 1 ()2()( 22wwttwwttRRRRR對(duì)于峰形對(duì)稱且滿足正態(tài)分布的色譜峰：R=1, 分別程度為98%； R=1.5，分別程度可達(dá)99.7%。 所以R=1.5時(shí)可以為色譜峰已完全分開(kāi)。Self-study & Exam: 熱導(dǎo)池的構(gòu)造，任務(wù)原理及影熱導(dǎo)池的構(gòu)造，任務(wù)原理及影響檢測(cè)靈敏度的要素。響檢測(cè)靈敏度的要素。Self-study & Exam: 氫火焰檢測(cè)器的構(gòu)造，任務(wù)原氫火焰檢測(cè)器的構(gòu)造，任務(wù)原理及影響檢測(cè)靈

12、敏度的要素。理及影響檢測(cè)靈敏度的要素。第一節(jié)第一節(jié) 質(zhì)譜分析原理及質(zhì)譜儀質(zhì)譜分析原理及質(zhì)譜儀 一、根本原理一、根本原理 質(zhì)譜分析是將樣品轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的帶電氣態(tài)離子碎片，于磁場(chǎng)中按質(zhì)質(zhì)譜分析是將樣品轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的帶電氣態(tài)離子碎片，于磁場(chǎng)中按質(zhì)荷比荷比(m/z)大小分別并記錄的分析方法。大小分別并記錄的分析方法。 其過(guò)程為可簡(jiǎn)單描畫(huà)為：其過(guò)程為可簡(jiǎn)單描畫(huà)為： 離子源離子源 轟擊樣品轟擊樣品帶電荷的帶電荷的 碎片離子碎片離子電場(chǎng)加速電場(chǎng)加速(zeU) 獲得動(dòng)能獲得動(dòng)能(1/2mV2)磁場(chǎng)分別磁場(chǎng)分別 (m/z)檢測(cè)器記錄檢測(cè)器記錄 其中，其中，z為電荷數(shù)，為電荷數(shù)，e為電子電荷，為電子電荷，U為加速電壓

13、，為加速電壓，m為碎片質(zhì)量，為碎片質(zhì)量，V為電子運(yùn)動(dòng)速度。為電子運(yùn)動(dòng)速度。三、儀器組成三、儀器組成 MS儀器普通由進(jìn)樣系統(tǒng)、電離源、質(zhì)量分析器和儀器普通由進(jìn)樣系統(tǒng)、電離源、質(zhì)量分析器和檢測(cè)記錄系統(tǒng)構(gòu)成。檢測(cè)記錄系統(tǒng)構(gòu)成。質(zhì)量分析器是質(zhì)譜計(jì)的中心不同類(lèi)型的質(zhì)量分析器構(gòu)成不同類(lèi)型的質(zhì)譜計(jì) 不同類(lèi)型的質(zhì)譜計(jì)其功能，運(yùn)用范圍，原理， 實(shí)驗(yàn)方法均有所不同。 作用是將不同碎片按質(zhì)荷比m/z分開(kāi)。 質(zhì)量分析器類(lèi)型：磁分析器、飛行時(shí)間、四極桿、離子捕獲、離子盤(pán)旋等。質(zhì)量分析器類(lèi)型：磁分析器、飛行時(shí)間、四極桿、離子捕獲、離子盤(pán)旋等。1磁分析器 單聚焦型(Magnetic sector spectrometer)

14、：用一個(gè)扇形磁場(chǎng)進(jìn)展質(zhì)量分析的質(zhì)譜儀。 2飛行時(shí)間分析器飛行時(shí)間分析器(Time of flight, TOF) 過(guò)過(guò) 程：不同荷電碎片在飛出離子源的速度動(dòng)能根本程：不同荷電碎片在飛出離子源的速度動(dòng)能根本一致。某離子在到達(dá)無(wú)場(chǎng)漂移一致。某離子在到達(dá)無(wú)場(chǎng)漂移 管前端時(shí)，其速度大小為：管前端時(shí)，其速度大小為： 到達(dá)無(wú)場(chǎng)漂移管末端的時(shí)間為：到達(dá)無(wú)場(chǎng)漂移管末端的時(shí)間為： 不同離子經(jīng)過(guò)同一長(zhǎng)度為不同離子經(jīng)過(guò)同一長(zhǎng)度為L(zhǎng)的無(wú)場(chǎng)漂移管，所需時(shí)間相差：的無(wú)場(chǎng)漂移管，所需時(shí)間相差： 由于不同由于不同m/z的離子，其飛出漂移管的時(shí)間不同，因此實(shí)現(xiàn)的離子，其飛出漂移管的時(shí)間不同，因此實(shí)現(xiàn)了離子的分別。了離子的分別。mUzev2vLt U2)z/m()z/m(Lt21 過(guò)程：在兩個(gè)相對(duì)的極桿之間加過(guò)程：在兩個(gè)相對(duì)的極桿之間加電壓電壓(U+Vcost)，在另兩個(gè)相對(duì)的，在另兩個(gè)相對(duì)的極桿上加極桿上加-(U+Vcost)。與前述雙聚。與前述雙聚焦儀的靜電分析器類(lèi)似，離子進(jìn)入可焦儀的靜電分析器類(lèi)似，離子進(jìn)入可變電場(chǎng)后，只需具適宜的曲率半徑的變電場(chǎng)后，只需具適宜的曲率半徑的離子可以經(jīng)過(guò)中心小孔到達(dá)檢測(cè)器。離子可以經(jīng)過(guò)中心小孔到達(dá)檢測(cè)器。 改動(dòng)改動(dòng)U和和V并堅(jiān)持并堅(jiān)持U/V比值一定，比值一定，可實(shí)現(xiàn)不同可實(shí)現(xiàn)不同m/z離子的檢