1、研究固体样品表面性质和组织结构的宏观设计方案1、固体样品表面性质分析1仪器扫描电镜：全称是扫描电子显微镜，简写为 SEM。1.1.工作原理扫描电子显微镜主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。用扫描电镜可以观察样品的指标有：微观形态形貌; 微区物理、化学成分分析;微区生物学分析等。1.2.机构组成扫描电子显微镜由三大部分组成：真空系统，电子束系统以及成像系统。1.2.1.真空系统
2、真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。真空柱是一个密封的柱形容器。真空泵用来在真空柱内产生真空。成像系统和电子束系统均内置在真空柱中。真空柱底端用于放置样品。之所以要用真空，主要基于以下两点原因：（1）电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用 SEM 时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱。（2）为了增大电子的平均自由程，从而使得用于成像的电子更多。1.2.2.电子束系统电子束系统由电子枪和电磁透镜两部分组成，主要用于产生一束能量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成像。而电子枪用于产生电子，主要有两大类，共三种。一类是利用场致发射效应产生电子，
3、称为场致发射电子枪。另一类则是利用热发射效应产生电子，有钨枪和六硼化镧枪两种。1.3.基本参数1.3.1.放大率与普通光学显微镜不同，在 SEM 中，是通过控制扫描区域的大小来控制放大率的。如果需要更高的放大率，只需要扫描更小的一块面积就可以了。放大率由屏幕/照片面积除以扫描面积得到。所以，SEM 中，透镜与放大率无关。1.3.2.场深在 SEM 中，位于焦平面上下的一小层区域内的样品点都可以得到良好的会焦而成象。这一小层的厚度称为场深，通常为几纳米厚，所以，SEM 可以用于纳米级样品的三维成像。1.3.3.工作距离工作距离指从物镜到样品最高点的垂直距离。如果增加工作距离，可以在其他条件不变的
4、情况下获得更大的场深。如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况下获得更高的分辨率。通常使用的工作距离在5毫米到10毫米之间。1.3.4.成象次级电子和背散射电子可以用于成象，但后者不如前者，所以通常使用次级电子。2.表面分析由于电子束只能穿透样品表面很浅的一层（参见作用体积） ，所以只能用于表面分析。表面分析所用到的探测器有两种：能谱分析仪与波谱分析仪。前者速度快但精度不高，后者非常精确，可以检测到“痕迹元素”的存在但耗时太长。3.SEM 应用3.1.生物：种子、花粉、细菌等。3.2.医学：血球、病毒等。3.3.动物：大肠、绒毛、细胞、纤维等。3.4.材料：陶瓷、高分子、粉末、环氧树脂等。
5、3.5.化学、物理、地质、冶金、矿物、污泥（杆菌） 、机械、电机及导电性样品，如半导体(IC、线宽量测、断面、结构观察）电子材料等。4.扫描电子显微镜在新型陶瓷材料显微分析中的应用4.1.显微结构的分析在陶瓷的制备过程中，原始材料及其制品的显微形貌、孔隙大小、晶界和团聚程度等将决定其最后的性能。扫描电子显微镜可以清楚地反映和记录这些微观特征，是观察分析样品微观结构方便、易行的有效方法，样品无需制备，只需直接放入样品室内即可放大观察；同时扫描电子显微镜可以实现试样从低倍到高倍的定位分析，在样品室中的试样不仅可以沿三维空间移动，还能够根据观察需要进行空间转动，以利于使用者对感兴趣的部位进行连续、系
