材料分析技术总结Word下载.docx
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衬度光阑又称为物镜光阑，通常它被放在物镜的后焦面上。
散射角或衍射角较大的电子被光阑挡住，不能继续进入镜筒成像，从而就会在像平面上形成具有一定衬度的图像。
选区光阑：
为了分析样品上的一个微小区域，应该在样品上放一个光阑，使电子束只能通过光阑限定的微区。
选区电子衍射：
由选区形貌观察与电子衍射结构分析的微区对应性，实现晶体样品的形貌特征与晶体学性质的原位分析。
质厚衬度效应：
由于样品不同微区间存在质量或厚度的差异而引起的相应区域透射电子强度的改变，从而在图像上形成亮暗不同的区域。
衍衬像：
反应式样内部的结构和完整性，起源于衍射光束。
屏蔽效应：
核周围的电子对抗外加磁场强度所起的作用。
自旋耦合：
由于邻近不等性质子互旋的相互作用而分裂成几重峰的现象。
自旋分裂：
由自旋偶合引起的共振峰分裂
化学位移：
在有机物中，各种氢核周围的电子云密度不同共振频率有差异，即引起的共振吸收峰位移。
差热分析（DTA）：
在程序控制温度条件下，测量样品与参比物之间的温度差与温度（或时间）关系的一种热分析方法。
差示扫描量热法（DSC）：
在程序控制温度条件下，测量输入给样品与参比物的功率差与温度（或时间）关系的一种热分析方法。
热重法（TG）：
在程序控制温度条件下，测量获得物质的质量与温度关系的一种技术。
DTG（微商曲线）：
指对温度或时间的微分而得到的一阶微商曲线，表示质量随时间的变化率（失重速率）与温度（或时间）的关系。
外推始点（Te）：
曲线陡峭部分切线和基线延长线这两条线的交点
红外非活性振动：
在振动过程中，分子电偶极距不发生改变，不能吸收红外光子的能量，不产生红外吸收谱带。
红外活性振动：
在振动过程中，分子电偶极距发生改变，才能吸收红外光子的能量，不产生红外吸收谱带。
特征峰：
同一类的基因都有其特定的红外吸收，它产生吸收峰的位置就称特征峰。
基因频率：
也称特征吸收频率，对应吸收峰为特征吸收峰。
指纹区：
在红外光谱中1300~600cm-10的低频率区
官能团区：
在红外光谱中4000~1300cm-10的伸缩振动区
分配系数：
在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度比。
分子离子：
分子在离子源中失去一个电子形成的离子
碎片离子：
分子获得能量后，分子中的某化学键断裂而产生
同位素离子：
含有同位素的离子
亚稳离子：
在离子源生产的离子，如果在飞行中发生裂解，生成子离子和中性碎片，则把这种在飞行中发生裂解的母离子称为亚稳态离子。
1、布拉格方程的推导含义：
线照射晶体时，只有相邻面网之间散射的X射线光程差为波长的整数倍时，才能产生干涉加强，形成衍射线，反之不能形成衍射线。
讨论
1.当
一定，d相同的晶面，必然在
相同的情况下才能获得反射。
2.当
一定，d减小，
就要增大，这说明间距小的晶面，其掠过角必须是较大的，否则它们的反射线无法加强，在考察多晶体衍射时，这点由为重要。
3.在任何可观测的衍射角下，产生衍射的条件为：
，但波长过短导致衍射角过小，使衍射现象难以观测，常用X射线的波长范围是~。
4.波长一定时，只有
的晶面才能发生衍射—衍射的极限条件。
2、简述影响X射线衍射强度的因素
答：
影响X射线衍射方向和强度的因素主要有：
入射X射线的波长和强度I、产生衍射的晶面的晶面间距d、样品的成分和结构、产生衍射的晶面的多重性、衍射时的温度、样品对入X射线的吸收性质、实验条件等。
吸收限的应用：
（1）滤波片的选择：
Z靶＜40时，Z滤＝Z靶-1；
Z靶＞40时，Z滤＝Z靶-2。
获得单色光的方法之一是在X射线出射的路径上放置一定厚度的滤波片，可以简便地将Kβ和连续谱衰减到可以忽略的程度，只剩下Kα辐射。
（2）阳极靶材料的选择：
