材料分析技術(shù)總結(jié)

1、明場像：用另外的裝置來移動物鏡光闌，使得只有未散射的透射電子束通過它，其他衍射的電子束被光闌擋掉，由此所得到的圖像被稱為明場像（BF）。暗場像：只有衍射電子束通過物鏡光闌，透射電子束被光闌擋掉，稱由此所得到的圖像為暗場像（DF）。散射電子成像，像有畸變：分辨率低通過調(diào)節(jié)中間鏡的電流就可以得到不同放大倍數(shù)的明場像和暗場像。中心暗場像：使入射電子束偏轉(zhuǎn)2，使得衍射束平行于物鏡光軸通過物鏡光闌。這種方法稱為中心暗場成像。射電子束對試樣傾斜照明，得到的暗場像。像不畸變：分辨率高八強線：三強線：第一強鋒,第二強峰及第三強峰的峰強：峰位：半峰寬等參數(shù)點陣消光：由于晶胞中點陣位置而導致的F2=0的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)

2、消光：在點陣消光的基礎上，因結(jié)構(gòu)基元內(nèi)原子位置不同而進一步產(chǎn)生的附加消光現(xiàn)象，稱為結(jié)構(gòu)消光。系統(tǒng)消光：晶體衍射實驗數(shù)據(jù)中出現(xiàn)某類衍射系統(tǒng)消失的現(xiàn)象。吸收限：X射線照射固體物質(zhì)產(chǎn)生光子效應時能量閥值對應的波長稱為物質(zhì)的吸收限。短波限：極限情況下，能量為eV的電子在碰撞中一下子把能量全部轉(zhuǎn)給光子，那么該光子獲得最高能量和具有最短波長。熒光X射線：當入射的X射線光量子的能量足夠大將原子內(nèi)層電子擊出，外層電子向內(nèi)層躍遷，輻射出波長嚴格一定的X射線。特征X射線：處于激發(fā)狀態(tài)的原子有自發(fā)回到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，此時外層電子將填充內(nèi)層空位，相應伴隨著 原子能量的降低。原子從高能態(tài)變成低能態(tài)時，多出的能量以X射線

3、形式輻射出來。二次電子：當入射電子與原子核外電子發(fā)生交互作用時，會使原子失掉電子而變成離子，這個脫離原子的電子稱為二次電子。背散射電子：入射電子與固體作用后又離開固體的總電子流。俄歇電子：由于原子中的電子被激發(fā)而產(chǎn)生的次級電子，在原子殼層中產(chǎn)生電子空穴后，處于高能級的電子可以躍遷到這一層，同時釋放能量。當釋放的能量傳遞到另一層的一個電子，這個電子就可以脫離原子發(fā)射，被稱為俄歇電子。襯度光闌：襯度光闌又稱為物鏡光闌，通常它被放在物鏡的后焦面上。散射角或衍射角較大的電子被光闌擋住，不能繼續(xù)進入鏡筒成像，從而就會在像平面上形成具有一定襯度的圖像。選區(qū)光闌：為了分析樣品上的一個微小區(qū)域，應該在樣品上放

4、一個光闌，使電子束只能通過光闌限定的微區(qū)。選區(qū)電子衍射：由選區(qū)形貌觀察與電子衍射結(jié)構(gòu)分析的微區(qū)對應性，實現(xiàn)晶體樣品的形貌特征與晶體學性質(zhì)的原位分析。質(zhì)厚襯度效應：由于樣品不同微區(qū)間存在質(zhì)量或厚度的差異而引起的相應區(qū)域透射電子強度的改變，從而在圖像上形成亮暗不同的區(qū)域。衍襯像：反應式樣內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和完整性，起源于衍射光束。屏蔽效應：核周圍的電子對抗外加磁場強度所起的作用。自旋耦合：由于鄰近不等性質(zhì)子互旋的相互作用而分裂成幾重峰的現(xiàn)象。自旋分裂：由自旋偶合引起的共振峰分裂化學位移：在有機物中，各種氫核周圍的電子云密度不同共振頻率有差異，即引起的共振吸收峰位移 。差熱分析(DTA)：在程序控制溫度條件