6、统的观察分析。扫描电子显微镜拍出的图像真实、清晰，并富有立体感，在新型陶瓷材料的三维显微组织形态的观察研究方面获得了广泛地应用。由于扫描电子显微镜可用多种物理信号对样品进行综合分析，并具有可以直接观察较大试样、放大倍数范围宽和景深大等特点，当陶瓷材料处于不同的外部条件和化学环境时，扫描电子显微镜在其微观结构分析研究方面同样显示出极大的优势。主要表现为：力学加载下的微观动态 （裂纹扩展）研究 ; 加热条件下的晶体合成、气化、聚合反应等研究 ; 晶体生长机理、生长台阶、缺陷与位错的研究； 成分的非均匀性、壳芯结构、包裹结构的研究； 晶粒相成分在化学环境下差异性的研究等五个方面。4.2. 观察纳米材
7、料所谓纳米材料就是指组成材料的颗粒或微晶尺寸在0.1-100nm 范围内，在保持表面洁净的条件下加压成型而得到的固体材料。纳米材料具有许多与晶体、非晶态不同的、独特的物理化学性质。纳米材料有着广阔的发展前景，将成为未来材料研究的重点方向。扫描电镜的一个重要特点就是具有很高的分辨率。现已广泛用于观察纳米材料。4.3.进口材料断口的分析扫描电镜的另一个重要特点是景深大，图象富立体感。扫描电镜的焦深比透射电子显微镜大10倍，比光学显微镜大几百倍。由于图象景深大，故所得扫描电子象富有立体感，具有三维形态，能够提供比其他显微镜多得多的信息，这个特点对使用者很有价值。扫描电镜所显示的断口形貌从深层次，高景
8、深的角度呈现材料断裂的本质，在教学、科研和生产中，有不可替代的作用，在材料断裂原因的分析、事故原因的分析以及工艺合理性的判定等方面是一个强有力的手段。4.4.直接观察大试样的原始表面它能够直接观察直径100mm，高50mm，或更大尺寸的试样，对试样的形状没有任何限制，粗糙表面也能观察，这便免除了制备样品的麻烦，而且能真实观察试样本身物质成分不同的衬度（背反射电子象） 。4.5.观察厚试样其在观察厚试样时，能得到高的分辨率和最真实的形貌。扫描电子显微的分辨率介于光学显微镜和透射电子显微镜之间，但在对厚块试样的观察进行比较时，因为在透射电子显微镜中还要采用复膜方法，而复膜的分辨率通常只能达到10n
9、m，且观察的不是试样本身。因此，用扫描电镜观察厚块试样更有利，更能得到真实的试样表面资料。4.6.观察试样的各个区域的细节试样在样品室中可动的范围非常大，其他方式显微镜的工作距离通常只有2-3cm，故实际上只许可试样在两度空间内运动，但在扫描电镜中则不同。由于工作距离大（可大于20mm） 。焦深大（比透射电子显微镜大10倍） 。样品室的空间也大。因此，可以让试样在三度空间内有6个自由度运动（即三度空间平移、三度空间旋转） 。且可动范围大，这对观察不规则形状试样的各个区域带来极大的方便。4.7.在大视场、低放大倍数下观察样品用扫描电镜观察试样的视场大。在扫描电镜中，能同时观察试样的视场范围 F
10、由下式来确定：F=L/M 式中 F视场范围；M 观察时的放大倍数；L显象管的荧光屏尺寸。若扫描电镜采用30cm（12英寸）的显象管，放大倍数15倍时，其视场范围可达20mm，大视场、低倍数观察样品的形貌对有些领域是很必要的。扫描电镜的放大倍数范围很宽（从5到20万倍连续可调） ，且一次聚焦好后即可从高倍到低倍、从低倍到高倍连续观察，不用重新聚焦。4.8.观察生物试样因电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小。同其他方式的电子显微镜比较，因为观察时所用的电子探针电流小（一般约为10 -10 -10-12A）电子探针的束斑尺寸小（通常是5nm 到几十纳米） ，电子探针的能量也比较小（加速电压可以小到
11、2kV） 。而且不是固定一点照射试样，而是以光栅状扫描方式照射试样。因此，由于电子照射面发生试样的损伤和污染程度很小，这一点对观察一些生物试样特别重要。4.9.进行动态观察在扫描电镜中，成象的信息主要是电子信息，根据近代的电子工业技术水平，即使高速变化的电子信息，也能毫不困难的及时接收、处理和储存，故可进行一些动态过程的观察，如果在样品室内装有加热、冷却、弯曲、拉伸和离子刻蚀等附件，则可以通过电视装置，观察相变、断烈等动态的变化过程。4.10.从试样表面形貌获得多方面资料在扫描电镜中，不仅可以利用入射电子和试样相互作用产生各种信息来成象，而且可以通过信号处理方法，获得多种图象的特殊显示方法，还
