晶體X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告

中南大學(xué)X射線衍射實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè) 材料學(xué)姓名學(xué)號(hào) 同組者實(shí)驗(yàn)日期2010年11月 日指導(dǎo)教師 黃繼武評(píng)分分評(píng)閱人 評(píng)閱日期實(shí)驗(yàn)一儀器操作與定性分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誜射線衍射物相定性分析的原理和實(shí)驗(yàn)方法熟悉PDF卡片的查找方法和物相檢索方法二、實(shí)驗(yàn)原理任何一種甕晶物質(zhì) 特宇的晶陣結(jié)構(gòu)（包括結(jié)構(gòu)類型、晶胞的形狀和大小、晶胞（包括單質(zhì)元素、固溶體■吃涵知| 中原孑、離子或分孑的品洲、歉目和位置）特有的衍射花樣（衍射線的位置和強(qiáng)度）?.?X射線衍射譜，就如同人的指紋一樣，是每一種晶體物質(zhì)的特征，是鑒別晶體物質(zhì)的標(biāo)志。如果將兩種或兩種以上的晶體物質(zhì)混合在一起，則組成混合物的各相產(chǎn)生的衍射花樣是獨(dú)立的、機(jī)械疊加。分析標(biāo)定計(jì)聳、根據(jù)衍射譜的特點(diǎn) 確定物相的晶體結(jié)構(gòu)和相的種類一一就是定性分析的內(nèi)容。前面所述的方法，對(duì)立方晶系較簡(jiǎn)單，其它晶系則復(fù)雜了，且只能計(jì)算出晶體物質(zhì)的晶體學(xué)參數(shù)，而物質(zhì)是什么相，必須查對(duì)晶體學(xué)手冊(cè)?？梢钥闯?、 是仔細(xì)分析衍射譜 各衍射峰的分布和相對(duì)強(qiáng)度的變化 衍射譜的主J11對(duì)應(yīng)、要特征標(biāo)志 >物相的晶體結(jié)構(gòu)由衍射線的分布一 20確定（2。與入射波長(zhǎng)入及衍射面間距有關(guān)，波長(zhǎng)一定時(shí)，由d可確定。，而d是晶體結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要參數(shù)）衍射線的積累強(qiáng)度取決于晶體的結(jié)構(gòu)因子和多重性因子所以衍射譜上衍射線的分布及強(qiáng)度作為標(biāo)定物相的主要依據(jù)是完全可行的。為了消除因采用不同入射線，波長(zhǎng)對(duì)衍射線的位置（20）的影響，可將各衍射線的位置換算成衍射面間距（d=A/2sin0）也即，用d-1數(shù)據(jù)組作為定性相分析的基本判據(jù)。每一物相具有其特有的特征衍射譜，沒(méi)有任何兩種物相的衍射譜是完全相同的記錄已知物相的衍射譜，并保存為PDF文件從PDF文件中檢索出與樣品衍射譜完全相同的物相多相樣品的衍射譜是其中各相的衍射譜的簡(jiǎn)單疊加，互不干擾，檢索程序能從PDF文件中檢索出全部物相三、 儀器與材料儀器：18KW轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀1臺(tái)數(shù)據(jù)采集與處理終端與數(shù)據(jù)分析軟件MDIJADE：8臺(tái)（套）樣品：未知樣品4個(gè)四、 實(shí)驗(yàn)步驟4.1測(cè)量數(shù)據(jù)（1） 打開X射線衍射儀（2） 準(zhǔn)備樣品，按下“Door”按鈕，聽到報(bào)警（3） 向右拉開“常規(guī)衍射儀門”，裝好樣品（4） 向左輕拉“常規(guī)衍射儀門”，使之合上，注意合門時(shí)要保證不會(huì)撞動(dòng)左邊的門（5） 打開“控制測(cè)量”程序，輸入實(shí)驗(yàn)條件和樣品名，開始測(cè)量表1實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定：儀器掃描范圍掃描度電壓電流D/max2500型X射線衍射儀10-80Degree2degree/min40KV250mA4.2物相鑒定（1） 打開Jade，讀入數(shù)據(jù)文件，對(duì)圖譜去除背底、平滑、尋峰（2） 鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊S/M工具按鈕，進(jìn)入對(duì)話界面，點(diǎn)Chemistry，進(jìn)入元素限定對(duì)話框，選中樣品中的元素。然后點(diǎn)擊OK返回對(duì)話框，再點(diǎn)擊OK（3） 從物相匹配表中選中樣品中存在的物相（Al）;在所選定的物相名稱上雙擊鼠標(biāo)，顯示PDF卡片，按下Save按鈕，保存PDF卡片數(shù)據(jù)

鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“打印機(jī)”圖標(biāo)，顯示打印結(jié)果，按下Print按鈕，開始打印物相分析結(jié)果以同樣的方法標(biāo)定其它樣品的物相，物相鑒定完成。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果已知MnO樣品是Mn的氧化物，經(jīng)過(guò)定性分析和計(jì)算機(jī)檢索得出結(jié)果如下圖：200015002000150010005000-10 20 30 40 50 60 70 80Two-Theta(deg)從結(jié)果可以分析出樣品含有Mn2O3和Mn3O410dLtlh1cId7 SrT,2.12h2c2dRM.AFillerDirt,cutoffr/itCQii^ji/rcWi'. 3dATThkldATIhklSYS. S-Tr.a：brc., ACaPy ZRt-r. 4￡?n邸￡vSigh2V「Jm.p.Co]urRuf. 5996PDF卡片的內(nèi)容：1a、1b、1c,三個(gè)位置上的數(shù)據(jù)是衍射花樣中前反射區(qū)(20<90°)中三條最強(qiáng)衍射線對(duì)應(yīng)的面間距，1d位置上的數(shù)據(jù)是最大面間距。2a、2b、2c、2d，分別為上述各衍射線的相對(duì)強(qiáng)度，其中最強(qiáng)線的強(qiáng)度為100.實(shí)驗(yàn)條件：Rad.一輻射種類(如CuKa);A一波長(zhǎng)；Filter一濾波片；Dia.一相機(jī)直徑；Cutoff一相機(jī)或測(cè)角儀能測(cè)得的最大面間距；Coll-光闌尺寸；I/I1-衍射強(qiáng)度的測(cè)量方法；dcorr.abs.?—所測(cè)值是否經(jīng)過(guò)吸收校正；Ref—參考資料晶體學(xué)數(shù)據(jù)：Sys.—晶系；S.G一空間群;a0、b0、c0,a、8、Y—晶胞參數(shù)；A=a0/b0,C=c0/b0；Z—晶胞中原子或分子的數(shù)目；Ref—參考資料。光學(xué)性質(zhì)：￡a>nwp、￡Y—折射率；Sign—光性正負(fù)；2V一光軸夾角；D—密度；mp—熔點(diǎn)；Color一顏色；Ref—參考資料。試樣來(lái)源，制備方法；化學(xué)分析，有時(shí)亦注明升華點(diǎn)(S.P.),分解溫度(D.T.),轉(zhuǎn)變點(diǎn)(T.P.)，攝照溫度等。物相的化學(xué)式和名稱。在化學(xué)式之后常有一個(gè)數(shù)字和大寫英文字母的組合說(shuō)明。數(shù)字表示單胞中的原子數(shù)；英文字母表示布拉菲點(diǎn)陣類型：C—簡(jiǎn)單立方；B—體心立方;F—面心立方；T—簡(jiǎn)單正方；U—體心正方；R一簡(jiǎn)單菱方；H一簡(jiǎn)單六方；O簡(jiǎn)單斜方；Q—底心斜方；S一面心斜方；M一簡(jiǎn)單單斜；N一底心單斜；Z一簡(jiǎn)單三斜。礦物學(xué)名稱。右上角的符號(hào)標(biāo)記表示：大一數(shù)據(jù)高度可靠；i一已指標(biāo)化和估計(jì)強(qiáng)度，但可靠性不如前者；O—可靠性較差；C一衍射數(shù)據(jù)來(lái)自理論計(jì)算。晶面間距，相對(duì)強(qiáng)度和干涉指數(shù)?？ㄆ捻樞蛱?hào)六、分析與討論6.1定性相分析的基本判據(jù)：通常用d(晶面間距表征衍射線位置)和I(衍射線相對(duì)強(qiáng)度)的數(shù)據(jù)代表衍射花樣。用d-I數(shù)據(jù)作為定性相分析的基本判據(jù)。定性相分析方法是將由試樣測(cè)得的d-I數(shù)據(jù)組與已知結(jié)構(gòu)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)d-I數(shù)據(jù)組(PDF卡片)進(jìn)行對(duì)比，以鑒定出試樣中存在的物相。6.2多相合金樣品的物相定性分析中存在的困難：實(shí)驗(yàn)測(cè)定的衍射數(shù)據(jù)和粉末衍射卡記載的數(shù)據(jù)都有誤差，這給物相鑒定帶來(lái)困難。因影響線條強(qiáng)度的因素較位置的因素復(fù)雜得多，故在分析時(shí)應(yīng)更更視面間距數(shù)據(jù)的吻合。當(dāng)混合物中某相的含量很少時(shí)或某相各晶面反射能力很弱時(shí)，它的衍射線條可能難于顯現(xiàn)因此X射線衍射分析，只能肯定某相的存在，而不能確定某相的不存在在。

實(shí)驗(yàn)二定量分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆斩嘞鄻悠稾射線衍射強(qiáng)度與物相含量的關(guān)系熟悉X射線衍射法測(cè)量物相含量的實(shí)驗(yàn)方法二、實(shí)驗(yàn)原理物相定量分析一一絕熱法在一個(gè)含有N個(gè)物相的多相體系中，每一個(gè)相的RIR值（參比強(qiáng)度）均為已知的情況下，測(cè)量出每一個(gè)相的衍射強(qiáng)度，可計(jì)算出其中所有相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：其中某相X的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可表示為：Kx尹aKii=AA式中A表示N個(gè)相中被選定為內(nèi)標(biāo)相的物相名稱式中KxAKxAA/2O3KaAl2O3右邊是兩個(gè)物相X和A的RIR值，可以通過(guò)實(shí)測(cè)、計(jì)算或查找PDF卡片獲得樣品中只含有兩相A和B，并選定A為內(nèi)標(biāo)物相，則有：w=—L—a『ia+~KbAw=—IB——=1-wBI+IKb ABAA三、操作步驟打開樣品文件，并鑒定出物相。