5、下，測量樣品與參比物之間的溫度差與溫度（或時間）關(guān)系的一種熱分析方法。差示掃描量熱法(DSC)：在程序控制溫度條件下，測量輸入給樣品與參比物的功率差與溫度（或時間）關(guān)系的一種熱分析方法。熱重法(TG)：在程序控制溫度條件下，測量獲得物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。DTG（微商曲線）：指對溫度或時間的微分而得到的一階微商曲線，表示質(zhì)量隨時間的變化率（失重速率）與溫度（或時間）的關(guān)系。外推始點（Te）：曲線陡峭部分切線和基線延長線這兩條線的交點紅外非活性振動：在振動過程中，分子電偶極距不發(fā)生改變，不能吸收紅外光子的能量，不產(chǎn)生紅外吸收譜帶。紅外活性振動：在振動過程中，分子電偶極距發(fā)生改變，才能吸收

6、紅外光子的能量，不產(chǎn)生紅外吸收譜帶。特征峰：同一類的基因都有其特定的紅外吸收，它產(chǎn)生吸收峰的位置就稱特征峰。基因頻率：也稱特征吸收頻率，對應吸收峰為特征吸收峰。指紋區(qū)：在紅外光譜中1300600cm-10的低頻率區(qū)官能團區(qū)：在紅外光譜中40001300cm-10的伸縮振動區(qū)分配系數(shù)：在一定溫度下，組分在兩相間分配達到平衡時的濃度比。分子離子：分子在離子源中失去一個電子形成的離子碎片離子：分子獲得能量后，分子中的某化學鍵斷裂而產(chǎn)生同位素離子：含有同位素的離子亞穩(wěn)離子：在離子源生產(chǎn)的離子，如果在飛行中發(fā)生裂解，生成子離子和中性碎片，則把這種在飛行中發(fā)生裂解的母離子稱為亞穩(wěn)態(tài)離子。1、布拉格方程的推

7、導 含義：線照射晶體時，只有相鄰面網(wǎng)之間散射的X射線光程差為波長的整數(shù)倍時，才能產(chǎn)生干涉加強，形成衍射線，反之不能形成衍射線。討論1.當一定，d相同的晶面，必然在相同的情況下才能獲得反射。2.當一定，d減小，就要增大，這說明間距小的晶面，其掠過角必須是較大的，否則它們的反射線無法加強，在考察多晶體衍射時，這點由為重要。3.在任何可觀測的衍射角下，產(chǎn)生衍射的條件為：，但波長過短導致衍射角過小，使衍射現(xiàn)象難以觀測，常用X射線的波長范圍是0.250.05nm。4.波長一定時，只有的晶面才能發(fā)生衍射衍射的極限條件。2、簡述影響X射線衍射強度的因素答：影響X射線衍射方向和強度的因素主要有：入射X射線的波

8、長和強度I、產(chǎn)生衍射的晶面的晶面間距d、樣品的成分和結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生衍射的晶面的多重性、衍射時的溫度、樣品對入X射線的吸收性質(zhì)、實驗條件等。吸收限的應用：（1）濾波片的選擇： Z靶40時，Z濾Z靶-1；Z靶40時，Z濾Z靶-2。獲得單色光的方法之一是在X射線出射的路徑上放置一定厚度的濾波片，可以簡便地將K和連續(xù)譜衰減到可以忽略的程度，只剩下K輻射。（2）陽極靶材料的選擇：Z靶Z樣+1。）3、X射線衍射的必要條件“選擇反射”+布拉格方程。1.布拉格方程由原子面反射方向上散射線的干涉加強條件導出，而當晶體無限大時，非反射方向上散射的干涉加強作用可忽略不計，故“選擇反射”是衍射產(chǎn)生的必要條件。2.“選擇反