Z靶≤Z样+1。
）
3、X射线衍射的必要条件
“选择反射”+布拉格方程。
1.布拉格方程由原子面反射方向上散射线的干涉加强条件导出，而当晶体无限大时，非反射方向上散射的干涉加强作用可忽略不计，故“选择反射”是衍射产生的必要条件。
2.“选择反射”作为衍射的必要条件，意味着即使满足“选择反射”条件的方向上也不一定有反射线。
4、物相的定性分析基本原理
（1）在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有的衍射花样（衍射线的位置和强度）。
每种物质和它的衍射花样都是一一对应的。
（2）在定性相分析时，通常用d（晶面间距d表征衍射线位置）和I（衍射线相对强度）的数据组代表衍射花样。
也就是说，用d-I数据组作为定性相分析的基本判据。
（3）定性相分析的方法，是将由试样测得的d-I数据组（即衍射花样）与已知结构物质的标准d-I数据组（即标准衍射花样）进行对比，从而鉴定出试样中存在的物相
nλ=2sinθ当用波长已知的X射线对晶体进行衍射时，只要测出衍射线加强所对应的衍射角，就可以从方程计算出晶面间距，不同间距的晶面所产生的衍射角是不同的，把一种晶体的所有晶面衍射都测量一遍，就可以得到各个晶面间距。
物相的定性分析基本步骤
（1）制备待分析物质样品，用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样；
（2）确定各衍射线条众值及相对强度I／I1值（I1为最强线强度）；
（3）检索PDF卡片．物相均为未知时，使用数值索引；
（4）核对PDP卡片与物相判定；
（5）多相物质分析。
5、二次电子像的衬度和背射电子像的衬度各有啥特点
二次：
特别适用于显示形貌衬度。
一般来说，凸出的尖棱、小粒子、较陡斜面二次电子产额多，图像亮；
平面上二次电子产额小，图像暗；
凹面图像暗。
（二次电子像形貌衬度的分辨率比较高且不易形成阴影）
二次电子发射系数与入射电子和样品表面法线夹角а的关系可用σа=σ/cosа表示，可见样品的棱角、尖峰等处会产生较多的二次电子，二次电子产生的数量依赖于入射电子束与样品表面法线的夹角（入射角），而样品表面形态的变化则会引起入射角的改变，因此，二次电子的产额是样品表面特征的函数
无法收集到背散射电子而成一片阴影，图像衬度大，会掩盖许多细节。
6、透射电镜的结构：
（1）电子光学部分
1）照明系统
①电子枪——阴极、阳极、栅极（控制极）（作用：
会聚电子束；
控制电子束电流大小，调节像的亮度）
②聚光镜——第一聚光镜（短焦距强激磁透镜）
——第二聚光镜（长焦距磁透镜）
2）样品室
3）成像系统：
由物镜、中间镜和投影镜组成。
4）图像观察和记录系统
（2）真空系统
（3）供电控制系统
放大倍数M总=M物·
M中·
M投。
M物、M中、M投分别是物镜、中间镜、投影镜的放大倍数
7、透射电镜成像原理
分为两个过程：
第一个过程是平行电子束遭到物的散射作用而分裂成为各级衍射谱，即由物变换到衍射的过程；
第二个过程是各级衍射谱经过干涉重新在像平面上会聚成诸像点，即由衍射重新变换到物（像是放大了的物）的过程。
物镜产生的一次放大像还要经过中间镜和投影镜的放大作用而得到最终的三次放大像。
两个基本操作：
中间镜的物平面与物镜的像平面重合，中间镜的物平面与物镜的背焦面重合。
1.聚光镜光阑
四个一组的光阑孔被安装在一个光阑杆的支架上，使用时，通过光阑杆的分档机构按需要依次插入，使光阑孔中心位于电子束的轴线上（光阑中心和主焦点重合）。
聚光镜光阑的作用是限制照明孔径角。
在双聚光镜系统中，安装在第二聚光镜下方的焦点位置。
光阑孔的直径为20～400μm，作一般分析观察时，聚光镜的光阑孔径可用200～300μm，若作微束分析时，则应采用小孔径光阑
2.物镜光阑
物镜光阑又称为衬度光阑，通常它被放在物镜的后焦面上。
电子束通过薄膜样品后产生散射和衍射。