選擇物相時(shí)選擇有RIR值的卡片。按住鼠標(biāo)左鍵，拖過(guò)兩相最強(qiáng)峰的區(qū)域，使窗口中只顯示兩個(gè)相的主峰。鼠標(biāo)單擊工具欄中的從，擬合兩相的主峰，以得到兩相的衍射強(qiáng)度。選擇菜單"Options-EasyQuantitative”，打開定量分析窗口。單擊“CalcWt%”按鈕。計(jì)算物相的含量。單擊“SaveGraph”，將屏幕圖形保存成一個(gè)圖片文件。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果XRD衍射分析譜=|Smithsonite-Zn(CO3)<Wt%=97.8(10.4)>」Quartzlow,dauphinee-twinned-SiO2<Wt%=2.2(0.2)>97.8(10.4)%/~2.2(0.2)%i ，QuantitativeAnalysisfromP^file-FittedPeaks定量分析USER:AdministratorJADE:QuantitativeAnalysisfromProfile-FittedPeaksDATE:Monday,Nov15,201011:29aFILE:[ZnCO3+SiO2.raw]SCAN:10.0/80.0/0.02/.15(sec),Cu(40kV,250mA),I(max)=3443,11-19-0814:49PROC:[NewQuantitativeAnalysis]PhaseID(2)ChemicalFormulaRIRDxMACLACSmithsoniteZn(CO3)4.174.43436.28160.9Quartzlow,dauphinee-twinnedSiO24.112.63534.4590.8Wt%Wt(n)%Vol(n)%#LI%-I(r){Area}{Height}97.8(10.4)97.8(10.4)96.3(14.2)10.030560(1491)2132(71)2.2(0.2)2.2(0.2)3.7(0.5)10.0692(65)88(5)分析結(jié)果:物相名稱擬合強(qiáng)度RIR值質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wt%）Zn(CO3)30560(1491)4.1798.0SiO2692(65)4.112.3五、分析與討論分析衍射強(qiáng)度與樣品的哪些因素有關(guān)：合金樣品的厚度，表面形貌。試片裝上樣品臺(tái)后其平面必須能與衍射儀軸重合，與聚焦圓相切。粉末樣品的顆粒大小。粉末必須足夠細(xì)小才能滿足試樣受光照體積中晶粒的取向是完全機(jī)遇的，并抑制由于晶癖帶來(lái)的擇優(yōu)取向。樣品本身處理工藝造成的的影響，包括形成固溶強(qiáng)化，織構(gòu)等對(duì)衍射強(qiáng)度的影響。絕熱法定量分析的特點(diǎn)：絕熱法是在K值法的基礎(chǔ)上提出。即不與系統(tǒng)以外發(fā)生關(guān)系。用試樣中的某一個(gè)相作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。特點(diǎn)：（1）不需要向試樣中摻入內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，減少實(shí)測(cè)工作麻煩；（2）既適用于粉末試樣，也適用于整體試樣；（3）不能測(cè)定含未知相的多相混合試樣。實(shí)驗(yàn)三精確測(cè)量點(diǎn)陣常數(shù)(晶胞精修)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆站_測(cè)量合金點(diǎn)陣常數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理方法。熟悉晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)精密化的原理與方法。了解X射線衍射法測(cè)量點(diǎn)陣常數(shù)的實(shí)驗(yàn)誤差來(lái)源。二、 實(shí)驗(yàn)原理：晶胞參數(shù)的計(jì)算：晶胞參數(shù)需由已知指標(biāo)的晶面間距來(lái)計(jì)算，對(duì)立方晶系：a w— "\h2+k2+122sin(0)\'h2+k2+12晶胞參數(shù)的誤差：由上式可知，晶胞參數(shù)的誤差來(lái)源于對(duì)晶面間距d的測(cè)量誤差，即衍射角的測(cè)量誤差：X=—AOcot9d上式表明，相同衍射角測(cè)量誤差對(duì)d引起的誤差隨衍射角增大而減小晶胞參數(shù)的系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差主要是儀器本身的零點(diǎn)不準(zhǔn)，樣品表面狀態(tài)引起的誤差。