第一章 X射線衍射分析1-1

第一章X射線衍射分析技術(shù)簡(jiǎn)介X射線物理學(xué)基礎(chǔ)X射線衍射原理X射線衍射方法X射線衍射儀X射線物相分析簡(jiǎn)介發(fā)現(xiàn)：1895年11月5日，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)。確定：1912年，德國(guó)物理學(xué)家勞厄等人發(fā)現(xiàn)了X射線在膽礬晶體中的衍射現(xiàn)象，一方面確認(rèn)了X射線是一種電磁波，另一方面又為X射線研究晶體材料開辟了道路。最早的應(yīng)用：1912年，英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子首次利用X射線衍射方法測(cè)定了NaCl晶體的結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了X射線晶體結(jié)構(gòu)分析的歷史。簡(jiǎn)介X射線在近代科學(xué)和工藝上的應(yīng)用主要有以下三個(gè)方面：1.X射線透視技術(shù)

2.X射線光譜技術(shù)

3.X射線衍射技術(shù)X射線物相分析法：利用X射線通過(guò)晶體時(shí)會(huì)發(fā)生衍射效應(yīng)這一特性來(lái)確定結(jié)晶物質(zhì)的物相的方法，稱為~。1924年，建立了該分析方法。目前，X射線物相分析法作為鑒別物相的一種有效的手段，已在地質(zhì)、建材、土壤、冶金、石油、化工、高分子物質(zhì)、藥物、紡織、食品等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。簡(jiǎn)介

——島津XRD的市場(chǎng)份額分析實(shí)驗(yàn)室醫(yī)藥建筑化學(xué)、石油、高分子食品、纖維、紙張電子陶瓷、水泥機(jī)械、汽車有色金屬鋼鐵工業(yè)1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.1X射線的本質(zhì)

X射線從本質(zhì)上說(shuō)，和無(wú)線電波、可見光、射線一樣，也是一種電磁波，其波長(zhǎng)范圍在0.01—100?之間，介于紫外線和射線之間，但沒(méi)有明顯的界限。１０－１５１０－１０１０－５１００１０５１?１nm１μm１mm１cm１m１km波長(zhǎng)（ｍ）Ｘ射線可見光微波無(wú)線電波UVIRγ射線與可見光相比：本質(zhì)上都是橫向電磁輻射，有共同的理論基礎(chǔ)穿透能力強(qiáng)，一般條件下不能被反射，幾乎完全不發(fā)生折射——X射線的粒子性比可見光顯著的多1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.2X射線的產(chǎn)生X射線的產(chǎn)生條件能夠提供足夠供衍射實(shí)驗(yàn)使用的X射線，目前都是以陰極射線（即高速度的電子流轟擊金屬靶）的方式獲得的，所以要獲得X射線必須具備如下四個(gè)條件：(1)產(chǎn)生自由電子的電子源，加熱鎢絲發(fā)射熱電子(2)設(shè)置自由電子撞擊的靶子，如陽(yáng)極靶，用以產(chǎn)生X射線(3)施加在陰極和陽(yáng)極間的高電壓，用以加速自由電子朝陽(yáng)極靶方向加速運(yùn)動(dòng)，如高壓發(fā)生器。(4)將陰陽(yáng)極封閉在小于133.310-6Pa的高真空中，保持兩極純潔，促使加速電子無(wú)阻擋地撞擊到陽(yáng)極靶上。

