1、1习 题 一 参考答案1X 射线的本质是什么？是谁首先发现了 X 射线，谁揭示了 X 射线的本质？X 射线的本质是一种电磁波，伦琴首先发现了 X 射线，劳厄揭示了 X 射线的本质。2特征 X 射线的特点？特征 X 射线的波长决定于靶材，不同靶材所产生的特征 X 射线的波长不同，特征 X射线的波长与靶材之间由莫塞来公式联系着 。靶材原子序数越大，特征 X 射线的波长越短。特征 X 射线的强度随着电压和电流的增大而增大，3什么是光电效应？光电效应在材料分析中有哪些用途？光电效应：是指当用 X 射线轰击物质时 ，若 X 射线的能量大于物质原子对其内层电子的束缚力时，入射 X 射线光子的能量就会被吸收
2、，从而导致其内层电子被激发，产生光电子。光电效应在材料分析可用于光电子能谱分析与荧光光谱分析。4、实验中选择 X 射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以 Fe 为主要成分的样品，试选择合适的 X 射线管和合适的滤波片。答： X 射线管选择原则是应当避免使用比样品中的主元素的原子序数大 26（尤其是 2）的材料作靶材的 X 射线管。滤波片的选择原则是一般采用比靶材的原子序数小 1 或 2 的材料。当 Z 靶40 时， Z 滤=Z 靶-1 当 Z 靶40 时， Z 滤=Z 靶-2已知一个以 Fe 为主要成分的样品，X 射线管应选择 Co 靶和 Fe 靶，相应的滤波片应选择Fe 和 Mn。5、物相
3、：物质中成分和结构完全相同的部分称为一个相或物相。6、特征 X 射线产生的机理是什么？高速运动的电子撞击阳极靶，使原子内层电子跃迁。7、滤波的目的是什么？获得 K 系单色 X 射线。8、物质对 X 射线的吸收主要是由什么引起？由光电效应引起的。习题二参考答案1下面是某立方晶系物质的几个晶面，试将它们的面间距从大到小按次序重新排列：（ ） ， （100） ， （200） ， （ ） ， （121） ， （111） ， （ ） ， （220） ， （130） ， （030） ， （ ） ， （110） 。2、什么叫干涉面?当波长为 的 X 射线在晶体上发生衍射时，相邻两个（ hkl）晶面衍射线的波
4、程差是多少？相邻两个 HKL 干涉面的波程差又是多少？答：间距为 d 的晶面对 X 射线的 n 级反射可以看作是间距为 d/n 的晶面的一级反射，这个面称为干涉面。 。当波长为 的 X 射线照射到晶体上发生衍射，相邻两个（hkl）晶面的波程差是 n，相邻两个（HKL）晶面的波程差是 。 3、判别下列哪些晶面属于 晶带：（ ） ， （ ） ， （231） ， （211） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （212） 。答：根据晶带定律公式 Hu+Kv+Lw=0 计算2因此， 晶面属于 晶带。4、试述获取衍射花样的三种基本方法？ 答：劳埃法(劳厄法)旋转晶体法粉末衍射
5、法或多晶衍射法5、试述布拉格公式 2dHKLsin= 中各参数的含义，以及该公式有哪些应用？答：dHKL 表示 HKL 干涉面的面网间距， 表示布拉格角或掠射角， 表示入射 X 射线的波长。布拉格方程主要用途：（1）已知晶体的 d 值。通过测量 ，求特征 X 射线的 ，并通过 判断产生特征 X 射线的元素。这主要应用于 X 射线荧光光谱仪和电子探针中。（2）已知入射 X 射线的波长， 通过测量 ，求晶面间距。并通过晶面间距，测定晶体结构或进行物相分析。习 题 三 参考答案1原子散射因数的物理意义是什么？某元素的原子散射因数与其原子序数有何关系？答：原子散射因数 f 是以一个电子散射波的振幅为度
