实验七、X射线

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1、实验七、X射线衍射(Xay ifrtio）分析法实验一.实验目的1熟悉-X射线衍射仪的基本构造和工作原理2.基本学会样品测试过程3.掌握运用衍射图进行物相分析的措施二.射线衍射仪的基本构造(图附后)X射线衍射仪一般由X光源，测角仪,计数器，数据解决系统构成。1.X光源射线管（T）是热阴极灯丝(4）和阳极靶构成的大型真空管。靶用C，Fe,Cu,Co,Ni等金属制成，灯丝变压器（5)供应一定的电流把灯丝加热到白热使它放射出电子。高压变压器（1)在阴极和阳极之间，产生数万伏高压电场。阴极发射出来的电子受到高压加速轰击阳极,这时%的能量将转变为X射线,9%转变为热能,因此阳极必须用良好的循环水冷却，以

2、防阳极融化,射线波长很短,用毫安表（7）测量电子流强度,以显示X射线强弱。射线有两种:一种是持续x射线,当高能电子与靶上原子碰撞时,高能电子忽然受阻产生负加速度。按照典型电磁辐射理论，作加速带电粒子辐射电磁波,从而产生持续X射线；另一种是特性射线，高能电子撞击出靶材料原子的内层一种电子,被逐出电子的空位不久被外层的一种电子填占。而这个电子空位又被更外层来的电子占有,如此一系列环节使该电离原子恢复正常状态。每一步的电子跃迁产生特性X射线。在构造分析中我们运用特性线作为X射线衍射的单色X射线。图1.射线发生器原理图2.测角仪测角仪是多种型号衍射仪的重要构成部分。测角仪的制造原理重要根据一种常常变化

3、的聚焦园原理设计成的。其聚焦园半径r是入射角的函数 r=()=R/2in式中R是测角仪半径。根据聚焦原理,测角仪必须满足下列条件才干工作：A射线管的焦点，样品的表面，接受狭缝必须在同一衍射聚焦园上，样品表面必须与测角仪主轴中心共面。B样品表面应当是平的，主转动时必须始终和聚焦园相切。.探测器: Y衍射仪采用的是闪烁计数器作探测器。4数据收集与解决)可完毕数据采集,解决数据。2)对原始数据进行自动物相鉴定,可对数据进行分峰,拟合,平滑解决,多种数据校正模式。可进行晶粒大小及结晶度的测定。3)三种指标化模式，精密测定晶胞参数,拟定空间点阵变化及原子坐标位移。三.X射线衍射与聚焦几何原理一束平行射线

4、照到一块晶体上,一方面被电子所散射,每个电子都是一种辐射波源，向空间辐射出与入射波同频率的电磁波。由于这些散射波之间干涉作用,使得某方向上的光始终保持相叠加,于是在这个方向上可以观测到衍射线,而在另某些方向上波则始终是互相抵消,没有衍射线产生。衍射把戏的特性有两方面构成：(1） 衍射线在空间的分布规律由晶胞大小和形状以及入射X光束的波长决定（2） 衍射线强度则取决于原子在晶胞中位置。射线衍射遵循布拉格方程:2snn.衍射级数n=.1.2.n; 为掠射角(又称入射角)，d为晶面间距,为入射线波长。在Y-衍射仪中用的是铜靶，Ka线其波长为1.5418。衍射仪的测角仪的X射线光路应当满足布拉格-布伦

5、塔诺聚焦条件，使衍射光束得最大的强度的辨别本领。抱负的聚焦条件是试样为弯曲的，其曲率半径等于聚焦园半径,事实上试样总是平板状的。当入射光束的水平发散角限制在较小范畴内时,可近似看作抱负聚焦条件。图聚焦几何光路 四.实验条件的选择1.X光管靶材料的选择用于粉末晶体衍射所用射线波长一般选用.。2A。这是由于：（1) 该波长范畴与晶体点阵的面网间距大体相称。(2)波长增长,样品和空气对射线的吸取越来越大。（3) 波长太短，衍射线条过度集中在低角度区,还也许导致荧光辐射。按上述原则,规律为：Z靶Z试样+1(为原子序数)。.X光管的管压和管流的选择 射线中特性和持续波是随管压增大而增大的，这样持续波不易