X射線管是產(chǎn)生X射線的源泉，高壓發(fā)生器及其附加設(shè)備給X射線管提供穩(wěn)定的光源，并可根據(jù)需要靈活調(diào)整管壓和管流。1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.2X射線的產(chǎn)生圖2-2X射線產(chǎn)生示意圖2.X射線管X射線管有多種不同的類型目前小功率的都使用封閉式電子X射線管，大功率X射線機(jī)則使用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶的X射線管1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.2X射線的產(chǎn)生圖2-3X射線管示意圖定義：X射線譜指的是X射線強(qiáng)度I隨波長(zhǎng)λ變化的關(guān)系曲線。X射線的強(qiáng)度大小決定于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與X射線傳播方向垂直的單位面積上的光量子數(shù)。1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.3X射線譜圖2-4X射線譜1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.3X射線譜實(shí)驗(yàn)表明，X射線管陽(yáng)極靶發(fā)射出的X射線譜分為兩類：連續(xù)X射線譜和特征X射線譜又稱白色射線，是由某一短波限λ0開始直到波長(zhǎng)等于無(wú)窮大λ∞的一系列波長(zhǎng)組成。又稱標(biāo)識(shí)射線，具有特定的波長(zhǎng)，且波長(zhǎng)取決于陽(yáng)極靶元素的原子序數(shù)。只有當(dāng)管壓超過(guò)某一特定值時(shí)才能產(chǎn)生特征X射線。特征X射線譜是疊加在連續(xù)X射線譜上的。1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.3X射線譜經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)理論：當(dāng)X射線管中高速電子和陽(yáng)極靶碰撞時(shí)，產(chǎn)生極大的速度變化，就要輻射出電磁波。由于大量電子轟擊陽(yáng)極靶的時(shí)間和條件不完全相同，輻射出的電磁波具有各種不同的波長(zhǎng)，因而形成連續(xù)X射線譜。連續(xù)X射線譜產(chǎn)生的原因：量子理論觀點(diǎn)推導(dǎo)短波限的存在:===（?）連續(xù)X射線譜的規(guī)律和特點(diǎn)：(1)當(dāng)增加X射線管壓時(shí)，各波長(zhǎng)射線的相對(duì)強(qiáng)度一致增高，最大強(qiáng)度波長(zhǎng)λm和短波限λ0變小。(2)當(dāng)管壓保持不變，增加管流時(shí)，各種波長(zhǎng)的X射線相對(duì)強(qiáng)度一致增高，但λm和λ0數(shù)值大小不變。1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.3X射線譜(3)當(dāng)改變陽(yáng)極靶元素時(shí)，各種波長(zhǎng)的相對(duì)強(qiáng)度隨元素的原子序數(shù)的增加而增加。圖2-5各種條件對(duì)連續(xù)X射線強(qiáng)度的影響示意圖1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.3X射線譜特征X射線產(chǎn)生的根本原因是原子內(nèi)層電子的躍遷特征X射線的相對(duì)強(qiáng)度是由各能級(jí)間的躍遷幾率決定的，另外還與躍遷前原來(lái)殼層上的電子數(shù)多少有關(guān)。特征X射線的絕對(duì)強(qiáng)度隨X射線管電壓、管電流的增大而增大。圖2-6特征X射線產(chǎn)生原理圖1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.4X射線與物質(zhì)的相互作用當(dāng)X射線照射到物體上時(shí)，一部分光子由于和原子碰撞而改變了前進(jìn)的方向，造成散射線；另一部分光子可能被原子吸收，產(chǎn)生光電效應(yīng)；再有部分光子的能量可能在與原子碰撞過(guò)程中傳遞給了原子，成為熱振動(dòng)能量。X射線在通過(guò)物質(zhì)時(shí)，在一般情況下可以認(rèn)為不發(fā)生折射，也不能反射，但總是存在有散射和吸收現(xiàn)象。相干散射（經(jīng)典散射）非相干散射二次特征輻射（熒光輻射）X射線的衰減相干散射：散射波與入射波的頻率或波長(zhǎng)相同，位相差恒定，在同一方向上各散射波符合相干條件，故稱為-。（這是晶體衍射效應(yīng)的根源）非相干散射:散射線的波長(zhǎng)各不相同,相互之間不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象,故稱為-。二次特征輻射：利用X射線光子激發(fā)作用而產(chǎn)生新的特征譜線，稱為-。（這是光譜分析的依據(jù)）X射線的衰減：當(dāng)X射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于受到散射，光電效應(yīng)等的影響，強(qiáng)度會(huì)減弱，這種現(xiàn)象稱為-。1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.4X射線與物質(zhì)的相互作用1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.4X射線與物質(zhì)的相互作用X射線穿透物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度要衰減，衰減的程度隨所穿過(guò)物質(zhì)厚度的增加按指數(shù)規(guī)律減弱。