12、可以从试样的表面形貌获得多方面资料。因为扫描电子象不是同时记录的，它是分解为近百万个逐次依此记录构成的。因而使得扫描电镜除了观察表面形貌外还能进行成分和元素的分析，以及通过电子通道花样进行结晶学分析，选区尺寸可以从10m 到3m。 4.11. 铁电畴的观测压电陶瓷由于具有较大的力电功能转换率及良好的性能可调控性等特点在多层陶瓷驱动器、微位移器、换能器以及机敏材料与器件等领域获得了广泛的应用。随着现代技术的发展，铁电和压电陶瓷材料与器件正向小型化、集成化、多功能化、智能化、高性能和复合结构发展，并在新型陶瓷材料的开发和研究中发挥重要作用。铁电畴 （简称电畴）是其物理基础，电畴的结构及畴变规律直接
13、决定了铁电体物理性质和应用方向。电子显微术是观测电畴的主要方法，其优点在于分辨率高，可直接观察电畴和畴壁的显微结构及相变的动态原位观察 （电畴壁的迁移） 。扫描电子显微镜观测电畴是通过对样品表面预先进行化学腐蚀来实现的，由于不同极性的畴被腐蚀的程度不一样，利用腐蚀剂可在铁电体表面形成凹凸不平的区域从而可在显微镜中进行观察。因此，可以将样品表面预先进行化学腐蚀后，利用扫描电子显微镜图像中的黑白衬度来判断不同取向的电畴结构。对不同的铁电晶体选择合适的腐蚀剂种类、浓度、腐蚀时间和温度都能显示良好的畴图样。在实际分析工作中，往往在获得形貌放大像后，希望能在同一台仪器上进行原位化学成分或晶体结构分析，提
14、供包括形貌、成分、晶体结构或位向在内的丰富资料，以便能够更全面、客观地进行判断分析。为了适应不同分析目的的要求，在扫描电子显微镜上相继安装了许多附件，实现了一机多用，成为一种快速、直观、综合性分析仪器。把扫描电子显微镜应用范围扩大到各种显微或微区分析方面，充分显示了扫描电镜的多种性能及广泛的应用前景。由于扫描电镜具有上述特点和功能，所以越来越受到科研人员的重视，用途日益广泛。现在扫描电镜已广泛用于材料科学（金属材料、非金属材料、纳米材料） 、冶金、生物学、医学、半导体材料与器件、地质勘探、病虫害的防治、灾害（火灾、失效分析）鉴定、刑事侦察、宝石鉴定、工业生产中的产品质量鉴定及生产工艺控制等。2
15、固体样品表面性质测定1.用天平测出固体样品的质量 ；m2.根据密度公式 算出其密度。V3.用硬度测量器测量固体样品的硬度。4.将质量为 的固体样品在高温下加热一段时间，蒸发水份后，样品干重1m为 ，则样品的含水率 。2 12%m5.利用 GC/MS 得到的质谱成像（ IMS）分析样品的化学成分信息和样品表面化学成分空间分布信息。6.取对固体样品进行溶解、离心，利用 EDS 测定其所含元素。7.取一份样品对其进行灰化，得到的灰分利用 SEM/EDS 测定其元素含量，得到的熔融物利用 XRF 和 ICP-OES 分析所含元素及其含量。三固体样品组织结构分析1.仪器X 射线衍射仪：X 射线衍射的简写
16、为 xrd ，通过对材料进行 X 射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。X 射线是一种波长很短(约为200.06埃)的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。在用电子束轰击金属“靶”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 X 射线，称为特征（或标识）X 射线。 X 射线衍射仪是利用衍射原理,精确测定物质的晶体结构,精确的进行物相分析,定性分析,定量分析。广泛应用于冶金,石油,化工,科研,航空航天,教学,材料生产等领域。1.1.特征 X 射线特征 X 射线及其衍射 X 射线是一种波长（0.0
