多晶X射線衍射技術與應用

1緒論1
0.1X射線衍射分析法是研究物質微觀結構的基本實驗方法1
0.2物質的性質性能都是由它的結構決定的2
0.3多晶（粉末）X射線衍射分析法的應用2
參考文獻6
第1章X射線基礎7
1.1X射線性質概述7
1.2X射線的產(chǎn)生10
1.3X射線譜11
1.3.1連續(xù)光譜12
1.3.2特征光譜13
1.3.3X射線管的工作條件16
1.4物質對X射線的衰減17
1.4.1衰減公式17
1.4.2質量吸收系數(shù)18
1.4.3X射線的光電效應20
1.4.4吸收性質在X射線實驗技術中的應用21
1.5X射線的散射22
1.5.1相干散射22
1.5.2非相干散射23
1.6X射線強度的檢測技術24
1.6.1熒光板24
1.6.2照相方法25
1.6.3單點檢測器25
1.6.4固體陣列檢測器29
1.6.5位敏正比計數(shù)器30
1.6.6成像板30
1.6.7數(shù)字化X射線成像技術31
1.7X射線的防護32
參考文獻33
第2章晶體學基礎34
2.1晶體與晶體結構的基本知識34
2.1.1晶體的基本特征34
2.1.2點陣結構36
2.1.3晶體的對稱性和晶系40
2.1.4晶胞43
2.1.5晶體學空間群和點群46
2.1.6晶體的外形47
2.1.7實際晶體與晶格缺陷48
2.2晶體對X射線的衍射54
2.2.1衍射方向55
2.2.2衍射強度58
2.2.3衍射線的峰形61
2.3準晶體的衍射64
2.3.1準晶體64
2.3.2準晶體的衍射65
參考文獻65
第3章多晶X射線衍射儀66
3.1X射線衍射儀器設備概述66
3.1.1兩種多晶衍射幾何67
3.1.2X射線多晶衍射的記錄方法69
3.1.3X射線源75
3.1.4單色化方法79
3.1.5X射線光學元件82
3.2X射線多晶衍射儀83
3.2.1X射線多晶衍射儀的構成83
3.2.2X射線發(fā)生器83
3.2.3測角儀84
3.2.4X射線強度測量記錄系統(tǒng)90
3.2.5衍射儀控制及衍射數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)93
3.2.6樣品臺附件95
3.3多晶粉末衍射數(shù)據(jù)庫和軟件95
參考文獻96
第4章粉末X射線衍射圖的獲取98
4.1樣品準備與制片98
4.1.1對樣品粉末粒度的要求99
4.1.2樣品試片平面的準備100
4.1.3樣品試片的厚度101
4.1.4制樣技巧102
4.1.5制樣小結104
4.2數(shù)據(jù)收集105
4.2.1實驗波長的選擇105
4.2.2掃描條件的選擇106
4.2.3關于實驗條件選擇的小結與示例110
4.3粉末衍射圖的初步檢查112
參考文獻114
第5章粉末X射線衍射數(shù)據(jù)115
5.1粉末X射線衍射圖的特征數(shù)據(jù)115
5.1.1粉末X射線衍射數(shù)據(jù)115
5.1.2衍射峰位置的確定116
5.1.3衍射峰強度的表示118
5.1.4衍射線的峰形數(shù)據(jù)119
5.2粉末衍射峰位與峰強度數(shù)據(jù)的提取120
5.2.1圖譜的平滑121
5.2.2背景的扣除和弱峰的辨認123
5.2.3Kα2衍射的分離125
5.2.4平滑二階導數(shù)法自動讀出峰位，同時確定峰高和峰寬128
5.2.5峰處理程序的流程130
參考文獻131
第6章粉末X射線衍射數(shù)據(jù)的不確定度132
6.1測量的不確定度132
6.1.1測量結果評價方法的沿革132
6.1.2測量不確定度與測量誤差134
6.2衍射角測量的系統(tǒng)誤差及其修正137
6.2.1幾何因素引入的衍射角測量誤差137
6.2.2測角儀的測角機械誤差140
6.2.3物理因素引入的衍射角測量誤差141
6.2.4粉末衍射角實驗值的修正143
6.3粉末衍射儀衍射角的測量不確定度147
6.3.1衍射儀的衍射角測量不確定度來源的分析147
6.3.2衍射儀的衍射角標準測量不確定度各分量的評定148
6.3.3衍射儀測定的衍射角合成標準測量不確定度的評定150
6.4衍射儀衍射強度的測量誤差及其測量不確定度150
6.4.1概述150
6.4.2計數(shù)損失及其修正151
6.4.3X射線強度測值不確定度的統(tǒng)計漲落分量152
6.4.4粉末衍射強度實驗測值不確定的強度評定155
6.4.5粉末衍射強度數(shù)據(jù)運算中標準不確定度的傳遞156
6.5粉末X射線衍射圖譜數(shù)據(jù)的品質指數(shù)157
6.6多晶衍射儀的驗收、性能的評估與常規(guī)檢查158
6.6.1問題的提出158
6.6.2衍射角校準用標準物質159
6.6.3衍射強度校準用標準物質161
6.6.4衍射儀性能指標的評估163
6.6.5衍射儀運行狀態(tài)的質量控制165
參考文獻166
第7章X射線衍射物相定性分析168
7.1何謂“物相”168
7.2何謂“物相分析”169
7.3方法的依據(jù)170
7.3.1原理170
7.3.2粉末衍射圖數(shù)據(jù)庫171
7.3.3PDF?2粉末衍射卡的內容173
7.4參考衍射圖的檢索與匹配177
7.4.1參考衍射圖的檢索、匹配177
7.4.2圖、卡比對的方法178
7.4.3判定為“匹配”的要領183
7.5《MDI Jade》XRD圖譜處理的檢索?匹配188
7.5.1基于峰形的S/M的一般步驟188