6、量单位的一个原子散射波的振幅。也称原子散射波振幅。它表示一个原子在某一方向上散射波的振幅是一个电子在相同条件下散射波振幅的 f 倍。它反映了原子将 X 射线向某一个方向散射时的 散射效率。原子散射因数与其原子序数有何关系，Z 越大，f 越大。因此，重原子对 X 射线散射的能力比轻原子要强。 2结构因数是表示什么对衍射强度的影响？总结简单点阵、体心点阵和面心点阵衍射线的系统消光规律。结构因数是表示晶体结构对衍射强度的影响。简单点阵不存在系统消光，体心点阵衍射线的系统消光规律是(h+k+l)偶数时出现反射，(h+k+l)奇数时消光。面心点阵衍射线的系统消光规律是 h,k,l 全奇或全偶出现反射，h
7、,k,l 有奇有偶时消光。3多重性因数的物理意义是什么？某立方晶系晶体，其100的多重性因数是多少？如该晶体转变为四方晶系，这个晶面族的多重性因数会发生什么变化？为什么？答：多重性因数的物理意义是等同晶面个数对衍射强度的影响因数叫作多重性因数。某立方晶系晶体，其100的多重性因数是 6？如该晶体转变为四方晶系多重性因数是 4；这个晶面族的多重性因数会随对称性不同而改变。4洛伦兹因数是表示什么对衍射强度的影响？其表达式是综合了哪几方面考虑而得出的？答：洛伦兹因数是表示掠射角对衍射强度的影响。洛伦兹因数表达式是综合了样品中参与衍射的晶粒大小，晶粒的数目和衍射线位置对衍射强度的影响。5、试述衍射强度
8、公式中各参数的含义？ 为 X 射线的波长 ； V 照射晶体的体积 Vc 为单位晶胞体积P 为多重性因数：表示等同晶面个数对衍射强度的影响；F 为结构因数：表示晶体结构对衍射强度的影响；A() 为吸收因数：表示试样的吸收系数对衍射强度的影响；() 为角因数：表示参与衍射的晶粒大小，晶粒的数目和衍射线位置对衍射强度的影响。e-2M 为温度因数：表示温度变化对衍射强度的影响。6衍射线在空间的方位取决于什么？而衍射线的强度又取决于什么？3衍射线在空间的方位取决于晶体的面网间距，或者晶胞的大小。衍射线的强度又取决于晶体中原子的种类、数量和它们在晶胞中的相对位置。1试述 X 射线粉末衍射仪由哪几部分组成，
9、它们各自有哪些作用？X 射线粉末衍射仪有五部分组成：（1）X 射线发生器，它的作用是产生实验用的 X 射线；（2）测角仪，它的作用是精确测量衍射扫描的角度，它包括试样、圆盘、计数器和狭缝、光阑；（3）计数管或辐射探测器，它的作用是探测衍射线的存在及强度，并将衍射线的光子转化成电子输出；（4）记录保护系统，它的作用是处理并记录衍射图谱，以及保护衍射仪正常运转；（5）冷却系统，它的作用是通过水循环将 X 射线管中的热量带走，以保护 X 射线管。2测角仪在采集衍射图时，如果试样表面转到与入射线成 300 角，则计数管与入射线所成角度为多少？能产生衍射的晶面，与试样的自由表面是何种几何关系？答：当试样
10、表面与入射 X 射线束成 30角时，计数管与入射 X 射线束的夹角是 600。能产生衍射的晶面与试样的自由表面平行。3 X 射线衍射仪有哪些新进展？(1)X 射线发生器， (2)探测器，(3)衍射几何与光路。4探测器的主要性能及正比、闪烁和固体探测器特点？主要性能：（1）量子效率（QE）和灵敏度（2）噪声水平（3）动力学范围（4）能量分辨率（5）线性计数范围与时间分辨率5与照相法相比，衍射仪法有哪些优缺点？ 与照相法相比，衍射仪法在一些方面具有明显不同的特点，也正好是它的优缺点。（1）简便快速：衍射仪法都采用自动记录，不需底片安装、冲洗、晾干等手续。可在强度分布曲线图上直接测量 2 和 I 值