17、6-20nm）很短的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相机乳胶感光、气体电离。用高能电子束轰击金属靶产生 X 射线，它具有靶中元素相对应的特定波长，称为特征 X 射线。如铜靶对应的 X 射线波长为0.154056 nm。1.2.工作原理X 射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主要有连续 X 射线和特征 X 射线两种。晶体可被用作 X 光的光栅，这些很大数目的原子或离子/分子所产生的相干散射将会发生光的干涉作用，从而影响散射的X 射线的强度增强或减弱。由于大量原子散射波的叠加，互相干涉而产生最大强度的光束称为 X 射线的衍射线。布拉格衍射示意图布拉格公式
18、：2dsin=n,式中 为 X 射线的波长，n 为任何正整数，又称衍射级数。应用已知波长的 X 射线来测量 角，从而计算出晶面间距 d，这是用于 X射线结构分析；另一个是应用已知 d 的晶体来测量 角，从而计算出特征 X 射线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素。这便是 X 射线谱术,可用于分析金属和合金的晶体结构。1.3.基本构造X 射线衍射仪的形式多种多样, 用途各异, 但其基本构成很相似, 主要部件包括4部分。（1） 高稳定度 X 射线源：提供测量所需的 X 射线, 改变 X 射线管阳极靶材质可改变 X 射线的波长, 调节阳极电压可控制 X 射线源的强度。（2） 样品及样品位置取
19、向的调整机构系统：样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。（3） 射线检测器：检测衍射强度或同时检测衍射方向, 通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。（4） 衍射图的处理分析系统：现代 X 射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统, 它们的特点是自动化和智能化。2.样品制备通常定量分析的样品细度应在1微米左右，即应过320目筛。XRDX-射线衍射（Wide Angle X-ray Diffraction）主要是对照标准谱图分析纳米粒子的组成，分析粒径，结晶度等。应用时应先对所制样品的成分进行确认。在确定后，查阅相关手册标准图谱，以确定所制样品是否为所得。
20、3.常用分析软件3.1.High score（1）可以调用的数据格式更多。（2）窗口设置更人性化，用户可以自己选择。（3）谱线位置的显示方式，可以让你更直接地看到检索的情况（4）手动加峰或减峰更加方便。（5）可以对衍射图进行平滑等操作，使图更漂亮。（6）可以更改原始数据的步长、起始角度等参数。（7）可以进行0点的校正。（8）可以对峰的外形进行校正。（9）可以进行半定量分析。（10)物相检索更加方便，检索方式更多。（11）可以编写批处理命令，对于同一系列的衍射图，一键搞定。3.2.Jade和 Highscore 相比自动检索功能少，但它有比之更多的功能。（1）它可以进行衍射峰的指标化。（2）进行
21、晶格参数的计算。（3）根据标样对晶格参数进行校正。（4）轻松计算峰的面积、质心。（5）出图更加方便，你可以在图上进行更加随意的编辑。4.数据库国际上五种主要的晶体学数据库。（1）剑桥结构数据库（The Cambrige Structural Database,CSD） 。它有近16万种 X 射线或中子衍射测定的三维晶体结构数据（统计到1997年） 。该数据库收集含碳化合物（包括有机物、有机金属化合物及无机含碳化合物，如碳酸盐等）的结构数据。有多种检索方法如：化合物名称、作者姓名、某些原子基团、整个分子或部分化学结构等。（2）蛋白质数据库（The Protein Data Bank,PDB） 。
