XRD实验课-研究生.ppt
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1X-raypowderdiffraction粉末衍射及数据分析x-raypowderdiffractionanddataanalysis许聚良/13:
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032X-raypowderdiffraction主要内容FXrd实验过程简介FXrd定性分析FXrd定量分析FXrd峰形分析FXrd测定晶胞参数及其应用FRietveld结构精修简介/13:
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033X-raypowderdiffraction参考书目FX射线衍射技术及设备;丘利,冶金工业出版社F晶体X射线衍射学基础;李树堂,冶金工业出版社FX射线衍射分析技术;晋勇,国防工业出版社FX光衍射技术基础;王英华,原子能出版社F近代X射线多晶体衍射实验技术与数据分析;马礼敦,化学工业出版社F粉末衍射法测定晶体结构;梁敬魁,科学出版社F近代晶体学基础;张克从,科学出版社/13:
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034X-raypowderdiffraction第一章实验过程F靶材的选择F制样F择优取向F试验参数的选择/13:
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035X-raypowderdiffractionXpertMPDPro型衍射仪/13:
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036X-raypowderdiffractionBragg方程/13:
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037X-raypowderdiffractionX-ray的发生FX射线的产生及靶材选择F滤片选择:
Z靶40Z滤=Z靶-1Z靶40Z滤=Z靶-2Cu靶以Ni为滤片F靶材选择:
Z靶Z样+1Cu靶忌Fe、Co等材料/13:
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038X-raypowderdiffractionF靶材选择的其他因素靶材在工作过程中,输入的电能90%以上转化为热量所以靶材的散热性至关重要;功率大小、射线稳定性(焦斑漂移)价格因素和使用寿命。
衍射仪的测量范围
(2)小于(0180)根据Bragg方程2dsin=n知道:
dmax=/2sinmindmin=/2sinmax当min=0.5时dmax=88(Cu);dmax=41(Mo);dmax=131(Cr)当max=80时dmin=0.78(Cu);dmin=0.36(Mo);dmin=0.11(W)一般无机材料选择Cu靶,金属材料选择Co、Mo靶/13:
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039X-raypowderdiffraction某Fe样品在Co、Cu靶下的衍射谱对比图/13:
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0310X-raypowderdiffraction粉末制样F由Bragg方程知,只有与衍射矢量垂直的晶面的衍射信号才会被探测器接收。
为了保证每个晶面都有发生衍射的机会,颗粒在空间内的分布须是随机的。
颗粒越小,其分布越接近于随机。
定性分析时一般为325目,定量分析、晶胞参数测定、峰形分析时理想粒度为3000目以下(1-5m)。
F择优取向:
指多晶体中某些晶面沿某些特定的取向排列织构。
晶体定向生长;外力作用(轧制);晶癖(云母、黄-PbO2等)F择优取向在XRD时会使各晶面衍射峰的相对强度偏离标准卡片,影响定性和定量相分析,一般应避免。
F玛瑙研钵,适量酒精(省力、保护研钵、防氧化、防颗粒蹦出)。
F金属样品一般可用宝石锉制成粉末,然后经退火处理,消除应力和磁性。
F经验:
产生吸附现象或轻捻无颗粒感(约300目)。
F一般不可过筛,因为筛上和筛下的相组成很可能不一样。
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0311X-raypowderdiffraction粗糙制样与精细制样的衍射图对比/13:
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0312X-raypowderdiffraction/13:
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0313X-raypowderdiffraction一些特殊样品的制样方法
(1)F悬浊液或乳浊液:
用玻璃棒蘸取,滴在玻璃片上,自然风干或热风吹干,如样品量很少,可重复多次。
F无刚性柔软薄片、纤维(铝箔、有机片带、碳纤维等):
先在玻璃片上粘导电胶,然后将样品平铺在导电胶上,然后用一个平面挤压几分钟。
F超轻质样品(凝胶等):
用水或乙醇润湿;在玻璃片上涂胶水,将样品铺上,压平面。
F块状样品:
打磨出一个平面,若产生应力需退火;若块很小,可将数个粘在一起,然后打磨出一个平面。
必要时需用稀酸溶液或电解方法除去表面加工层。
F对于一些对粒度要求很高的测试,如果是单相的样品可以过筛、液体浸泡、静置取其悬浊液再蒸干等方式获取极细的样品。
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0314X-raypowderdiffraction一些特殊样品的制样方法
(2)F很多有机物或大分子材料的样品不能研磨,否则会严重破坏其晶体结构,致无法判断。
F包覆结构的材料,是否研磨应根据实验目的而定。
F易择优取向样品:
研磨至更细的粒度(手工研磨很难达到30m以下)与玻璃粉、糊精、淀粉等非晶物共磨采用特殊的装样法,如:
自由落体装样法;滚动装样法;侧装样法;粘贴法等。
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0315X-raypowderdiffraction测微含量相的制样方法FXRD并不适宜对微量相进行检测1.取样不合理,微量相未取到2.很多微量添加物并非晶态3.微量相衍射峰可能被主相掩盖4.微量相的衍射峰小、少,若无其他证据,仅XRD难于判断。
F分析微量相前必须对试样进行分离1.根据颜色、粒度、硬度、密度、溶解性、熔点、挥发点、氧化还原性等分离,尽量提高待测相在试样中的浓度。
2.方法有分检、溶解、萃取、沉降、离心、灼烧等。
3.建议先做元素分析,如荧光可检出含量为ppm级的元素。
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0316X-raypowderdiffraction/13:
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0317X-raypowderdiffraction第二章定性分析F样品制备:
粉末325目;最少10mgF测试条件:
扫描范围1090;步长0.03;速度1020/min。
在*.CSV文件中有记录。
F数据处理:
StripKa2Searchpeaks(Minimum2ndderivative)Insert&deletepeakSmooth&SubtractbackgroundSearchMatch只有*.caf才能保存所有的信息/13:
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0318X-raypowderdiffraction手动添加和删除peak/13:
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0319X-raypowderdiffractionSearchMatch/13:
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0420X-raypowderdiffraction/13:
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0421X-raypowderdiffraction检索说明F先看主强峰F误差范围,0.02(仪器精度、测量误差、样品因素、固溶体)F参考试样的原料、工艺进行判断,不能囿于三强峰的说法有些相通常只出现一峰如石英、石墨等F卡片等级:
同一物相可能有很多张卡片与之对应,选择分数最高、质量可靠、年代较新的卡片。
F同一系列的衍射图相互比照F元素限定;输入矿物名称或卡片号直接查找F尽信书则不如无书软件只是工具,不能最终代替人的判断/13:
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0422X-raypowderdiffraction/13:
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0423X-raypowderdiffraction检索建议有时候会出现某个别峰找不到匹配相1.同一物相,换另一张卡片试试,通常见高角度一些小的峰。
2.将已经找到归属的衍射峰全部删除重新检索。
3.某些峰属于原料中就有的相,对反应无影响,可不考虑。
4.检查原料是否有误;工艺条件是否有误(如炉子温度、气氛);样品是否污染或弄错等人为因素。
5.瞬时电子脉冲信号(通常只有三个计数点)6.重新收集衍射数据。
7.重新制样。
某些样品由于制样问题产生应力、或有一些应力环境下存在的特殊中间态。
在重新制样以后可能就没有了。
8.新相,PDF库内尚未收集。
9.允许有未知相的存在。
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0424X-raypowderdiffraction/13:
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0425X-raypowderdiffractionHighscore作图
(1)Fscan线条、边框、坐标轴、峰位线的粗细、颜色调整F可以根据需要调整衍射图的角度范围。
F图的标注:
d值、2、矿物名称、化学名称、HKL(highscore2.0)F还可在图上书写文字,但文字的位置并不能固定,当图大小改变时,该文字已不再对应相应的衍射峰。
F在2D窗口(最大化)另存为*.jpg或*.bmp(清晰)格式的图片,可以保存衍射图。
F在Pattern窗口下另存为,则可以保存实验峰和标准卡片峰。
F合图制作:
命令为:
fileinsert*.rdFscan次序调整,各scan线条颜色的设定F还可以将经过smooth等操作的衍射图另存为*.rd,然后再重新insert,图会漂亮很多。
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0426X-raypowderdiffractionHighscore作图-3D
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0427X-raypowderdiffractionFHighscore1.0是一款非常优秀的物相检索软件,但功能有限。
不具备的功能必须交由其他软件完成,有时候需要转换数据格式。
命令为opensaveas批量转换方法:
openinsertsaveasF有些文件格式Highscore不能直接读取,如某些*.txtF用XRDfileconversion.exe软件进行格式转换Fjade可调用数据格式的转换Flist的导出数据格式的转换/13:
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0428X-raypowderdiffractionHighscore的小工具
(1)Bragg计算选择靶材Anodematerial选择波长Positionbased仅需输入d或2/13:
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0429X-raypowderdiffractionHighscore的小工具
(2)MAC质量吸收计算选择靶材Anodematerial输入分子式例如:
Al2O3或AlAlOOO/13:
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0430X-raypowderdiffractionHighscore的小工具(3)晶粒尺寸&晶格畸变计算选择任务CrystallitesizeLatticestrain选择靶材和波长AnodematerialCalculationbasedon选择形状因子ShapefactorKBobs实测峰宽()Bstd仪器宽化因子()峰位
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0431X-raypowderdiffraction第三章定量分析F强度计算及其影响因素F实验过程F参考强度比RIR法F外标法F内标法FK值法F数据处理软件FRietveld法(见第六章)F虚拟标样法(见第六章)传统定量方法一般不适用于固溶体相/13:
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0432X-raypowderdiffractionF原理:
某相衍射峰的强度或相对强度与其在试样中的含量正相关(非正比例)F峰强:
强度(峰高)、积分强度(面积)F结晶态和峰强的关系:
非晶化会部分溶入背底中;非晶化严重的样品,其衍射峰严重宽化,产生峰尾效应。
F影响定量分析结果的一个很重要的原因是样品的粒度达不到要求。
F理想的样品:
粒度在1-5m,且无晶粒细化效应。
川大实验:
4种不同粒度纯石英样品10次测量的结果粒度(m)15-505-505-155II标准差24.4%12.6%4.3%1.4%/13:
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0433X-raypowderdiffraction/13:
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0434X-raypowderdiffraction实验过程F制样要求:
干燥、粒度小于3000目(15m)F实验过程:
1.先对试样快速扫描,进行物相检索。
2.确定合适的方法3.配制样品4.数据处理5.结果及误差分析/13:
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0435X-raypowderdiffractionRIR半定量方法FRIR本相最强峰与刚玉最强峰之比值(高度)。
FPDF的选择NBSStarIndexRietveld其他RIR平均值适用:
都只含、相应用一组固定的卡片。
用XpertHighscore进行物相定量、半定量分析.doc/13:
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0436X-raypowderdiffractionRIR法的延伸1.由于种种原因,大部分PDF卡片上的RI
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- XRD 实验 研究生