I=I0e-μlxI0：入射線束的原始強(qiáng)度I：穿過(guò)后的強(qiáng)度μl：線吸收系數(shù)x:物質(zhì)厚度μl=μmρI=I0e-μmρxρ：吸收體的密度μm：質(zhì)量吸收系數(shù)1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.4X射線與物質(zhì)的相互作用質(zhì)量吸收系數(shù)μm很大程度上取決于物質(zhì)的化學(xué)成分和被吸收的X射線波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)所有物質(zhì)：μm∝λ3Z3吸收限:發(fā)生突變吸收的波長(zhǎng)λ稱為-。1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.4X射線與物質(zhì)的相互作用應(yīng)用：利用吸收限兩邊吸收系數(shù)相差十分懸殊的特點(diǎn)，可制作濾波片。制作濾波片的物質(zhì)的原子序數(shù)一般為靶材的原子序數(shù)減去1~2，即N濾=N靶–1~2.舉例：如Ni的吸收限λkNi=1.4881?，恰好位于銅靶特征x射線Kα=1.5418?

和Kβ

=1.3922?之間。那么銅靶的特征x射線通過(guò)鎳片后，Kβ光子將被大量吸收，而Kα光子卻吸收地很少。1.1X射線物理學(xué)基礎(chǔ)

1.1.5X射線的探測(cè)與防護(hù)1.X射線的探測(cè)(1)熒光屏法(2)照相法(3)電離法2.X射線的防護(hù)(1)過(guò)量的X射線對(duì)人體有害(2)避免直接暴露在X射線束照射中1.2X射線衍射原理

1.2.1晶體對(duì)X射線的衍射及布拉格方程實(shí)驗(yàn)：如果讓一束連續(xù)X射線照射到一薄片晶體上，而在晶體后面放一黑紙包著的照相底片來(lái)探測(cè)X射線，則將底片顯影定影以后，我們可看到除了連續(xù)的背景和透射光束造成的斑點(diǎn)外，還可以發(fā)現(xiàn)有許多其它斑點(diǎn)存在。

本節(jié)的主要內(nèi)容是由波的干涉加強(qiáng)的條件出發(fā)，推導(dǎo)出衍射線的方向與點(diǎn)陣參數(shù)、點(diǎn)陣相對(duì)于入射線的方位及X射線波長(zhǎng)之間的關(guān)系，這種關(guān)系具體表現(xiàn)為勞厄方程式和布拉格方程式。由圖可得相鄰原子所射出的次生X射線在S1方向上的行程差（）為：=AD-BC=ABcosh-ABcos0=a(cosh-cos0)1.2X射線衍射原理

1.2.1晶體對(duì)X射線的衍射及布拉格方程1、勞厄方程式：為了求出X射線在晶體中的衍射方向，我們先求出一條行列對(duì)X射線的衍射所遵循的方程式，設(shè)有一條行列I-Iˊ：=a(cosh-cos0)=h=b(cos

k-cos0)=k=c(cos

l-cos0)=l質(zhì)點(diǎn)中心；a:結(jié)點(diǎn)間距S0：入射方向；S1：衍射方向

0、

h分別為S0、S1與行列的交角；波長(zhǎng)：1.2X射線衍射原理

1.2.1晶體對(duì)X射線的衍射及布拉格方程勞厄方程：可以決定衍射線方向，但計(jì)算麻煩，很不方便布拉格方程：1912年英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子導(dǎo)出了一個(gè)決定衍射線方向的形式簡(jiǎn)單、使用方便的公式先考慮同一原子面上的光線1和1a：=QK-PR=PKcos–PKcos=0再考慮各原子面上加強(qiáng)原子散射光線的條件。如光線1和2被原子K和L散射，因而光線1K1’與2L2’的光程差：=ML+LN=d′sin+d′sin