22、该库开始建立于1971年，建立在美国 Brookhaven 国家实验室。现已有4300多个生物大分子的三维结构数据（统计到1996年中） 。数据库中对每个蛋白质晶体列出下列内容：收集的衍射数目、修正方法、偏差数值、已测定水分子位置的数目、蛋白质分子中氨基酸连接次序、螺旋、折叠层及转弯的分析、原子坐标参数，以及和蛋白质结合的金属原子、底物及抑制剂等的坐标参数等。（3）无机晶体结构数据库（The Inorganic Crystal Structural Database） ，建立在德国，约3万多个无机化合物的结构（不含 CC 和 CH 键的化合物） 。（4）NRCC 金属晶体学数据文件（The N
23、ational Research Council of Canada Crystallographic Data File,NRCC） 。该建立在加拿大，约为1.1万个金属合金、金属间物相及部分金属氢化物和氧化物。（5）粉末衍射数据文件（The Powder Diffraction File） 。该库建立在美国，汇集有6.7万种单相物质的粉晶衍射资料（统计到1997年） ，称为国际衍射数据中心的粉晶数据库（JCPDS-ICDD） 。储存各化合物的晶面间距 dhkl 和相对强度、晶胞、空间群和密度等数据，主要用于物质的鉴定。5.晶体非晶体晶体晶格是 X 射线发生衍射现象的天然栅栏，非晶体的物质没
24、有这种有规律的格子排列格局，不能获得 X 射线衍射现象。物质有没有固定的熔点、沸点，并没有验证是一个纯净物、包括晶体的独有的予以可区别其它物质的测试属性。晶体的熔点、沸点是相对比较固定，熔程也是比较窄，但拥有这一熔点、沸点的物质未必仅此一个；有些非晶体的纯净物，其熔点沸点也会在一定数值、熔程也会很窄。6.X 射线衍射公式应用作为晶体衍射基础的著名公式 布拉格定律：2d sin=n，式中，当 X 射线以掠角 (入射角的余角，又称为布拉格角)入射到某一具有 d 点阵平面间距的原子面上时,在满足布拉格方程时，会在反射方向上获得一组因叠加而加强的衍射线。6.1.当 X 射线波长 已知时(选用固定波长的
25、特征 X 射线)，采用细粉末或细粒多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中，从每一 角符合布拉格条件的反射面得到反射。测出 后，利用布拉格公式即可确定点阵平面间距d、晶胞大小和晶胞类型;6.2.利用 X 射线结构分析中的粉末法或德拜-谢乐(Debye Scherrer)法的理论基础，测定衍射线的强度,就可进一步确定晶胞内原子的排布。6.3.而在测定单晶取向的劳厄法中所用单晶样品保持固定不变动（即 不变）,以辐射线束的波长 作为变量来保证晶体中一切晶面都满足布拉格条件,故选用连续 X 射线束。再把结构已知晶体（称为分析晶体）用来作测定，则在获得其衍射线方向 后,便可计算 X 射线的波长 ，从而
26、判定产生特征 X 射线的元素。这便是 X 射线谱术,可用于分析金属和合金的成分。7.X 射线衍射的实际应用目前 X 射线衍射(包括散射)已经成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法。在金属中的主要应用有以下方面：（1）物相分析。 是 X 射线衍射在金属中用得最多的方面，又分为定性分析和定量分析。定性分析是把对待测材料测得的点阵平面间距及衍射强度与标准物相的衍射数据进行比较，以确定材料中存在的物相；定量分析则根据衍射花样的强度，确定待测材料中各相的比例含量。（2）精密测定点阵参数。 常用于相图的固态溶解度曲线的绘制。溶解度的变化往往引起点阵常数的变化；当达到溶解限后，溶质的继续增加引起
