1、X射线衍射分析的应用,单一物相的鉴定或验证物相定性分析物相分析 混合物相的鉴定 （物相鉴定） 物相定量分析衍射花样的指数标定点阵常数（晶胞参数）测定晶体结构分析 晶体对称性（空间群）的测定等效点系的测定晶体定向非晶体结构分析晶粒度测定结晶度测定, 晶体密度测定取向度测定宏观应力分析,第一节 物相分析,物相分析是指确定物质（材料）由哪些相组成（即物相定性分析或称物相鉴定）和确定各组成相的含量（常以体积分数或质量分数表示，即物相定量分析）。,一、物相定性分析,1.基本原理 物质的X射线衍射花样特征是分析物质相组成的“指纹脚印”。 制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化，将待分析物质(样品)的衍
2、射花样与之对照，从而确定物质的组成相，这就是物相定性分析的基本原理与方法。,各种已知物相衍射花样的规范化工作于1938年由哈那瓦特(J. D. Hanawalt)开创。 他的主要工作是将物相的衍射花样特征(位置与强度)用d(晶面间距)和I(衍射线相对强度)数据组表达并制成相应的物相衍射数据卡片。 卡片最初由“美国材料试验学会(ASTM)”出版，故称ASTM卡片。 1969年成立了国际性组织“粉末衍射标准联合会(JCPDS)”，由它负责编辑出版“粉末衍射卡片”，称PDF卡片。 图7-l所示为氯化钠(NaCl)的PDF卡片。,2. PDF卡片,图7-l所示为氯化钠(NaCl)的PDF卡片,3. P
3、DF卡片索引,为方便、迅速查对PDF卡片，JCPDS编辑出版了多种PDF卡片检索手册： Hanawalt无机物检查手册 Hanawalt有机相检查手册 无机相字母索引 Fink无机索引 矿物检索手册等。 检索手册按检索方法可分为两类，一类以物质名称为索引(即字母索引)，另一类以d值数列为索引(即数值索引)。,（1）数值索引,以Hanawalt无机相数字索引为例。 其编排方法为：一个相一个条目，在索引中占一横行，其内容依次为按强度递减顺序排列的8条强线的晶面间距和相对强度值、化学式、卡片编号和参比强度值。条目示例如下： 芬克无机数值索引与哈那瓦特数值索引相类似，主要不同的是其以八强线条的d值循环
4、排列，每种相在索引中可出现8次。,（2）字母索引,以物相英文名称字母顺序排列。每种相一个条目，占一横行。 条目的内容顺序为：物相英文名称、三强线d值与相对强度、卡片编号和参比强度号。条目示例如下：,4.物相定性分析的基本步骤,（1）制备待分析物质样品； （2）用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样； （3）检索PDF卡片； （4）核对PDF卡片与物相判定。,5. 多相物质分析,多相物质相分析的方法是按上述基本步骤逐个确定其组成相。 多相物质的衍射花样是其各组成相衍射花样的简单叠加，这就带来了多相物质分析(与单相物质相比)的困难： 检索用的三强线不一定局于同一相，而且还可能发生一个相的某线条与另一相
5、的某线条重叠的现象。 因此，多相物质定性分析时，需要将衍射线条轮番搭配、反复尝试，比较复杂。,6.应注意的几个问题,（1）实验条件影响衍射花样 在查核强度数据时，要注意样品实验条件与PDF卡片实验条件之异同。 在定性分析过程中以d值为主要依据，而相对强度仅作为参考依据。 在核查d值时，还应考虑到低角度衍射线的分辨率较低，因而测量误差比高角度线条大的情况等。 （2）在分析工作中充分利用有关待分析物的化学、物理、力学性质及其加工等各方面的资料信息 （3）固溶体相的鉴定 （4）计算机自动检索,二、物相定量分析,1.基本原理 定量分析的任务是确定物质(样品)中各组成相的相对含量。 由于需要准确测定衍射
6、线强度，因而定量分析一般都采用衍射仪法。 设样品中任意一相为j，其某(HKL)衍射线强度为Ij，其体积分数为fj，样品(混合物)线吸收系数为；定量分析的基本依据是： Ij随fj的增加而增高；但由于样品对X射线的吸收，Ij亦不正比于fj，而是依赖于Ij与fj及之间的关系。,多相混合物样品，其可表示为式中，(m)jj相质量吸收系数；wjj相质量分数。 衍射仪法吸收因子为1/2，混合物样品中任一相j的强度(Ij)为 式中，Vjj相参与衍射(被照射)的体积，设样品参与衍射(被照射)的总体积V为单位体积，则Vj=Vfj=fj。,设 对于同一样品各相之Ij而言，B值相同 又设 对于给定之j相，Cj是只取决
7、于衍射线条指数(HKL)的量 则 （7-3）此式即为物相定量分析的基本依据。,设多相样品中任意两相为j1和j2，按式(7-3)，有（7-4）式(7-4)中，Ij1与Ij2由j1相与J2相的衍射线条强度测量可得，而Cj1与Cj2通过计算可求。 故按式(7-4)，可得Vj1/Vj2或fj1/fj2。以此为基础，若已知样品为两相混合物，即有fj1+fj2=1，则可分别求得fj1与fj2，此即为物相分析之直接对比法。 若在样品内加入一已知含量的物相(s，称内标物)，据待分折相(a)与s相之强度比Ia/Is亦可求得a相含量，此即为物相分析之内标法，内标法又分为内标曲线法、K值法与任意内标法等方法。,定量分析的方法,直接对比法 内标曲线法 内标曲线法 K值法(基体冲洗法) 任意内标法 外标法 无标样分析法,
