文档介绍：该【仪器分析实验 X射线衍射物相分析 】是由【青山代下】上传分享，文档一共【4】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【仪器分析实验 X射线衍射物相分析 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。仪器分析实验X射线衍射物相分析2015年3月24日X射线衍射物相分析开课实验室:环境资源楼105【实验目的】(1)了解Philips射线衍射仪的基本结构和工作原理;(2)基本掌握样品测试过程;(3)掌握利用衍射图进行物相分析的方法。【基本原理】?原理概述:晶体晶面间距约为10-10m量级,与X射线波长范围(-10埃)相符合,因此X射线在遇到晶体时,可能发生衍射现象,从而推测出其结构信息;?X射线与特征(或标识)X射线:X射线是一种波长很短的电磁波,穿透能力强;在用电子束轰击金属靶,如铜,产生的X射线中,包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的射线。对铜靶来说,其中包含、及三种特征射线;XKα1Kα2KβX?X射线衍射:将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时,X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射的X射线在某些方向上相位得到加强,从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。但并不是所有情况下X射线都发生衍射,其必须满足的条件是布拉格方程:2dsinθ=nλ即当λ确定且n=1(一次衍射)时,则只有当θ角满足:θ=arcsin!!时才可发生衍射。故根据布拉格方程,通过合理地转动样品、X光管和接收器,调整θ角,扫描一张谱图,则可以得到这一晶体样品的结构信息;?晶体X射线衍射图谱:由于每种晶体其X光衍射都有一组特定的d值,粉末线的分布是一定的;每种晶体内原子排列也是一定的,因此衍射线的相对强度也是一定的,每一个晶体都有一套特征的粉末衍射数据d-I值,并可把它作为定性鉴定物质和物相的依据。对晶体微观结构精细的形象变换,每种晶体结构与其X射线衍射图之间有着一一对应的关系,任何一种晶态物质都有自己独特的X射线衍射图,而且不会因为与其它物质混合在一起而发生变化,是X射线衍射法进行物相分析的依据。规模最庞大的多晶衍射数据库是由JCPDS编篡的《粉末衍射卡片集》(PDF)。?粉末衍射卡片索引:包括:粉末衍射卡片哈氏索引(Hanawalt),芬克索引(FinkIndex)和戴维字母索引(AlphabeticalIndex);1、哈氏数值索引:每一种的数据在索引中占一横行,依次有:八条强谱线晶面间距数值,化学式卡片顺序号,查阅时把晶体面间距按衍射峰强弱排列成d1,d2,d3----,找到d1再找d2值,一直顺序找到第八值,从而可查的对应八强线的卡片顺序号,但也可用前三强的d值,按下列排列方式查找:d1d2d3,d2d3d1,d3d1d2,在哈氏数值索引中出现三次;2、芬克索引:也属于数值索引,不过它是以每种物质的八条强线晶面间距d作为该物质特征,芬克索引的编制是按各种物质八条强线中第一个d值的递减次序划分成组。每一小组内再按第二个d值的递减次序排列。编制索引时,每钟物质的八条强线晶面间距循环排列即d1d2d3d4d5d6d7d8,d2d3d4d5d6d7d8d1等顺序出现八次;3、戴维无机字母索引:以英文名称的字母顺序排列的。依次有该物质的英文名称,化学式,三条强线晶面间距,卡片顺序号。根据英文名称便可应用戴维字母索引。?多相分析:本次试验测量为多相分析,多种物相分析较单物相分析复杂。因为这需要一个相一个相的鉴定。而且被测衍射花样的三强线不一定属于同一个相。要想找到某个相的三强线必须排列组合多次尝试。当检索出一个相后,要将除出已鉴定相之外的剩余衍射线的强度重新进行归一化处理,即在剩余衍射线中重新用其中的最强线峰高去除剩余衍射线的峰高强度,得到重新归一化的相对强度。然后在新的基础上,再作三强线1仪器分析实验X射线衍射物相分析2015年3月24日的尝试检索。直到检出全部的物相。在多相分析中,如果预测可能存在的相,可通过无机字母索引找出未知的相。【仪器与试剂】1、仪器:飞利浦XpertPro粉末X射线衍射仪;2、样品:未知试剂(白色不溶于水粉末装固体)。【实验步骤】1、粉末样品制备:(1)取玻璃样品样品槽,洗净擦干;(2)将被测样品在研钵中研磨(理论上研磨至200-300目的尺寸);(3)将粉末样品放入样品槽中,用另一个样品板轻压磨平,使样品压平且和样品板相平。2、样品扫描:(1)将样品槽放入XRD仪器中,样品处于光路上,小心关上仪器门;(2)设置仪器参数:实验中X光管的高压值设定为4kV,电流35mA;扫描的起始角为10°,终止角为80°(即2θ),扫描速度10°/min,用时约七分钟;(3)开始扫描:在newprogram中编好测试程序,?measure?program开始采集数据?