11、，比在底片上测量方便得多。衍射仪法扫描所需的时间短于照相曝光时间。一个物相分析样品只需约 15 分钟即可扫描完毕。此外，衍射仪还可以根据需要有选择地扫描某个小范围，可大大缩短扫描时间。（2）分辨能力强：由于测角仪圆半径一般为 185mm 远大于德拜相机的半径（ 57.3/2mm） ，因而衍射法的分辨能力比照相法强得多。如当用 CuKa 辐射时，从 230o 左右开始，K 双重线即能分开；而在德拜照相中2 小于 90时 K 双重线不能分开。（3）直接获得强度数据：不仅可以得出相对强度，还可测定绝对强度。由照相底片上直接得到的是黑度，需要换算后才得出强度，而且不可能获得绝对强度值。（4）低角度区的
12、 2 测量范围大：测角仪在接近 2= 0附近的禁区范围要比照相机的盲区小。一般测角仪的禁区范围约为 23（如果使用小角散射测角仪则更可小到20.50.6） ，而直径 57.3mm 的德拜相机的盲区，一般为 28。（5）样品用量大：衍射仪法所需的样品数量比常用的德拜照相法要多。后者一般有510mg 样品就足够了，最少甚至可以少到不足 lmg。在衍射仪法中，如果要求能够产生最大的衍射强度，一般约需有 0.5g 以上的样品；即使采用薄层样品，样品需要量也在100mg 左右。（6）设备较复杂，成本高。显然，与照相法相比，衍射仪有较多的优点，突出的是简便快速和精确度高。4习 题 五1物相定性分析的原理是
13、什么？对食盐进行化学分析与物相定性分析，所得信息有何不同？答：物相定性分析的原理是根据每一种结晶物质都有自己独特的晶体结构，即特定点阵类型、晶胞大小、原子的数目和原子在晶胞中的排列等。因此，从布拉格公式和强度公式知道，当 X 射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，它们的特征可以用各个反射晶面的晶面间距值 d 和反射线的强度来表征。其中晶面网间距值 d 与晶胞的形状和大小有关，相对强度 I 则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。任何一种结晶物质的衍射数据 d 和 I 是其晶体结构的必然反映，因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相。对食盐进行化学分析与物相定性分析，化学分析获得食盐化
14、学组成，如获得 Na+、Cl-的含量。物相定性分析能获得物相组成 NaCl 及晶体结构等信息。2试述试述 X 射线衍射单物相定性分析基本原理与分析步骤？答：X 射线物相分析的基本原理是每一种结晶物质都有自己独特的晶体结构，即特定点阵类型、晶胞大小、原子的数目和原子在晶胞中的排列等。因此，从布拉格公式和强度公式知道，当 X 射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，衍射花样的特征可以用各个反射晶面的晶面间距值 d 和反射线的强度 I 来表征。其中晶面网间距值 d 与晶胞的形状和大小有关，相对强度 I 则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。通过与物相衍射分析标准数据比较鉴定物相。单相物
15、质定性分析的基本步骤是：（1）计算或查找出衍射图谱上每根峰的 d 值与 I 值；（2）利用 I 值最大的三根强线的对应 d 值查找索引，找出基本符合的物相名称及卡片号；（3）将实测的 d、I 值与卡片上的数据一一对照，若基本符合，就可定为该物相。 2物相定量分析的原理是什么？试述用 K 值法进行物相定量分析的过程。答：X 射线定量分析的任务是：在定性分析的基础上，测定多相混合物中各相的含量。定量分析的基本原理是物质的衍射强度与参与衍射的该物质的体积成正比。K 值法是内标法延伸。从内标法我们知道，通过加入内标可消除基体效应的影响。K 值法同样要在样品中加入标准物质作为内标，人们经常也称之为清洗剂