當(dāng)衍射光線1’和2’在這個(gè)光程差等于波長(zhǎng)的n倍時(shí)，當(dāng)n

=2d′sin

時(shí)將完全同周相，從而發(fā)生衍射。1.2X射線衍射原理

1.2.1晶體對(duì)X射線的衍射及布拉格方程布拉格方程：

n

=2d′sin

（n:反射級(jí)數(shù)）n/2d′=sin<1

n

<2d′

<2d′對(duì)大多數(shù)的晶面組來(lái)說(shuō)，其d′值約為3?或更小，這意味著不能大于6?，但太小，則衍射角過(guò)小難以測(cè)量

=2（d′/n）sin

=2dsin

對(duì)于衍射而言，n的最小值取1這時(shí)，由于

的系數(shù)為1，因此，可將任何級(jí)的反射，作為間隔相當(dāng)于前者1/n的實(shí)際點(diǎn)陣面或虛構(gòu)點(diǎn)陣面上的初級(jí)反射來(lái)考慮，這樣處理可帶來(lái)很大方便，因此，我們可令：d=d′/n,而將布拉格方程寫為1.2X射線衍射原理

1.2.1晶體對(duì)X射線的衍射及布拉格方程

注意：乍看之下，晶體對(duì)于X射線的衍射，猶如平面鏡反射可見光一般，因?yàn)樵趦煞N現(xiàn)象中，入射角與反射角相等。但衍射與反射至少在下列三個(gè)方向有著根本性的差別:來(lái)自晶體的衍射光束，是由位于入射光束中全體原子散射的光線構(gòu)成，而可見光的反射，則在一薄層的表面中進(jìn)行。單色X射線只能在滿足布拉格方程的特殊入射角上衍射，而可見光則可在任何入射角上反射。良好的平面鏡對(duì)可見光的反射效率幾乎可達(dá)100%，而X射線衍射束的強(qiáng)度則遠(yuǎn)較入射光束微弱。1.2X射線衍射原理

1.2.1晶體對(duì)X射線的衍射及布拉格方程衍射的本質(zhì)：較大數(shù)量的原子互相協(xié)作而產(chǎn)生的一種散射現(xiàn)象。兩種重要的幾何學(xué)關(guān)系：(1)入射光束、反射面的法線與衍射光束一定共面(2)衍射光束與透射光束之間的夾角一定等于2θ（衍射角），通常在實(shí)驗(yàn)中所測(cè)量的便是這個(gè)角，而不是θ。產(chǎn)生衍射的兩個(gè)最根本的關(guān)鍵：(1)一種能產(chǎn)生干涉的波動(dòng)（X射線）(2)一組周期排列的散射中心（晶體中的原子）1.2X射線衍射原理

1.2.2

X射線衍射束的強(qiáng)度衍射束強(qiáng)度的表達(dá)式(多晶體衍射環(huán)單位弧長(zhǎng)上的積分強(qiáng)度)I0：入射X射線束的強(qiáng)度；V：入射X射線所照試樣的體積；Fhkl：結(jié)構(gòu)因子；J：多重性因子；PL：角因子；D：溫度因子；A(θ)：吸收因子。X射線衍射束的強(qiáng)度1、衍射束強(qiáng)度的表達(dá)式2、結(jié)構(gòu)因子、多重性因子、角因子、吸收因子、溫度因子的定義及物理意義各是怎樣的？3、幾種基本點(diǎn)陣的系統(tǒng)消光規(guī)律怎樣？1.3X射線衍射方法

1.3.1簡(jiǎn)介根據(jù)布拉格方程知道，產(chǎn)生衍射的必要條件是入射X射線的波長(zhǎng)和它與反射面的布拉格角必須符合布拉格方程的要求。當(dāng)采用一定波長(zhǎng)的單色X射線來(lái)照射固定的單晶體時(shí)，則、和d值都定下來(lái)了。一般來(lái)說(shuō)，它們的數(shù)值未必能滿足布拉格方程式，也即不能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，因此要觀察到衍射現(xiàn)象，必須設(shè)法連續(xù)改變或，以使有滿足布拉格反射條件的機(jī)會(huì)，據(jù)此可有幾種不同的衍射方法。最基本的衍射方法列表如下：衍射方法