9、射”作為衍射的必要條件，意味著即使?jié)M足“選擇反射”條件的方向上也不一定有反射線。4、物相的定性分析基本原理（1）在一定波長的X射線照射下，每種晶體物質(zhì)都給出自己特有的衍射花樣（衍射線的位置和強度）。每種物質(zhì)和它的衍射花樣都是一一對應的。（2）在定性相分析時，通常用d（晶面間距d表征衍射線位置）和I（衍射線相對強度）的數(shù)據(jù)組代表衍射花樣。也就是說，用d-I數(shù)據(jù)組作為定性相分析的基本判據(jù)。（3）定性相分析的方法，是將由試樣測得的d-I數(shù)據(jù)組（即衍射花樣）與已知結(jié)構(gòu)物質(zhì)的標準d-I數(shù)據(jù)組（即標準衍射花樣）進行對比，從而鑒定出試樣中存在的物相n=2sin當用波長已知的X射線對晶體進行衍射時，只要測出衍

10、射線加強所對應的衍射角，就可以從方程計算出晶面間距，不同間距的晶面所產(chǎn)生的衍射角是不同的，把一種晶體的所有晶面衍射都測量一遍，就可以得到各個晶面間距。物相的定性分析基本步驟（1）制備待分析物質(zhì)樣品，用衍射儀法或照相法獲得樣品衍射花樣；（2）確定各衍射線條眾值及相對強度II1值(I1為最強線強度)；（3）檢索PDF卡片物相均為未知時，使用數(shù)值索引；（4）核對PDP卡片與物相判定；（5）多相物質(zhì)分析。5、二次電子像的襯度和背射電子像的襯度各有啥特點二次：特別適用于顯示形貌襯度。一般來說，凸出的尖棱、小粒子、較陡斜面二次電子產(chǎn)額多，圖像亮； 平面上二次電子產(chǎn)額小，圖像暗；凹面圖像暗。（二次電子像形貌

11、襯度的分辨率比較高且不易形成陰影）二次電子發(fā)射系數(shù)與入射電子和樣品表面法線夾角的關(guān)系可用=/cos表示，可見樣品的棱角、尖峰等處會產(chǎn)生較多的二次電子，二次電子產(chǎn)生的數(shù)量依賴于入射電子束與樣品表面法線的夾角（入射角），而樣品表面形態(tài)的變化則會引起入射角的改變，因此，二次電子的產(chǎn)額是樣品表面特征的函數(shù)背散射電子：無法收集到背散射電子而成一片陰影，圖像襯度大，會掩蓋許多細節(jié)。6、透射電鏡的結(jié)構(gòu)：（1）電子光學部分1）照明系統(tǒng)電子槍陰極、陽極、柵極（控制極）（作用：會聚電子束；控制電子束電流大 小，調(diào)節(jié)像的亮度）聚光鏡第一聚光鏡（短焦距強激磁透鏡）第二聚光鏡（長焦距磁透鏡）2）樣品室3）成像系統(tǒng)：由物

12、鏡、中間鏡和投影鏡組成。4）圖像觀察和記錄系統(tǒng)（2）真空系統(tǒng)（3）供電控制系統(tǒng)放大倍數(shù)M總=M物M中M投。M物、M中、M投分別是物鏡、中間鏡、投影鏡的放大倍數(shù)7、透射電鏡成像原理分為兩個過程：第一個過程是平行電子束遭到物的散射作用而分裂成為各級衍射譜，即由物變換到衍射的過程；第二個過程是各級衍射譜經(jīng)過干涉重新在像平面上會聚成諸像點，即由衍射重新變換到物（像是放大了的物）的過程。物鏡產(chǎn)生的一次放大像還要經(jīng)過中間鏡和投影鏡的放大作用而得到最終的三次放大像。兩個基本操作：中間鏡的物平面與物鏡的像平面重合，中間鏡的物平面與物鏡的背焦面重合。1.聚光鏡光闌四個一組的光闌孔被安裝在一個光闌桿的支架上，使用

13、時，通過光闌桿的分檔機構(gòu)按需要依次插入，使光闌孔中心位于電子束的軸線上（光闌中心和主焦點重合）。聚光鏡光闌的作用是限制照明孔徑角。在雙聚光鏡系統(tǒng)中，安裝在第二聚光鏡下方的焦點位置。光闌孔的直徑為20400m，作一般分析觀察時，聚光鏡的光闌孔徑可用200300m，若作微束分析時，則應采用小孔徑光闌2.物鏡光闌物鏡光闌又稱為襯度光闌，通常它被放在物鏡的后焦面上。電子束通過薄膜樣品后產(chǎn)生散射和衍射。散射角(或衍射角)較大的電子被光闌擋住，不能繼續(xù)進入鏡筒成像，從而就會在像平面上形成具有一定襯度的圖像。光闌孔越小，被擋去的電子越多，圖像的襯度就越大，這就是物鏡光闌又叫做襯度光闌的原因。作用加入物鏡光闌