16、。K 值法不须作标准曲线得出而能求得 K 值。1）对待测的样品。找到待测相和标准相的纯物质，配二者含量为 1：1 混合样，并用实验测定二者某一对衍射线的强度，它们的强度比 Kis。2）在待测样品中掺入一定量 wS 的标准物质。并测定混合样中二个相的同一对衍射线的强度 Ii/IS。3）代入上一公式求出待测相 i 在混合样中的含量 wi。4）求 i 相有原始样品中的含量 Wi由于 JCPDS 卡片中已选用刚玉 Al2O3 作为标准物质。测定许多物质与刚玉以 1：1 比例混合后，二者最强衍射峰之间的比值。因此可选用刚玉作为标准物质，得出二者强峰的强度比，查 JCPDS 卡片计算可求得。5试比较五种定
17、量分析方法的优缺点？ 答：外标法就是待测物相的纯物质作为标样以不同的质量比例另外进行标定，并作曲线图。外标法适合于特定两相混合物的定量分析，尤其是同质多相（同素异构体）混合物的定量分析。内标法是在待测试样中掺入一定量试样中没有的纯物质作为标准进行定量分析，其目的是为了消除基体效应。内标法最大的特点是通过加入内标来消除基体效应的影响，它的原理简单，容易理解。但它也是要作标准曲线，在实践起来有一定的困难。5K 值法是内标法延伸。K 值法同样要在样品中加入标准物质作为内标，人们经常也称之为清洗剂。K 值法不作标准曲线，而是选用刚玉 Al2O3 作为标准物质，并在 JCPDS 卡片中，进行参比强度比较
18、，K 值法是一种较常用的定量分析方法。直接比较法通过将待测相与试样中存在的另一个相的衍射峰进行对比，求得其含量的。直接法好处在于它不要纯物质作标准曲线，也不要标准物质，它适合于金属样品的定量测量。以上四种方法都可能存在因择优取向造成强度问题。Rietveld 全谱拟合定量分析方法。通过计算机对试样图谱每个衍射峰的形状和宽度，进行函数模拟。全谱拟合定量分析方法，可避免择优取向，获得高分辨高准确的数字粉末衍射图谱，是目前 X 射线衍射定量分析精度最高的方法。不足之处是：必须配有相应软件的衍射仪。 7试总结衍射花样的背底来源，并提出一些防止和减少背底的措施。答：衍射花样的背底来源主要有以下方面：（1
19、）连续 X 射线光谱；（2）非相干散射（康普顿散射） ；（3）靶材和滤波片的选用影响背底；（4）X 射线入射和衍射的平行度；（5）样品的制备对背底的影响。措施：（1）采用的工作电压为激发电压 3-5 倍，使特征 X 射线与连续 X 射线比最大；2）非相干散射强度与 sin/ 成正比，要降低非相干散射强度，需使 sin/ 值变小，即提高入射 X 射线的波长，采用轻元素靶。（3）正确选择靶材料，靶材产生的特征 X 射线（常用 K 射线）尽可能小地激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样背底，使图像清晰。正确选择滤波片，能将 K 射线完全滤掉，使 K 射线单色性好。也可用石墨单色器提高滤波纯度。（4）采用
20、多层膜反射器提高入射线和衍射线的平行度。（5）样品，样品晶粒为 5m 左右，长时间研究，制样时尽量轻压，可减少背底。习题六1在一块冷轧钢板中可能存在哪几种内应力？它的衍射谱有什么特点？答：在一块冷轧钢板中可能存在三种内应力，它们分别是：第一类内应力是在物体较大范围内或许多晶粒范围内存在并保持平衡的应力。称之为宏观应力。它能使衍射线产生位移。第二类应力是在一个或少数晶粒范围内存在并保持平衡的内应力。它一般能使衍射峰宽化。第三类应力是在若干原子范围存在并保持平衡的内应力。它能使衍射线减弱。2宏观应力对 X 射线衍射花样的影响是什么？衍射仪法测定宏观应力的方法有哪些？宏观应力能使衍射线产生位移。衍射仪法测定宏观应力的方法有 sin2 法和 0-45法。
