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5胡［
表二不同靶材的特征X射线波长
用铜靶，但因X射线的波长与试样的吸收有关，可根据试样物质的种类分别选
用Co、Fe,或Cr靶。
此外还可选用铝靶，这是由于铝靶的特征X射线波长较短，穿透能力强，如果希望在低角处得到高指数晶面衍射峰，或为了减少吸收的影响等，均可选用铝靶。
2.测角仪
测角仪如图二所示
图二测角仪示意图
3.管电压和管电流的选择
工作电压设定为3〜5倍的靶材临界激发电压。
选择管电流时功率不能超过
X射线管额定功率，较低的管电流可以延长X射线管的寿命。
X射线管经常使用的负荷（管压和管流的乘积）选为最大允许负荷的80%左右。
但是，当管压超过激发电压5倍以上时，强度的增加率将下降。
所以，在相同负荷下产生X射线时，在管压约为激发电压5倍以内时要优先考虑管压，在更高的管压下其负荷可用管流来调节。
靶元素的原子序数越大，激发电压就越高。
由于连续X射线的强度与管压的平方呈正比，特征X射线与连续X射线的强度之比，随着管压的增加接近一个常数，当管压超过激发电压的4〜5倍时反而变
小，所以，管压过高，信噪比P/B将降低，这是不可取得的。
具体数据见表三：
衍射仪测试条件参数选择。
3.发散狭缝的选择（DS）:
发散狭缝（DS）决定了X射线水平方向的发散角，限制试样被X射线照射的面积。
如果使用较宽的发射狭缝，X射线强度增加，但在低角处入射X射线
超出试样范围，照射到边上的试样架，出现试样架物质的衍射峰或漫散峰，对定
量相分析带来不利的影响。
因此有必要按测定目的选择合适的发散狭缝宽度。
生产厂家提供1/6°、1/2。
、1。
、2。
、4。
的发散狭缝，通常定性物相分析选用1°
发散狭缝，当低角度衍射特别重要时，可以选用1/2。
（或1/6）发散狭缝。
表三衍射仪测试条件参数选择
4.防散射狭缝的选择（SS）:
条件、
简例淅
ttfl岛
有幅好
N急
分析
定量
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（SCHLD）.
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.1
需要的溯线
.1J
需要的曲线你可能高角的几条溯输
防散射狭缝用来防止空气等物资引起的散射X射线进入探测器，选用SS与
DS角度相同。
5.接收狭缝的选择（RS）:
生产厂家提供0.15mm、0.3mm、0.6mm的接收狭缝，接收狭缝的大小影响衍射线的分辨率。
接收狭缝越小，分辨率越高，衍射强度越低。
通常物相定性分析时使用0.3mm的接收狭缝，精确测定可使用0.15mm的接收狭缝。
粉末样品制备块状样品制备微量样品制备薄膜样品制备
6.滤波片的选择：
Z滤＜Z靶—（1〜2）:
Z靶＜40,Z滤二Z靶—1
Z靶＞40,Z滤二Z靶—2
7.扫描范围的确定
不同的测定目的，具扫描范围也不同。
当选用Cu靶进行无机化合物的相分析时，扫描范围一般为90°〜2。
（28）;对于高分子，有机化合物的相分析，其
扫描范围一般为60〜2。
；在定量分析、点阵参数测定时，一般只对欲测衍射峰扫描几度。
8.扫描速度的确定
常规物相定性分析常采用每分钟2。
或4。
的扫描速度，在进行点阵参数测定，微量分析或物相定量分析时，常采用每分钟1/2或1/4。
的扫描速度。
六.样品制备和测试
X射线衍射分析的样品主要有粉末样品、块状样品、薄膜样品、纤维样品等。
样品不同，分析目的不同（定性分析或定量分析），则样品制备方法也不同。
1.粉末样品：
X射线衍射分析的粉末试样必需满足这样两个条件：
晶粒要细小，试样无择
优取向（取向排列混乱）。
所以，通常将试样研细后使用，可用玛瑙研钵研细。
定性分析时粒度应小于44微米（350目）,定量分析时应将试样研细至10微米左右。
较方便地确定10微米粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾动，两手指间没有颗粒感觉的粒度大致为10微米。
常用的粉末样品架为玻璃试样架，在玻璃板上蚀刻出试样填充区为20X8
平方毫米。
玻璃样品架主要用于粉末试样较少时（约少于500立方毫米）使用。
充填时，将试样粉末-点一点地放进试样填充区，重复这种操作，使粉末试样在试样架里均匀分布并用玻璃板压平实，要求试样面与玻璃表面齐平。
如果试样的量少到不能充分填满试样填充区，可在玻璃试样架凹槽里先滴一薄层用醋酸戊酯稀释的火棉胶溶液，然后将粉末试样撒在上面，待干燥后测试。
2.块状样品：
先将块状样品表面研磨抛光，大小不超过20M8平方毫米然后用橡皮泥将样品粘在铝样品支架上，要求样品表面与铝样品支架表面平齐。
3.微量样品：
取微量样品放入玛瑙研钵中将其研细，然后将研细的样品放在单晶硅样品支架上（切割单晶硅样品支架时使其表面不满足衍射条件），滴数滴无水乙醇使微
量样品在单晶硅片上分散均匀，待乙醇完全挥发后即可测试。
4.薄膜样品制备:
将薄膜样品剪成合适大小，用胶带纸粘在玻璃样品支架上即可。
DS发散狭缝接受狭缝滤波片
SS防散射狭缝
样品测试
（1）开机前的准备和检查