27、新相的析出，不再引起点阵常数的变化。这个转折点即为溶解限。另外点阵常数的精密测定可获得单位晶胞原子数，从而可确定固溶体类型；还可以计算出密度、膨胀系数等有用的物理常数。（3）取向分析。 包括测定单晶取向和多晶的结构（如择优取向） 。测定硅钢片的取向就是一例。另外，为研究金属的范性形变过程，如孪生、滑移、滑移面的转动等，也与取向的测定有关。（4）晶粒（嵌镶块）大小和微观应力的测定。 由衍射花样的形状和强度可计算晶粒和微应力的大小。在形变和热处理过程中这两者有明显变化，它直接影响材料的性能。（5）宏观应力的测定。 宏观残留应力的方向和大小，直接影响机器零件的使用寿命。利用测定点阵平面在不同方向上的
28、间距的改变，可计算出残留应力的大小和方向。（6）对晶体结构不完整性的研究 。包括对层错、位错、原子静态或动态地偏离平衡位置，短程有序，原子偏聚等方面的研究（见晶体缺陷） 。（7）合金相变 。包括脱溶、有序无序转变、母相新相的晶体学关系，等等。（8）结构分析。 对新发现的合金相进行测定，确定点阵类型、点阵参数、对称性、原子位置等晶体学数据。（9）液态金属和非晶态金属 。研究非晶态金属和液态金属结构，如测定近程序参量、配位数等。（10）特殊状态下的分析。 在高温、低温和瞬时的动态分析。8.X 射线物相具体分析X 射线照射晶体物相产生一套特定的粉未衍射图谱或数据 D-I 值。其中D-I 与晶胞形状和
29、大小有关，相对强度 I/I0，与质点的种类和位置有关。与人的手指纹相似，每种晶体物相都有自己独特的 XPD 谱。不同物相物质即使混在一起，它们各自的特征衍射信息也会独立出现，互不干扰。据此可以把任意纯净的或混合的晶体样品进行定性或定量分析。8.1.X 射线物相定性分析粉未 X 射线物相定性分析无须知晓物质晶格常数和晶体结构，只须把实测数据与（粉未衍射标准联合会）发行的 PDF 卡片上的标准值核对，就可进行鉴定。当然这是对那些被测试研究收集到卡片集中的晶相物质而言的，卡片记载的解析结果都可引用。 粉末衍射卡片集是目前收集最丰富的多晶体衍射数据集，包括无机化合物，有机化合物，矿物质，金属和合金等。
30、8.2.多相物质定性分析测 XRD 谱，得 d 值及相对强度后查索引，得卡片号码后查到卡片，在1%误差范围内若解全部数据符合，则可判断该物质就是卡片所载物相，其晶体结构及有关性能也由卡片而知。这是单一物相定性分析。多相混合物质的 XRD 谱是各物相 XRD 谱的迭加，某一相的谱线位置和强度不因其它物相的存在而改变，除非两相间物质吸收系数差异较大会互相影响到衍射强度。固熔体的 XRD 谱则以主晶相的 XRD 为主。已知物相组分的多相混合物，或者先尝试假设各物相组分，它们的 XRD 谱解析相对要容易得多。分别查出这些单一物相的已知标准衍射数据，d 值和强度，将它们综合到一起，就可以得到核实其有无。
31、如钢铁中的 相（马氏体或铁素体） 相（奥氏体）和碳化物多相。完全未知的多相混合物，应设法从复相数据中先查核确定一相，再对余下的数据进行查对。每查出一相就减少一定难度，直至全部解决。当然对于完全未知多相样品可以了解其来源、用途、物性等推测其组分；通过测试其原子吸收光谱、原子发射光谱，IR、化学分析、X 射线荧光分析等测定其物相的化学成分，推测可能存在的物相。查索到时，知道组分名称的用字顺索引查，使用d 值索引前，要先将全部衍射强度归一化，然后分别用一强线、二强线各种组合、三强线各种组合联合查找直至查出第一主相。标记其 d 值，I/I1值。把多余的 d 值，I/I1值再重新归一化，包括与第一主相
32、d 值相同的多余强度值。继续查找确定第二主相，直至全部物相逐一被查找出来并核对正确无误。遇到没被 PDF 卡收录的物相时，需按未知物相程序解析指认。物相定性分析中追求数据吻合程度时，d 值比 I/I1值更重要，更优先。因为 d 测试精度高，重现性好；而强度受纯度（影响分辨率） 、结晶度（影响峰形）样品细微度（同 Q 值时吸收不同） ，辐射源波长（同 d 值，角因子不同） 、样品制备方法（有无择优取向等） 、测试方法（照相法或衍射仪法）等因素影响，不易固定。低角度衍射线比高角度线重要。对不同晶体而言低角度线不易重迭，而高角度线易重迭或被干扰。强线比弱线重要。尤其要重视强度较大的大 d 值线。8.