實(shí)驗(yàn)條件勞厄法變不變連續(xù)X射線照射固定的單晶體轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法不變變化單色X射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體粉晶照相法不變變化單色X射線照射粉晶或多晶試樣粉晶衍射儀法不變變化單色X射線照射多晶體或轉(zhuǎn)動(dòng)的多晶體1.3X射線衍射方法

1.3.2勞厄法和轉(zhuǎn)晶法勞厄法是用連續(xù)的X射線投射到不動(dòng)的單晶體上產(chǎn)生衍射的一種實(shí)驗(yàn)方法。所使用的試樣可以是獨(dú)立的單晶體，也可以是多晶體中的粗大晶粒。勞厄法是應(yīng)用最早的衍射方法，其實(shí)驗(yàn)裝置比較簡(jiǎn)單，通常包括光闌、試樣架和平板照相底片匣。由于晶體不動(dòng)，入射線和晶體作用后產(chǎn)生的衍射線束表示了各晶面的方位，所以此方法能夠反映出晶體的取向和對(duì)稱性。轉(zhuǎn)晶法是用單色X射線照射到轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體上。比較簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)晶相機(jī)可以360度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸上裝有一個(gè)可繞三支軸旋轉(zhuǎn)和沿三個(gè)方向平移的測(cè)角頭，圓桶形暗盒環(huán)繞相機(jī)的轉(zhuǎn)軸，以便記錄足夠的衍射斑點(diǎn)。由于這種衍射花樣適宜于準(zhǔn)確測(cè)定晶體的衍射方向和強(qiáng)度，因而適用于未知晶體的結(jié)構(gòu)分析。1.3X射線衍射方法

1.3.3粉晶法粉晶法：輻射源:單色（特征）X射線；試樣：多為很細(xì)（0.1-10μm)的粉末多晶體，根據(jù)需要也可以采用多晶體的塊、片、絲等作試樣。種類：粉晶照相法——衍射花樣用照相底片來(lái)記錄，應(yīng)用較少

粉晶衍射儀法——衍射花樣用輻射探測(cè)器接收后，再經(jīng)測(cè)量電路系統(tǒng)放大處理并記錄和顯示，應(yīng)用十分普遍粉末試樣或多晶體試樣從X射線衍射的觀點(diǎn)來(lái)看，實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)單晶體繞空間各個(gè)方向作任意旋轉(zhuǎn)的情況。因此，當(dāng)一束單色X射線照射到試樣上時(shí)，對(duì)每一族晶面[hkl]而言，總有某些小晶體，其（hkl）晶面族與入射線的方位角正好滿足布拉格條件，而能產(chǎn)生反射。1.3X射線衍射方法

1.3.3粉晶法由于試樣中小晶粒的數(shù)目很多，滿足布拉格晶面族[hkl]也很多，它們與入射線的方位角都是，從而可以想象成為是由其中的一個(gè)晶面以入射線為軸，以衍射角2為半頂角的圓錐面上，不同晶面族的衍射角不同，衍射線所在的圓錐的半頂角也就不同，各個(gè)不同晶面族的衍射線將共同構(gòu)成一系列以入射線為軸的同頂點(diǎn)的圓錐。1、粉晶照相法成相原理1.3X射線衍射方法

1.3.3粉晶法正因?yàn)榉勰┓ㄖ醒苌渚€分布在一系列圓錐面上，因此，當(dāng)用垂直于入射線的平板底片來(lái)記錄時(shí)，得到的衍射圖為一系列同心圓，而若用圍繞試樣的圓桶形底片來(lái)記錄時(shí)，得到的衍射圖將是一系列弧線段。1.3X射線衍射方法

1.3.3粉晶法2、德拜照相機(jī)直徑：57.3mm和114.6mm底片的安裝方式：按圓筒底片開口處所在的位置不同，可分為正裝法、反裝法和不對(duì)稱法不對(duì)稱法可測(cè)算出圓筒底片的曲率半徑。因此可以校正由于底片收縮、試樣偏心以及相機(jī)半徑不準(zhǔn)確所產(chǎn)生的誤差，所以該方法使用較多。組成部分包括圓筒外殼、試樣架、前后光闌、黑紙、熒光屏、鉛玻璃1.3X射線衍射方法