将制备好的试样插入衍射仪样品台，盖上顶盖关闭防护罩；开启水龙头，使冷却水流通；X光管窗口应关闭，管电流管电压表指示应在最小位置；接通总电源。
（2）开机操作
开启衍射仪总电源，启动循环水泵；待数分钟后，打开计算机X射线衍射
仪应用软件，设置管电压、管电流至需要值，设置合适的衍射条件及参数，开始样品测试。
（3）停机操作
测量完毕，关闭X射线衍射仪应用软件；取出试样；15分钟后关闭循环水泵，关闭水源；关闭衍射仪总电源及线路总电源。
七.数据处理
测试完毕后，可将样品测试数据存入磁盘供随时调出处理。
原始数据需经过
曲线平滑，Ka2扣除，谱峰寻找等数据处理步骤，最后打印出待分析试样衍射曲线和d值、2a强度、衍射峰宽等数据供分析鉴定。
八.物相定性分析方法
X射线衍射物相定性分析方法有以下几种：
1.三强线法：
（1）从前反射区（2k90）中选取强度最大的三根线，见图三所示，使其d值按强度递减的次序排列。
（2）在数字索引中找到对应的d1（最强线的面间距）组。
（3）按次强线的面间距d2找到接近的几列。
（4）检查这几列数据中的第三个d值是否与待测样的数据对应，再查看第四至第八强线数据并进行对照，最后从中找出最可能的物相及其卡片号。
如表四所示。
交件的选项⑪卡片庄双亮处通Ei
步的|恸|昌|回刊|3|*|河心|口1；口儿仙|/|Qlqhuu“L
图三衍射谱中的三强线
表四标准PDF卡片样片
33-1161
Si02
100
22
14
Had.CgKajAL5前对8FihrrMomDia
Cutoff
33T谕
Silicon（hide
Dlffnctowtir【1cor.
RtLNat,Bur.Stand.[US」Monojr,右｝Sec.14[1981）
Sys.Hexijonal%%91330）如。
■B
S.G,MjJl（152）ce5.4KS（4）AC1.1001vZJUiL&49
巾r#1,544
2VD，656napM.Ibid.
1453Si/i•
ColorColorkss
SunplefromtheGlassSectiomattheNationalBureauofStandards;groundnngkcryiciisofoptkilquality,localityunknown»PflUcmat254C.
Silicon（an>S.430B£l）usedasinternalstandard.
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Quartzdlev
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（5）找出可能的标准卡片，将实验所得d及I/I1跟卡片上的数据详细对照，如
果完全符合，物相鉴定即告完成
如果待测样的数据与标准数据不符，则须重新排列组合并重复
（2）〜（5）
的检索手续。
如为多相物质，当找出第一物相之后，可将其线条剔出，并将留下线条的强度重新归一化，再按过程
（1）-（5）进行检索，直到得出正确答案。
2.特征峰法：
对于经常使用的样品，其衍射谱图应该充分了解掌握，可根据其谱图特征进行初步判断，如图四所示。
例如在26.5度左右有一强峰，在68度左右有五指峰出现，则可初步判定样品含SiO2o
图四SiO2样品的X射线衍射谱
九.实验报告及要求
1.实验课前必须预习实验讲义和教材，掌握实验原理等必需知识。
2.根据教师给定实验样品，设计实验方案，选择样品制备方法、仪器条件参数等。
3.要求用设计性实验报告用纸写出：
实验原理，实验方案步骤（包括样品制备、实验参数选择、测试、数据处理等），选择定性分析方法，物相鉴定结果分析等。
4.鉴定结果要求写出样品名称（中英文）、卡片号，实验数据和标准数据三强线的d值、相对强度及（HKL）,并进行简单误差分析。
十.讨论（思考）题
1.简述X射线衍射分析的特点和应用；
2.简述X射线衍射仪的结构和工作原理；
3.粉末样品制备有几种方法，应注意什么问题？
4.如何选择X射线管及管电压和管电流？
5.X射线谱图分析鉴定应注意什么问题？
十一.参考资料
1.《聚合物X射线衍射》周贵恩中国科学技术大学出版社1989
2.《材料近代分析测试方法》常铁军哈尔滨工业大学出版社，1999
3.《仪器分析》朱明华高等教育出版社2000
4.互联网查询相关资料
X-射线衍射法测定多晶材料的的晶格常数
一、实验目的与要求
1.学习和掌握用X射线衍射谱计算多晶体的晶格常数
二、实验原理：
波在晶体上的衍射遵从布拉格方程。
多晶体中各晶粒的取向虽然是混乱的，
但它们的品格结构都是一样的。
设此品格的平面间距为a,d2,d3……，在各品粒中平面间距为di的晶面指数为（h,k,l）中，只有与原射线（波长为力方向的夹角9满足布拉格方程的那些晶面会产生衍射，即
2disin生入
（1）
不同指数的界面间距不同，所得衍射峰的位置也将不同。
三、测量与计算
1.布拉格角的计算
利用样品的X衍射谱可以查出该样品发生衍射的布拉格角0L即衍射峰的
位置
2.平面间距的计算可用简化的布拉格方程Z=2d'sine计算平面间距，式中
d'=,a,波长是已知的，6角为发生衍射的布拉格角。
为方