在HighScore中处理谱图。3、数据处理:(1)先对各个峰位进行标定;(2)通过外标法,使用自带软件对K、、线进行分析并消除;bKa1Ka2(3)通过三强线法,根据粉末衍射卡片索引确定物相,确定晶格尺寸、应力与晶格参数等;(4)打印数据。【数据处理与实验结果分析】(具体见报告最后三页)1、通过衍射线的方向求出晶胞的形状与大小:多物相分析表明,未知物中含锐钛矿和金红石两种物相,其中:锐钛矿:四方晶系,a=b=,c=,α=β=γ=°,:四方晶系,a=b=,c=,α=β=γ=°,、由化学分析数据确定化学式,测定晶体密度,测定晶胞中容纳式量数:两种物相化学式均为TiO2,晶胞中容纳式量数未给出,按理论值:锐钛矿含四个式量数,密度为2×M(TiO2)/(N××103kg·m-3,AV)=,密度为2×M(TiO2)/(N××103kg·m-3;AV)=、由晶体的宏观对称性和衍射线的系统消光确定晶体所属的空间群:锐钛矿空间群:I41/amd;金红石空间群:P42/mnm4、根据空间群,衍射强度数据,结合晶胞中的原子种类和数目,确定原子的位置。2仪器分析实验X射线衍射物相分析2015年3月24日锐钛矿:(顶点为Ti,含四个式量数)金红石:(顶点为Ti,含两个式量数)原子坐标:Ti4+:(0,0,0)(1/2,1/2,1/2)O2-:(u,u,0)(1-u,1-u,0)(1/2+u,1/2-u,1/2)(1/2-u,1/2+u,1/2)【实验数据记录】1、记录仪器工作参数(等离子体控制中的各工作参数):~?,本实验中使用的为Cu靶;X光管的高压值为4kV,电流35mA;扫描的起始角为10°,终止角为80°(2θ);扫描速度10°/min(用时约七分钟)。2、实验结果分析图见后三页。【思考题】1、X射线在晶体中衍射的二要素是什么?答:衍射二要素为衍射方向和衍射强度。衍射方向可以获得晶胞大小和形状信息,衍射强度可以获得晶胞原子排列方式信息。2、晶面指数是否等于衍射指数,它们之间的关系是什么?答:晶面指数并不等于衍射指数,但二者满足如下的数量关系:nh*=h;nk*=k;nl*=l(其中h、k、l为晶面指数,h*、k*、l*为衍射指数,n为衍射级数)3、劳埃方程与布拉格方程解决什么问题?它们本质是否相同?答:这两个方程均可以用于借助X射线的衍射方向来解析晶胞结果。相较而言,Bragg方程在形式上比劳埃方程简单,直接联系了θ与d的关系,但二者的数学本质与物理背景是相同的,由劳埃方程可以推导出Bragg方程的形式。4、如何从一种晶体的多晶X射线衍射图上判别是立方还是四方?答:晶粒尺寸在100nm以下时,可以通过谢乐公式近似计算晶粒尺寸DC:kλDC=Bcosθ式中K为仪器常数,λ为X射线的波长,B为衍射峰的半高宽度,θ为衍射角。借助这一公式可以解3仪器分析实验X射线衍射物相分析2015年3月24日出晶胞的尺寸从而判断晶胞的结构是立方(a=b=c)还是四方(a=b≠c)。5、衍射线宽化是由那些因素引起的?答:主要因素有:(1)样品粉末的尺寸、颗粒细化程度;颗粒尺寸越小,宽化越严重;(2)存在晶格畸变、点阵缺陷、晶体结构对称性下降;(3)仪器自身原因:仪器产生的X射线并不是一个值,而是有一定的范围,即造成宽化。【讨论与体会】X衍射实验是化学与材料学科制备表征物相的基本表征手段之一,。实验原理较简单,操作也较轻松,通过X射线衍射花样定性、定量分析多种物相,并确定晶格尺寸、应力与晶格参数。下面是本实验的一些经验教训与体会:(1)测试前的粉末一定要研磨至肉眼极细小。因为任何一种粉末衍射技术都要求样品是十分细小的粉末颗粒,使试样在受光照的体积中有足够多数目的晶粒,这样才能保证获得正确的粉末衍射图谱数据的条件:即试样受光照体积中晶粒的取向是完全随机的;(2)粉末衍射仪要求样品试片的表面是十分平整的平面,故需要另一个玻片的毛面进行轻压;(3)仪器在正常工作状态切不可打开仪器门,要轻推轻关;本实验在研磨样品和平整上样的过程中,锻炼了我们认真耐心、一丝不苟的态度;在处理数据和作图的过程中,提高了我们处理数据和定性分析的能力。*附:可能的误差讨论:分析实验过程,在如下几个方面可能产生实验误差:(1)粉末研磨的可能不够均匀,使部分晶粒的晶面数不够多,可能造成一些峰与标准卡片峰的强度有差别;同时,在上样时可能不够均匀、平整,造成d值有微小偏移。这两者是影响最大的误差(2)试剂本身的误差:由于未知样品长时间暴露在空气中,可能会受潮吸水、分解等,造成一定误差,不过根据物相分析,影响基本可以忽略;(3)粉末衍射仪本身的误差:由于仪器精度的影响,X射线的波长有一定范围,会使得衍射峰宽化(另外样品本身尺寸过小、晶格畸变也有可能导致宽化;另外文献表明,粉末法的灵敏度在5%左右。(4)自带软件处理的误差:使用了外标法,减小了误差,基本可以忽略4