33、3. X 射线物相定量分析在 X 射线物相定性分析基础上的定量分析是根据样品中某一物相的衍射线积分强度正变化于其含量。不能严格正比例的原因是样品也产生吸收。对经过吸收校正后的的衍射线强度进行计算可确定物相的含量。这种物相定量分析是其它方法，如元素分析、成分组分分析等所不能替代的。四.固体样品组织结构测定1X-射 线 荧 光 光 谱 作 为 一 种 比 较 分 析 技 术 ， 在 较 严 格 的 条 件 下 用 一 束 X 射 线或 低 能 光 线 照 射 样 品 材 料 ， 致 使 样 品 发 射 特 征 X 射 线 。 这 些 特 征 X 射 线 的能 量 对 应 于 各 特 定 元 素 ，
34、 样 品 中 元 素 的 浓 度 直 接 决 定 射 线 的 强 度 。 该 发 射特 征 X 射 线 的 过 程 称 为 X 射 线 荧 光 或 XRF。利用 XRF 确定测定元素含量。1.1.影响测试结果的样品因素表面是否有油污，或重金属污染； 表面有电镀层或涂附层； 金属表面有电镀层的，要测试内部金属的有害元素指标，应该尽可能将表面的镀层去除后测试。如：金属表面镀镍、镀锌，可以使用此项直接测试，但表面的镀层影响内部基材测试结果； 如果金属表面镀锡，将使用“测锡中的 Pb”项测试，如果要测试基材的有害成分，将需要将表面的镀层去除；与其他类金属物件或塑料胶件混合测试； 样品过小，而测试时间比
35、较短的情况下。1.2.结果分析净强度 Net intensity(kcps)=毛强度 raw intensity(kcps)-背景background(kcps)；含量 Concentration(%)=aI*I+bI+c (I=净强度)即含量是根据回归曲线计算得来的，其中的系数 a、b，常数 c 由回归计算得到，可在元素条件里找到。Normalized 约等于100%。因此可以得到固体样品中所含元素的含量。2.利用 X 射线衍射仪进行固体样品组织结构的测定分析2.1.样品测定：将固体样品研磨，过320目筛（约40微米） 。测量表面是否带电。如果带电直接进行测定，如果不带电则通过在其表面喷碳使
36、其带电，然后进行测定。将样品均匀地洒入样品板内，比样品板略高，用玻璃片轻压，使样品足够紧密，要求压制完毕后表面光滑平整，样品粘附在样品板上且不会脱落。2.2.测试步骤（1）打开 X 射线衍射仪主机及电脑，按设备右立柱上面 “Open door”按钮，听到开门声后，打开玻璃门，放入样品。确认“locked Coupled”测量模式。（2）将制备好的样品板放入主机样品台上(测试面朝上)，关闭主机门。打开操作软件 COMMANDER，设置连续扫描方式、扫描速度 0.1s/step、 测量角度(2)范围为 1080、步长用 0.01 度、管电压设为 40 K，管电流设为40mA。设置完毕后，点击“St
37、art” ，开始测试，显示相应的角度和强度峰值。测试完毕保存数据为“.dql”；从主机台上取下样品，关闭主机门，然后处理样品。关闭软件；510mi 后，关闭主机，将水冷打到“停止 ”状态。 用 EXCEL 软件导入数据功能，将“.dql”文件数据导入 EXCEL 软件； （3）在 EXCEL 软件中将原始数据前面有关实验参数部分删去； 3.打开origin7.5 软件，将 EXCEL 软件中数据拷贝到 origin7.5 软件中工作表格中，进行绘图。如果出现明显的衍射峰，则该样品属于晶体，如果出现馒头峰，则该样品为非晶体。2.3.对 X 衍射峰的定量分析利用衍射峰的位置、高度、宽度、形态、衍射
38、角以及对应的衍射面积对衍射峰进行定量分析。如果研究的晶体暂时不知道晶型、含量、成分等，但是别人已经有研究、有标准 X 射线衍射谱数据资料（PDF 卡） ，则可以在测定 XRD谱后，按照图峰位、峰强，去查标准谱图索引，找到那些（一个或多个）标准X 衍射谱卡片（PDF 卡） ，核对、确定，一旦证明是同一种晶体晶型， 则那个PDF 卡上的所有晶体数据结构资料都可以移植使用。如果研究的晶体是别人都没有做过的工作，则要对该晶型先测定 XRD 谱，解析、判断哪些峰是晶体的主峰。这个晶体要做过很好的制备，晶型很规整。一般要运用多种测试方法，如单晶旋晶法进行 XRD 测定，或者两三次变换在衍射仪上的摆放位置，以便获得尽可能多的晶体衍射谱线信息。在初步解析清楚的基础上，还要对晶体衍射谱线进行精修。最后才能获得晶体晶型、晶胞参数等晶体结构数据。