14、使物鏡孔徑角減小，能減小像差，得到質(zhì)量較高的顯微圖像。物鏡光闌的另一個主要作用是在后焦面上套取衍射束的斑點（即副焦點）成像，這就是所謂暗場像。利用明暗場顯微照片的對照分析，可以方便地進行物相鑒定和缺陷分析。3.選區(qū)光闌選區(qū)光闌又稱場限光闌或視場光闌。為了分析樣品上的一個微小區(qū)域，應該在樣品上放一個光闌，使電子束只能通過光闌限定的微區(qū)。對這個微區(qū)進行衍射分析叫做選區(qū)衍射。由于樣品上待分析的微區(qū)很小，一般是微米數(shù)量級。制作這樣大小的光闌孔在技術(shù)上還有一定的困難，加之小光闌孔極易污染，因此，選區(qū)光闌都放在物鏡的像平面位置。這樣布置達到的效果與光闌放在樣品平面處是完全一樣的。但光闌孔的直徑就可以做的比

15、較大。如果物鏡的放大倍數(shù)是50倍，則一個直徑等于50m的光闌就可以選擇樣品上直徑為1m的區(qū)域。 8、掃描電鏡的組成(1)電子光學系統(tǒng)（鏡筒）；(2)掃描系統(tǒng)；(3)信號收集系統(tǒng)和顯示記錄系統(tǒng)；1）二次電子和背散射電子收集器2）顯示系統(tǒng)3）吸收電子檢測器4）X射線檢測器(5)真空系統(tǒng)；(6)電源系統(tǒng)。放大倍數(shù)：在顯像管中電子束在熒光屏上最大掃描距離和在鏡筒中電子束針在式樣上最大掃描距離的比值M=l/L，l為熒光屏長度，L為電子術(shù)在式樣上掃過的長度。表面形貌襯度：利用與樣品表面形貌比較敏感的物理信號作為顯像管的調(diào)制信號，所得到的像襯度稱為表面形貌襯度。9、明場像和暗場像如何區(qū)分？兩者各依賴那種成像

16、理論？明場像（BF）：選用直射電子形成的像（透射束），像清晰。透射束成像暗場像（DF）：選用散射電子形成的像（衍射束），像有畸變、分辨率低。衍射束成像依賴衍射成像理論。1、產(chǎn)生核磁共振的條件是什么？若外界提供一個電磁波，波的頻率適當，能量恰好等于核的能量之差DE，核進動頻率與振蕩器所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場頻率相等，則原子核與電磁波發(fā)生共振，那么此原子核就可以從低能級躍遷到高能級，產(chǎn)生核磁共振吸收。2、怎樣判斷是磁性原子核？當原子的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)有一個是奇數(shù)時，原子核就和電子一樣有自旋運動,即磁性原子核。3、裂分峰數(shù)怎么計算？多重峰分裂強度有什么樣的規(guī)律？從峰分裂數(shù)中可以獲取什么信息？1裂分峰數(shù)用n

17、+ 1規(guī)則來計算（n鄰近等性質(zhì)子個數(shù)；n + 1裂分峰數(shù)）。2多重峰的相對強度為二項展開式（a+b）n的系數(shù)， n為等價核的個數(shù)。可以得到：相鄰碳原子上質(zhì)子數(shù)。3相鄰碳原子上的質(zhì)子數(shù)。4、影響化學位移的因素有哪些？怎么樣進行影響的？屏蔽效應和化學位移之間的關(guān)系是怎樣的？1電負性。與質(zhì)子相連元素的電負性越強，吸電子作用越強，價電子偏離質(zhì)子，屏蔽作用減弱，信號峰在低場出現(xiàn)。2 各向異性。各向異性效應是通過空間而起作用的?；瘜W位移小，屏蔽強，共振需要的磁場強度大，在高場出現(xiàn)?；瘜W位移大，屏蔽弱，共振需要的磁場強度小，在低場出現(xiàn)。5、為什么用 TMS 作為核磁共振的基準？（1）12個氫處于完全相同的化