散射角（或衍射角）较大的电子被光阑挡住，不能继续进入镜筒成像，从而就会在像平面上形成具有一定衬度的图像。
光阑孔越小，被挡去的电子越多，图像的衬度就越大，这就是物镜光阑又叫做衬度光阑的原因。
作用加入物镜光阑使物镜孔径角减小，能减小像差，得到质量较高的显微图像。
物镜光阑的另一个主要作用是在后焦面上套取衍射束的斑点（即副焦点）成像，这就是所谓暗场像。
利用明暗场显微照片的对照分析，可以方便地进行物相鉴定和缺陷分析。
3.选区光阑
选区光阑又称场限光阑或视场光阑。
对这个微区进行衍射分析叫做选区衍射。
由于样品上待分析的微区很小，一般是微米数量级。
制作这样大小的光阑孔在技术上还有一定的困难，加之小光阑孔极易污染，因此，选区光阑都放在物镜的像平面位置。
这样布置达到的效果与光阑放在样品平面处是完全一样的。
但光阑孔的直径就可以做的比较大。
如果物镜的放大倍数是50倍，则一个直径等于50μm的光阑就可以选择样品上直径为1μm的区域。
8、扫描电镜的组成
（1）电子光学系统（镜筒）；
（2）扫描系统；
（3）信号收集系统和显示记录系统；
1）二次电子和背散射电子收集器
2）显示系统
3）吸收电子检测器
4）X射线检测器
（5）真空系统；
（6）电源系统。
放大倍数：
在显像管中电子束在荧光屏上最大扫描距离和在镜筒中电子束针在式样上最大扫描距离的比值M=l/L，l为荧光屏长度，L为电子术在式样上扫过的长度。
表面形貌衬度：
利用与样品表面形貌比较敏感的物理信号作为显像管的调制信号，所得到的像衬度称为表面形貌衬度。
9、明场像和暗场像如何区分两者各依赖那种成像理论
明场像（BF）：
选用直射电子形成的像（透射束），像清晰。
透射束成像
暗场像（DF）：
选用散射电子形成的像（衍射束），像有畸变、分辨率低。
衍射束成像
依赖衍射成像理论。
1、产生核磁共振的条件是什么
若外界提供一个电磁波，波的频率适当，能量恰好等于核的能量之差E，核进动频率与振荡器所产生的旋转磁场频率相等，则原子核与电磁波发生共振，那么此原子核就可以从低能级跃迁到高能级，产生核磁共振吸收。
2、怎样判断是磁性原子核
当原子的质量数和原子序数有一个是奇数时，原子核就和电子一样有自旋运动,即磁性原子核。
3、裂分峰数怎么计算多重峰分裂强度有什么样的规律从峰分裂数中可以获取什么信息
1．裂分峰数用n+1规则来计算（n—邻近等性质子个数；
n+1—裂分峰数）。
2．多重峰的相对强度为二项展开式（a+b）n的系数，n为等价核的个数。
可以得到：
相邻碳原子上质子数。
3．相邻碳原子上的质子数。
4、影响化学位移的因素有哪些怎么样进行影响的屏蔽效应和化学位移之间的关系是怎样的
1．电负性。
与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价电子偏离质子，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。
2各向异性。
各向异性效应是通过空间而起作用的。
化学位移小，屏蔽强，共振需要的磁场强度大，在高场出现。
化学位移大，屏蔽弱，共振需要的磁场强度小，在低场出现。
5、为什么用TMS作为核磁共振的基准
（1）12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；
（2）屏蔽强烈，位移最大。
与有机化合物中的质子峰不重迭；
（3）化学惰性；
易溶于有机溶剂；
沸点低，易回收
6、1HNMR谱图能提供哪些化合物的结构信息
1.峰的数目：
标志分子中磁不等性质的种类，多少种。
2.峰的强度：
每类质子的数目，多少个。
3.峰的位移：
每类质子所处的化学环境，化合物中位置。
4.峰的分裂数：
相邻碳原子上质子数；
5.偶合常数：
确定化合物构型
7、影响DTA曲线的仪器、试样、实验条件因素有哪些，怎样进行影响的
1）影响DTA曲线的仪器因素：