1.3.3粉晶法孔洞位于中間底片孔洞位于透射光一端底片孔洞位于入射光一端1.3X射線衍射方法

1.3.3粉晶法3、衍射花樣的測(cè)量和計(jì)算直徑：57.3mm和114.6mm1.4X射線衍射儀1.4.1概要1.4X射線衍射儀1.4.1概要

X射線衍射儀是用射線探測(cè)器和測(cè)角儀探測(cè)衍射線的強(qiáng)度和位置，并將它轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后借助于計(jì)算技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、處理和分析的儀器。技術(shù)上的進(jìn)步，使衍射儀測(cè)量精度愈來(lái)愈高，數(shù)據(jù)分析和處理能力愈來(lái)愈強(qiáng)，因而應(yīng)用也愈來(lái)愈廣。分類：衍射儀按其結(jié)構(gòu)和用途，主要可分為測(cè)定粉末試樣的粉末衍射儀和測(cè)定單晶結(jié)構(gòu)的四圓單晶衍射儀，此外還有微區(qū)衍射儀和雙晶衍射儀等特種衍射儀。盡管各種類型的X射線衍射儀各有特點(diǎn)，但從應(yīng)用的角度出發(fā)，X射線衍射儀的一般結(jié)構(gòu)、原理、調(diào)試方法、儀器實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇以及實(shí)驗(yàn)和測(cè)量方法等大體上相似的。雖然由于具體儀器不同，很難提出一套完整的關(guān)于調(diào)試、參數(shù)選擇，以及實(shí)驗(yàn)和測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)格式，但是根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)原理等可以尋找出對(duì)所有衍射儀均適用的基本原則，掌握好它有利于充分發(fā)揮儀器的性能，提高分析可靠性。

X射線衍射實(shí)驗(yàn)分析方法很多，它們都建立在如何測(cè)得真實(shí)的衍射花樣信息的基礎(chǔ)上。盡管衍射花樣可以千變?nèi)f化，但是它們的基本要素只有三個(gè)：衍射線的峰位、線形和強(qiáng)度。

由峰位可以測(cè)定晶體常數(shù)，由線形可以測(cè)定微觀應(yīng)力和嵌鑲塊大小，由強(qiáng)度可以測(cè)定物相含量。1.4X射線衍射儀

1.4.1概要

實(shí)驗(yàn)者的職責(zé)在于準(zhǔn)確無(wú)誤地測(cè)量衍射花樣三要素，這就要求實(shí)驗(yàn)者掌握衍射儀的一般結(jié)構(gòu)和原理，掌握對(duì)儀器調(diào)整和選擇好實(shí)驗(yàn)參數(shù)的技能以及實(shí)驗(yàn)和測(cè)量方法。

原則上講，衍射儀可以根據(jù)任何一種照相機(jī)的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)，常用的粉末衍射儀的結(jié)構(gòu)是與德拜相機(jī)類似的，只是用一個(gè)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的探測(cè)器代替了照相底片。1.4X射線衍射儀

1.4.1概要

衍射儀比照相法在應(yīng)用上顯示出較明顯的優(yōu)越性。它不僅測(cè)量衍射花樣效率高，精度高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且往往決定著某些工作的可能性。例如在高溫衍射工作中研究點(diǎn)陣參數(shù)和相結(jié)構(gòu)隨溫度的瞬時(shí)變化、金屬的結(jié)構(gòu)定量測(cè)定等。1.4X射線衍射儀1.4.1概要儀器結(jié)構(gòu)主要包括四個(gè)部分：1.X射線發(fā)生系統(tǒng)，用來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的X射線光源。2.測(cè)角儀，用來(lái)測(cè)量衍射花樣三要素。3.探測(cè)與記錄系統(tǒng)，用來(lái)接收記錄衍射花樣。4.控制系統(tǒng)用來(lái)控制儀器運(yùn)轉(zhuǎn)、收集和打印結(jié)果。1、對(duì)光源的要求：簡(jiǎn)單地說(shuō)，對(duì)光源的基本要求是