.（h1）2（k1）2（l1）2
便起见以下将d',和h'、k'、l'的上标“i全部省略。
但是必须记住它们的含义。
3.指标化我们已经只知道了每一族晶面（h,k,l）,现在就来确定各
晶面族的面指数指标化。
布拉格方程可写成
sin*—.h2k2l2
（2）
2a
以sin后为纵坐标，九/a为横坐标作图，则对应于dh2+k2+l2的每一值可得一斜率为dh2+k2+172的直线，如图五所示，直线端点的数字为各自相应
的h2+k2+12的值。
由于在同一张谱上各衍射峰的K和a都一样，即九/a为一常量，所以如果我们已知品格常数a,就可以在横坐标为九/a处作一垂线，此线与各所对应直线的交点的纵坐标就是对应峰的sinu值。
现在的情况相反，是已经算出各环的
sin琳，只需按述相反的过程就可以定出各sine对应的d'h2+k2+12和九/a值，方法如下：
将计算所得的sine值按与图五的纵坐标相同的尺度标示在纸条上，零
点对齐沿横轴移动，并保持纸条与纵轴平行。
当纸条移至某一横坐标值（九/a）
时，如图五中的人/a=0.33处，若各sin日点都分别落在其一sin日一人/a直
线上，则此时可得到各sin日所在直线的Jh2+k2+12值,如图五中的3,4,8,11,12,…，并可由表五查出其相应的晶面指数（h,k,1）。
图五指标化的方法
4.品格常数的决定指标化过程中我们可读出当纸条上各点都落在各直线上时纸条所在位置的K/a疽。
由于人已知，所以可以很方便地定出品格常数a。
品格常数也可由式
（2）算出，因为此时已定出各峰的指数（h,k,1）。
但由于
系统误差及偶然误差的存在，由各峰分别算出的品格常数会有些差别
5.晶格类型的决定在指标化过程中一定会发现有些晶面没有对应的衍射
峰，如铜的（100）,（110）,（210）,（211）,…。
这是因为在推导布拉格方程及劳厄
方程时我们假设每一个阵点上只有一个原子，即为简单晶胞。
当晶胞中含有一个以上原子时即为复式晶胞，如面心立方每个晶胞含有四个原子，体心立方每个品胞含有两个原子。
晶体中周期性点阵的每一个阵点按以晶胞为单位的一组原子所占据。
晶体的衍射是各阵点散射波的相干叠加。
当阵点为复式晶胞占据时，晶体衍射为各复式晶胞中所有原子的散射波的相干叠加。
这可能使某些衍射束消失。
衍射峰消失的情况与晶体结构有关，所以我们可以根据某些环不出现来判断晶体是面心立方还是体心立方。
计算表明，晶格类型与消失峰的指数有以下关系；对于面心立方晶体，仅当衍射面指数h,k,l都是偶数或都是奇数时才有衍射环出现，其它的情形衍射峰都消失；体心立方晶体则只有衍射面指数之和卜+卜+1=偶
数时才有衍射峰出现，参见表五。
表五衍射峰与衍射面的指数
帝射面指翻
。
上,。
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110
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200
210
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310
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320
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9
10
12
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仆,
伽
322
4J0
3釉
411
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.1
421
332
m
500
431
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就
羽3
511
27
面心立方体心立方
14
16
1
19
1
1
20
21,
22
24
25
有“一者为出现衍射环的指数
四.实验报告及要求
1.实验课前必须预习实验讲义和教材，掌握实验原理等必需知识。
2.根据教师给定实验样品，设计实验方案，选择样品制备方法、仪器条件参数等。
3.要求用设计性实验报告用纸写出：
实验原理，实验方案步骤（包括样品制备、实验参数选择、测试、数据处理等），掌握计算方法等。
4.根据样品的X射线谱计算样品的品格常数。
五.讨论（思考）题
1.简述X射线衍射谱的形成机理；
2.如何确定样品的布拉格角；
3.晶格常数的计算过程中，应注意什么问题？
高能电子打到样品上，那么电子束激发原子的内能级之后，会产生：
俄歇电子，二次电子，X-射线。
其中：
二次电子用于成像分析，这是扫描电镜的基本功能。
俄歇电子用于表面元素分析，因为前面介绍过的原因，俄歇电子能谱是一种表面分析工具，其信息深度为纳米级。
X-射线也具有特征能量，（或者说波长）可以用于识别元素，则可以用于元素分析。
但是EDX与俄歇电子能谱（AES）不同的地方是在于前者的信息深度比较大，也就是说由于X-射线在样品
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