這些誤差可通過(guò)校正來(lái)消除。晶胞參數(shù)的精確測(cè)量方法：用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)儀器誤差，如在樣品粉末中加標(biāo)準(zhǔn)Si來(lái)校準(zhǔn)譜線的衍射角。外推法精確計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù)。根據(jù)衍射角與面間距誤差的關(guān)系，將衍射角外推到180。時(shí)，衍射角位置引起的誤差為0。結(jié)構(gòu)精修：用一定的峰形函數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，使兩者的誤差達(dá)到最小。全譜擬合：Retiveld提出，采用一定的峰形函數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，通過(guò)不斷調(diào)整峰形函數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，使計(jì)算值一步一步地逼近實(shí)驗(yàn)值，直到兩者的差值R最小。R=￡w(Y-Y)2式中wi 權(quán)重因子，wi=1/YiYoi,Yci——步進(jìn)掃描第i步的實(shí)測(cè)強(qiáng)度和計(jì)算強(qiáng)度使R值最小的過(guò)程就是圖譜擬合過(guò)程。通過(guò)修正晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)，使擬合函數(shù)和由晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算出來(lái)的峰形函數(shù)吻合，就是晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)精密化過(guò)程。三、操作步驟

打開樣品文件，并鑒定出物相(Al)。按下從按鈕，軟件對(duì)圖譜進(jìn)行函數(shù)擬合。擬合過(guò)程中，觀察R(擬合誤差)的變化甫=8E4松，重復(fù)步驟［2］，反復(fù)擬合幾次，直到R值不再變小。單擊option菜單下的Cel1Refinement...Shift+Ctrl+F3命令，彈出精修對(duì)話框。觀察精胞參數(shù)的原始值為4.0497,按下Refine按鈕，進(jìn)行結(jié)構(gòu)精修保存精修結(jié)果為Al-Zn-Mg-1.abc。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果[AI-Zn-Mg-2.raw]SCAN:150/80.0/002/.15(sec),Cu(40kV,250mA)：l(max)二7236,03-31-0606:1599-0005>Al-Aluminum7000-34-0457>MgZn2-MagnesiumZinc7000-6000-5000-4000-3000-20001000-oUXRD衍射分析譜!=!Aluminum-Al<Wt%=89.7(31.7)>MagnesiumZinc-MgZn2<Wt%=10.3(3.6)>

定量分析精胞參數(shù)報(bào)告USER:AdministratorJADE:CellRefinementReportDATE:Wednesday,Nov17,201009:09aFILE:[Al-Zn-Mg-1.raw]SCAN:15.0/80.0/0.02/.15(sec),Cu(40kV,250mA),I(max)=12616,03-31-0606:26PEAK:45-pts/ParabolicFilter,Threshold=3.0,Cutoff=0.1%,BG=3/1.0,Peak-Top=SummitNOTE:Intensity=Counts,2T(0)=0.0(deg),WavelengthtoComputed-Spacing=1.54056?(Cu/K-alpha1)CellType=Cubic,Fm-3m(225)InitialCell=4.0494x4.0494x4.0494<90.0x90.0x90.0>RefinedCell=4.06082(0.000793):]Vol=66.96A"3,Density(c)=2.6761(ChemicalFormula=Al,Z=4.0)Two-ThetaErrorWindow=0.3(deg),ZeroOffset=0.0(deg),Displacement=0.0(deg)ESDofFit=0.0209(deg),|Delta2-Theta|=0.0171(deg),|Deltad|=0.00053(?),F(4)=58.4(4)IntensityWeighting=Sqrt(I%),Two-ThetaRange=15.0/80.0(deg),(x)OutlierRejection