18、學環(huán)境，只產(chǎn)生一個尖峰；（2）屏蔽強烈，位移最大。與有機化合物中的質(zhì)子峰不重迭；（3）化學惰性；易溶于有機溶劑；沸點低，易回收6、1HNMR譜圖能提供哪些化合物的結(jié)構(gòu)信息？1.峰的數(shù)目：標志分子中磁不等性質(zhì)的種類，多少種。2.峰的強度：每類質(zhì)子的數(shù)目，多少個。3.峰的位移：每類質(zhì)子所處的化學環(huán)境，化合物中位置。4.峰的分裂數(shù)：相鄰碳原子上質(zhì)子數(shù)；5.偶合常數(shù)：確定化合物構(gòu)型7、影響 DTA 曲線的儀器、試樣、實驗條件因素有哪些，怎樣進行影響的？1）影響 DTA 曲線的儀器因素：1.爐子尺寸均溫區(qū)與溫度梯度的控制，爐膛直徑越小、長度越長、均溫區(qū)越大、差熱基線直、檢測性能穩(wěn)定2.坩堝大小和形狀，熱

19、傳導性控制3.差熱電偶性能，材質(zhì)、尺寸、形狀、靈敏度選擇4.熱電偶與試樣相對位置，熱電偶熱端應置于試樣中心2）影響 DTA 曲線的試樣因素：1.熱容量和熱導率的變化應選擇熱容量及熱導率和試樣相近的作為參比物2.試樣的顆粒度，試樣顆粒越大，峰形趨于扁而寬。反之，顆粒越小，熱效應溫度偏低，峰形變小。顆粒度要求：100目-300目（0.04-0.15mm）3.試樣的結(jié)晶度、純度和離子取代，結(jié)晶度好，峰形尖銳；結(jié)晶度不好，則峰面積要小。純度、離子取代同樣會影響DTA曲線。4.試樣的用量，試樣用量多，熱效應大，峰頂溫度滯后，容易掩蓋鄰近小峰谷。以少為原則。硅酸鹽試樣用量：0.20.3克5.試樣的裝填，裝

20、填要求：薄而均勻，試樣和參比物的裝填情況一致6.熱中性體（參比物），整個測溫范圍無熱反應，比熱與導熱性與試樣相近，粒度與試樣相近（100300目篩），常用的參比物：Al2O3 （經(jīng)1270K，煅燒的高純氧化鋁粉， Al2O3晶型）3）影響DTA曲線的實驗條件因素:1.加熱速度，加熱速度快，峰尖而窄，形狀拉長，甚至相鄰峰重疊。加熱速度慢，峰寬而矮，形狀扁平，熱效應起始溫度超前。2.壓力和氣氛，對體積變化大試樣，外界壓力增大，熱反應溫度向高溫方向移動。氣氛會影響差熱曲線形態(tài)。8、影響 TG 曲線的儀器、試樣、實驗條件因素有哪些，怎樣進行影響的？（1）浮力及對流的影響，浮力和對流引起熱重曲線的基線漂

21、移，浮力影響：573K時浮力約為常溫的1/2，1173K時為1/4左右。熱天平內(nèi)外溫差造成的對流會影響稱量的精確度（2）揮發(fā)物冷凝的影響，解決方案：熱屏板（3）溫度測量的影響，解決方案：利用具特征分解溫度的高純化合物或具特征居里點溫度的強磁性材料進行溫度標定。（4）升溫速率，升溫速率越大，熱滯后越嚴重，易導致起始溫度和終止溫度偏高，甚至不利于中間產(chǎn)物的測出。（5）氣氛控制與反應類型、分解產(chǎn)物的性質(zhì)和所通氣體的種類有關(guān)。（7）坩堝形狀（8）試樣因素試樣用量、粒度、熱性質(zhì)及裝填方式等。用量大，因吸、放熱引起的溫度偏差大，且不利于熱擴散和熱傳遞。粒度細，反應速率快，反應起始和終止溫度降低，反應區(qū)間變