1.炉子尺寸均温区与温度梯度的控制，炉膛直径越小、长度越长、均温区越大、差热基线直、检测性能稳定
2.坩埚大小和形状，热传导性控制
3.差热电偶性能，材质、尺寸、形状、灵敏度选择
4.热电偶与试样相对位置，热电偶热端应置于试样中心
2）影响DTA曲线的试样因素：
1.热容量和热导率的变化应选择热容量及热导率和试样相近的作为参比物
2.试样的颗粒度，试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。
反之，颗粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。
颗粒度要求：
100目-300目（）
3.试样的结晶度、纯度和离子取代，结晶度好，峰形尖锐；
结晶度不好，则峰面积要小。
纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。
4.试样的用量，试样用量多，热效应大，峰顶温度滞后，容易掩盖邻近小峰谷。
以少为原则。
硅酸盐试样用量：
－克
5.试样的装填，装填要求：
薄而均匀，试样和参比物的装填情况一致
6.热中性体（参比物），整个测温范围无热反应，比热与导热性与试样相近，粒度与试样相近（100－300目筛），常用的参比物：
α－Al2O3（经1270K，煅烧的高纯氧化铝粉，α－Al2O3晶型）
3）影响DTA曲线的实验条件因素:
1.加热速度，加热速度快，峰尖而窄，形状拉长，甚至相邻峰重叠。
加热速度慢，峰宽而矮，形状扁平，热效应起始温度超前。
2.压力和气氛，对体积变化大试样，外界压力增大，热反应温度向高温方向移动。
气氛会影响差热曲线形态。
8、影响TG曲线的仪器、试样、实验条件因素有哪些，怎样进行影响的
（1）浮力及对流的影响，浮力和对流引起热重曲线的基线漂移，浮力影响：
573K时浮力约为常温的1/2，1173K时为1/4左右。
热天平内外温差造成的对流会影响称量的精确度
（2）挥发物冷凝的影响，解决方案：
热屏板
（3）温度测量的影响，解决方案：
利用具特征分解温度的高纯化合物或具特征居里点温度的强磁性材料进行温度标定。
（4）升温速率，升温速率越大，热滞后越严重，易导致起始温度和终止温度偏高，甚至不利于中间产物的测出。
（5）气氛控制与反应类型、分解产物的性质和所通气体的种类有关。
（7）坩埚形状
（8）试样因素——试样用量、粒度、热性质及装填方式等。
用量大，因吸、放热引起的温度偏差大，且不利于热扩散和热传递。
粒度细，反应速率快，反应起始和终止温度降低，反应区间变窄。
粒度粗则反应较慢，反应滞后。
装填紧密，试样颗粒间接触好，利于热传
导，但不利于扩散
9、DTA（差热分析）和DSC（示差扫描量热法）的异同点
用示差扫描量热法可以直接测量热量，这是与差热分析的一个重要区别。
DTA:
定性分析、测温范围大，1650℃，最高可达2400℃；
DTA在试样发生热效应时，试样的实际温度已不是程序升温时所控制的温度。
DSC:
定量分析、测温范围800℃以下；
DSC由于试样的热量变化随时可得到补偿，试样与参数与参比物的温度始终相等，无温差，无热传递，检测信号大，灵敏度和精度大有提高，分辨率高。
重现性好。
DTA和DSC的共同特点是峰的位置、形状和峰的数目与物质的性质有关，故可以定性地用来鉴定物质；
峰面积的大小与反应热焓有关，即ΔH=KS。
对DTA曲线，K是与温度、仪器和操作条件有关的比例常数。
而对DSC曲线，K是与温度无关的比例常数。
这说明在定量分析中DSC优于DTA。
10、常见热效应是怎样进行判断的
1.吸热效应+失重，可能为脱水或分解过程。
2.放热效应+增重，可能为氧化过程。
3.吸热，无重量变化，有体积变化时，可能为晶型转变。
11、红外吸收光谱的产生条件
1.辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等。