6、被滤波片滤掉,因此选择合适的管压,K系特性X射线的强度与管电压管电流的关系： I特=K(V-Vk） K2,n为常数 i管电流,V和Vk-分别为工作电压和K系激发电压。此外管压管流的乘积不得超过X光管额定功率。3.滤波片的选择特性谱是由Ka,K构成，我们需要Ka滤去K线。对滤波片的选择就是它的吸取限刚好位于aK之间并尽量接近Ka。 4.时间常数,扫描速度选择 时间常数的选择对实验的影响较大，时间常数的增大导致衍射峰高下降,线形不对称(向扫描方向拉宽）以及峰形向扫描方向移动。这种线形崎变和峰顶移位均对测量成果带来不利影响。为了提高测量的精确度一般但愿选择小的时间常数,但选择时间常数过小会导致衍射峰

7、线毛刺,要选择合适常数扫描速度的选择与时间常数相似，为了提高测量精确度,选择较小的扫描速度。五样品制备粉末样品制备：() 将被测样品在研钵中研至200-0目；（2) 将中间有浅槽的样品板擦干净，粉末样品放入浅槽中,用另一种样品板压一下,样品压平且和样品板相平。B固定样品制备： X光线照射面一定要磨平，大小能放入样品板孔，样品抛光面朝向毛玻璃面，用橡皮泥从背面把样品粘牢，注意勿让橡皮泥暴露在射线下，以免引起不必要干扰。C薄膜样品制备：将薄膜样品剪成比样品孔稍大的块,用胶粘纸背面粘牢。六射线的物相分析1. 射线物相分析是以X射线的衍射效应为基本的，任何一种晶体物质都具特定的构造参数，它在给定的波长

8、X射线辐射下,呈现该物质特有的多晶体衍射把戏，根据多晶体衍射把戏与晶体物质这种独有的相应关系，便可将待测物质的衍射数据与多种以知物质衍射数据进行对比。国际上有专门的研究机构粉末衍射原则联合会（JCD）收集了几百万种晶体,涉及有机化合物无机化合物两大类的晶体衍射数据卡片，我们可以根据所测的粉末衍射数据，去查找出JCDS卡片来加以参照做出判断。.粉末衍射卡片索引目前通用的索引有：粉末衍射卡片哈氏索引（Hanawat),芬克索引(Fink Index)和戴维字母索引（Alpabeticl Indx）,每一种都分为有机和无机两类。:哈氏数值索引:每一种的数据在索引中占一横行，依次有:八条强谱线晶面间距

9、数值，化学式卡片顺序号,查阅时把晶体面间距按衍射峰强弱排列成d1,2,d-,找到d再找d2值，始终顺序找到第八值,从而可查的相应八强线的卡片顺序号,但也可用前三强的值，按下列排列方式查找: d12d ddd1 d31d2在哈氏数值索引中浮现三次。B：芬克索引也属于数值索引,但是它是以每种物质的八条强线晶面间距d作为该物质特性,芬克索引的编制是按多种物质八条强线中第一种值的递减顺序划提成组。每一小组内再按第二个值的递减顺序排列。编制索引时,每钟物质的八条强线晶面间距循环排列即 d1d2dd5dd7d8 23d5dd7d8d等顺序浮现八次C:戴维无机字母索引是以英文名称的字母顺序排列的。索引上每一

10、物质也占一横行，依次有该物质的英文名称,化学式,三条强线晶面间距，卡片顺序号。若想检索已知物相或也许物相的衍射数据时,只须懂得她们的英文名称便可应用戴维字母索引。1. .运用原则卡片进行物相分析A:化学成分已知的样品: 推测也许形成的物相时用字母索引检索。B：化学成分未知的样品:（1） 选用实测的八条强线再用数字索引检索（2） 如果是多相物质一方面选用最强线将其强度设为10再计算其他各线对最强线的相对强度,并重新排列，然后采用类似单相物质的措施，一种相一种相的检索拟定。直至所有物相拟定。（3） 实际未知化学成分多相物相定性分析时，选用的强线不一定是同一物相的,这时应将这些线条以不同方式组合，有时由于有些物相含量底,只有一两条衍射线存在，甚至还不一定是强线，这时可先拟定主相，然后再拟定低含量物相。图仪器构造图