22、窄。粒度粗則反應較慢，反應滯后。裝填緊密，試樣顆粒間接觸好，利于熱傳導，但不利于擴散9 、DTA （差熱分析）和DSC （示差掃描量熱法）的異同點？用示差掃描量熱法可以直接測量熱量，這是與差熱分析的一個重要區(qū)別。DTA:定性分析、測溫范圍大， 1650，最高可達2400 ；DTA在試樣發(fā)生熱效應時，試樣的實際溫度已不是程序升溫時所控制的溫度。DSC:定量分析、測溫范圍800以下；DSC由于試樣的熱量變化隨時可得到補償，試樣與參數(shù)與參比物的溫度始終相等，無溫差，無熱傳遞，檢測信號大，靈敏度和精度大有提高，分辨率高。重現(xiàn)性好。DTA和DSC的共同特點是峰的位置、形狀和峰的數(shù)目與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，故可

23、以定性地用來鑒定物質(zhì)；峰面積的大小與反應熱焓有關(guān)，即H=KS。對DTA曲線，K是與溫度、儀器和操作條件有關(guān)的比例常數(shù)。而對DSC曲線，K是與溫度無關(guān)的 比例常數(shù)。這說明在定量分析中DSC優(yōu)于DTA。10、常見熱效應是怎樣進行判斷的？1.吸熱效應+失重，可能為脫水或分解過程。2.放熱效應+增重，可能為氧化過程。3.吸熱，無重量變化，有體積變化時，可能為晶型轉(zhuǎn)變。11、紅外吸收光譜的產(chǎn)生條件？1.輻射光子具有的能量與發(fā)生振動躍遷所需的躍遷能量相等。2.輻射與物質(zhì)之間有耦合作用，分子振動必須伴隨偶極矩的變化。單原子和同核分子不能發(fā)生紅外吸收：NE、HE、H2、O2。12、分子的振動形式有哪幾種？1.

24、伸縮振動 -對稱伸縮振動s-不對稱伸縮振動as2.彎曲振動 -面內(nèi)彎曲振動（剪式振動s面內(nèi)搖擺）-面外彎曲振動（面外搖擺扭曲振動）13、振動自由度的概念，所能表達的意義是怎樣的？分子的簡正振動數(shù)目稱為振動自由度。非線性分子的振動自由度=3N-6、線性分子的振動自由度=3N-514、歸納一下不同有機化合物種類的特征峰信息？影響特征吸收峰的因素有哪些？1.化學鍵的強度：誘導效應，共軛效應2.組成化學鍵的原子質(zhì)量15、如何辯認分子離子峰?1)原則上除同位素峰外，分子離子峰是最高質(zhì)量的峰。2)分子離子峰應符合“氮律”。在C、H、O組成的化合物中，分子離子峰的質(zhì)量數(shù)一定是偶數(shù)；在含C、H、O、N化合物中

25、，含0個或偶數(shù)個N的分子量為偶數(shù)，含奇數(shù)個N的分子量為奇數(shù)3）分子離子峰與鄰近峰的質(zhì)量差是否合理。有機分子失去碎片大小是有規(guī)律的：如失去H、CH3、H2O、C2H5.,因而質(zhì)譜圖中可看到M-1，M-15，M-18，M-28等峰。16、質(zhì)譜分析的基本過程？1.首先確認分子峰，確認分子量。2.用同位素峰強比法或精密質(zhì)量法確定分子式3.計算不飽和度。4.解析某些主要質(zhì)譜峰的歸屬及峰間關(guān)系5.推定結(jié)構(gòu)6.驗證：查對標準光譜驗證或參考其他光譜及物理常數(shù)17、同位素峰和分子離子峰的強度比的關(guān)系？由于各種元素的同位素在自然界中的豐度是一定的，因此同位素與分子離子峰的比值是一個常數(shù)。18、色譜的分類、定義、實質(zhì)是什么？a. 分類：1按兩相分子的聚集狀態(tài)分：液相色譜氣相色譜2.按固定相的固定方式分：平面色譜（薄層色譜,高分子薄膜色譜）；柱色譜（紙色譜,填充柱色譜,毛細管柱色譜）b. 定義：利用物質(zhì)的物