2.辐射与物质之间有耦合作用，分子振动必须伴随偶极矩的变化。
单原子和同核分子不能发生红外吸收：
NE、HE、H2、O2。
12、分子的振动形式有哪几种
1.伸缩振动ν-----对称伸缩振动νs----不对称伸缩振动νas
2.弯曲振动δ-----面内弯曲振动（剪式振动δs面内摇摆ρ）
-----面外弯曲振动（面外摇摆ω扭曲振动τ）
13、振动自由度的概念，所能表达的意义是怎样的
分子的简正振动数目称为振动自由度。
非线性分子的振动自由度=3N-6、线性分子的振动自由度=3N-5
14、归纳一下不同有机化合物种类的特征峰信息影响特征吸收峰的因素有哪些
1.化学键的强度：
诱导效应，共轭效应
2.组成化学键的原子质量
15、如何辩认分子离子峰
1）原则上除同位素峰外，分子离子峰是最高质量的峰。
2）分子离子峰应符合“氮律”。
在C、H、O组成的化合物中，分子离子峰的质量数一定是偶数；
在含C、H、O、N化合物中，含0个或偶数个N的分子量为偶数，含奇数个N的分子量为奇数
3）分子离子峰与邻近峰的质量差是否合理。
有机分子失去碎片大小是有规律的：
如失去H、CH3、H2O、C2H5…….,因而质谱图中可看到M-1，M-15，M-18，M-28等峰。
16、质谱分析的基本过程
1.首先确认分子峰，确认分子量。
2.用同位素峰强比法或精密质量法确定分子式
3.计算不饱和度。
4.解析某些主要质谱峰的归属及峰间关系
5.推定结构
6.验证：
查对标准光谱验证或参考其他光谱及物理常数
17、同位素峰和分子离子峰的强度比的关系
由于各种元素的同位素在自然界中的丰度是一定的，因此同位素与分子离子峰的比值是一个常数。
18、色谱的分类、定义、实质是什么
a.分类：
1．按两相分子的聚集状态分：
液相色谱气相色谱
2.按固定相的固定方式分：
平面色谱（薄层色谱,高分子薄膜色谱）；
柱色谱（纸色谱,填充柱色谱,毛细管柱色谱）
b.定义：
利用物质的物理化学性质建立的分离、分析方法
c.实质：
分离
19、怎样根据质谱图确定分子式
用同位素峰强比法或精密质量法确定分子式
（1）烷烃
主要特征峰：
C-H30002850cm-1；
CH3/CH2：
14701450cm-1；
CH3：
1380cm-1只有一个峰-CH3；
两个等强峰，异丙基-CH（CH3）2；
一弱一强，叔丁基，-C（CH3）3
（2）烯烃
=CH：
31003000cm-1；
C=C：
16801600cm-1
（3）炔烃
C-H：
3300cm-1（SS）；
CC：
21402100cm-1是炔烃区别于烷、烯烃的重要标志。
（4）芳香烃Ω≥4
=CH31003000cm-1；
C=C1600cm-1及1500cm-1；
面外弯曲=CH910665cm-1（单取代740，700；
邻位740，间位650，700，800；
对位800）
此三种特征峰是决定苯环存在的最主要吸收峰。
（5）醇、酚
醇、酚的主要特征峰：
缔合羟基35003200cm-1钝峰；
C-O12501000cm-1。
（1050伯1100仲1150叔）
（6）羰基化合物
酮类：
C=O：
1715cm-1（S）
醛：
1750~1700cm-1C-H：
2820，2720cm-1
酸类：
OH：
34002500cm-1；
C=O：
17401680cm-1；
C-O：
13201200cm-1
（7）腈
CN：
2200cm-1（S）
-COOH：
H=11~13ppm
-CHO：
H=9~10ppm
芳烃质子：
H=~
-CH3:
CH3=
-CH2:
CH2=
-CH:
CH=CH3+ppm
-CH3（CH2/CH）-C=O:
=2左右
-CH3（CH2/CH）—O:
>
3
M/Z=43一定是CH3-CO-
M/Z=91一定是苯环单取代
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