穩(wěn)定，強(qiáng)度大，光譜純潔。測(cè)量衍射花樣是“非同時(shí)測(cè)量的”，為了使測(cè)量的各衍射線可以相互比較，要求在進(jìn)行測(cè)量期間光源和各部件性能是穩(wěn)定的。提高光源強(qiáng)度可以提高檢測(cè)靈敏度、衍射強(qiáng)度測(cè)量的精確度和實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量。對(duì)衍射分析很重要，光譜不純，輕則增加背底，重則增添偽衍射峰，從而增加分析困難。衍射分析中需要單色輻射以提高衍射花樣的質(zhì)量。通常采用過(guò)濾片法、彎曲晶體單色器、脈沖高度分析器等方法，過(guò)濾K

射線，降低連續(xù)譜線強(qiáng)度。2、光源單色化的方法1.4X射線衍射儀

1.4.2X射線光源1.4X射線衍射儀1.4.2X射線光源(1)過(guò)濾片法:最常用的是K?過(guò)濾片，其吸收限恰好位于Kα和K?之間，從而抑制了K?和部分連續(xù)譜線，突出了Kα譜線，起著單色化的作用。（N濾=N靶–1~2）(2)彎曲晶體單色器：選擇反射本領(lǐng)很強(qiáng)的衍射晶面的單晶體使其與表面平行，當(dāng)入射束滿足布拉格選擇性反射時(shí)即可得到單色的Kα及其諧波。(3)脈沖高度分析器：通過(guò)電子線路方法來(lái)改善X射線單色化。1.4X射線衍射儀

1.4.3測(cè)角儀(goniometer)1、測(cè)角儀的基本結(jié)構(gòu)和原理測(cè)角儀有水平和垂直兩種，型號(hào)較多，但結(jié)構(gòu)大致相同（見圖）。工作原理：(1)光源到試樣中心的距離等于樣品中心到記錄點(diǎn)的距離，即等于測(cè)角儀半徑。(2)光束中心和試樣表面形成的角度恰好等于衍射角2的一半。這就要求計(jì)數(shù)管窗口前的接收狹縫位于距試樣中心為測(cè)角儀半徑R的圓周上，要求計(jì)數(shù)管和試樣繞測(cè)角儀軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速率比值恰好是2:1。(X射線管不動(dòng)，樣品和探測(cè)器=1:2，θ-2θ)

測(cè)角儀是衍射儀的關(guān)鍵部件，它的調(diào)整與使用正確與否，將直接影響到探測(cè)到的衍射花樣的質(zhì)量。2、衍射儀光束的幾何光學(xué)為了滿足實(shí)際要求，測(cè)角儀采用了如圖的準(zhǔn)直光闌系統(tǒng)，系統(tǒng)中的狹縫有一定寬度，并決定整個(gè)測(cè)角儀的光束幾何光學(xué)。1.4X射線衍射儀

1.4.3測(cè)角儀(goniometer)發(fā)散狹縫(DS)的作用是增強(qiáng)衍射強(qiáng)度。防散射狹縫(SS)的作用是限制不必要的射線進(jìn)入射線管。接收狹縫(RS)的作用是限制衍射光束的水平發(fā)散度。索勒狹縫(S)的作用是限制入射光和衍射光的垂直發(fā)散度。1.4X射線衍射儀

1.4.3測(cè)角儀(goniometer)3、探測(cè)器的掃描方式連續(xù)掃描；步進(jìn)掃描；跳躍步進(jìn)掃描每個(gè)測(cè)角儀均設(shè)有若干檔掃描速度，可以正向或反向掃描。也稱階梯掃描，即以一定的步長(zhǎng)（角度間隔）對(duì)衍射峰強(qiáng)度進(jìn)行逐步測(cè)量。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，使得在有衍射峰分布區(qū)域范圍內(nèi)以較慢速度做步進(jìn)掃描，而在無(wú)衍射峰的背底作快速掃描。連續(xù)掃描連續(xù)掃描就是讓試樣和探測(cè)器以1：2的角速度作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中同時(shí)將探測(cè)器依次所接收到的各晶面衍