7.5.2物相檢索的輸出192
7.6檢索?匹配結論的不確定性195
7.7物相檢索?匹配實例197
7.8未知物相的鑒定201
7.8.1兩種情況201
7.8.2物相結構測定的一般步驟202
7.8.3粉末衍射圖指標化203
7.8.4未知相晶體結構類型或空間群的確定205
7.8.5新標準衍射數(shù)據(jù)卡的建立206
7.9異常衍射圖例206
參考文獻208
第8章X射線衍射物相定量分析209
8.1衍射強度與物相組成的關系209
8.2比強度法211
8.2.1內標方程、比強度（K值）與內標法211
8.2.2外標方程與外標法213
8.2.3參考比強度數(shù)據(jù)庫的建立和標準參考物質214
8.2.4應用實例217
8.3無標樣法219
8.3.1方法的基本原理219
8.3.2樣間同相消約的無標樣法220
8.3.3內標消約的無標樣法223
8.3.4樣內異相消約的無標樣法224
8.4外標消約無標樣定量法226
8.4.1外標消約無標樣法原理226
8.4.2定量參數(shù)（Ksj、μ*js）的測定229
8.4.3樣品含量分析231
8.4.4外標消約增量法234
8.5特別方法234
8.5.1吸收?衍射直接定量分析法234
8.5.2微量直接定量分析方法235
8.5.3Compton散射校正法237
8.6衍射全譜擬合物相分析法237
8.6.1衍射全譜擬合物相分析法的理論依據(jù)237
8.6.2衍射全譜擬合的技術要點238
8.6.3需要已知晶體結構數(shù)據(jù)之全譜擬合定量分析法240
8.6.4需要物相純態(tài)的標準譜之衍射全譜擬合定量分析法241
8.7分析策略與衍射定量方法的構建242
8.7.1分析策略的概念242
8.7.2內標消約法244
8.7.3外標消約法244
8.7.4樣內異相消約法245
8.7.5樣間同相消約法245
8.7.6樣間異相消約法246
8.7.7歸并c值法246
8.7.8理論計算K值法247
8.8衍射定量實驗技術要點247
8.8.1一般注意事項248
8.8.2制樣249
8.8.3實驗條件的選擇250
8.8.4衍射峰“凈”強度的求得250
8.8.5全譜擬合方法對實驗的基本要求251
8.9衍射定量分析結果的不確定度與方法的檢出限254
8.9.1衍射物相定量分析結果的不確定度254
8.9.2物相的檢出限257
8.10非晶質相的定量259
8.10.1非晶質物相含量的估算259
8.10.2差值法測定非晶質物相含量260
8.10.3結晶度的測定261
參考文獻264
第9章晶胞參數(shù)的精測及其應用266
9.1一般考慮266
9.1.1選用高角度的衍射峰266
9.1.2測定峰位的方法268
9.1.3獲得衍射圖方法的選擇268
9.2系統(tǒng)誤差的消除269
9.2.1圖解外推法269
9.2.2柯亨最小二乘法270
9.2.3線對法273
9.2.4內標法273
9.3精確晶胞參數(shù)的實際測量273
9.3.1儀器及其調整和校驗274
9.3.2制樣274
9.3.3測量274
9.3.4結果計算275
9.4精確晶胞參數(shù)或晶面間距數(shù)據(jù)的應用275
9.4.1固溶體類型的研究275
9.4.2固溶體、類質同象礦物成分的測定277
9.4.3X型、Y型分子篩SiO2/Al2O3比的測定280
9.4.4固溶度的測定282
9.4.5晶體有序?無序結構狀態(tài)的表征283
9.4.6測定有關的晶體性質數(shù)據(jù)285
9.4.7金屬材料中宏觀應力的測量285
參考文獻287
第10章峰形分析及其應用288
10.1概述288
10.2衍射線的實測峰形與“真實”峰形289
10.2.1卷積的概念289
10.2.2衍射線實測峰形的數(shù)學表示291
10.2.3影響實測峰形的其他因素及其修正291
10.3衍射線真實峰形的提取292
10.3.1用Fourier變換法解卷積292
10.3.2用迭代法解卷積294
10.4峰形寬化分析294
10.4.1真實峰形的積分寬294
10.4.2兩種寬化效應的關系295
10.4.3峰形寬化分析的幾種方法296
10.5峰形寬化分析的近似函數(shù)法297
10.5.1應用近似函數(shù)法的分析步驟297
10.5.2近似函數(shù)法求真實峰形的積分寬度297
10.5.3峰形近似函數(shù)的選擇299
10.6衍射線真實峰形數(shù)據(jù)的應用300
10.6.1再論Scherrer公式301
10.6.2微觀應力的測定302
10.6.3兩種寬化效應同時存在的情況303
10.6.4《MDI Jade》的“由峰寬化估算晶粒大小和應變”選項304
10.6.5“球鎳”307
10.6.6黏土礦物結構缺陷的表征313
參考文獻321
附錄323
附錄1μt=1和衍射強度衰減為10%時試樣的厚度(計算值)323
附錄2常見礦物的質量吸收系數(shù)μ*（CuKα）324
附錄3晶面間距與點陣參數(shù)的關系325
附錄4多晶（粉末）的衍射強度326
附錄5X射線衍射分析用X射線管的特征波長及有關數(shù)據(jù)330
附錄6立方晶系的衍射指標331
附錄7Si粉末試樣衍射儀衍射角測值2θ的系統(tǒng)誤差332
附錄8衍射分析常用參考物質的衍射數(shù)據(jù)333
附錄9常見礦物的RIR（K值）343
附錄10黏土礦物結構分類表344
附錄11測量不確定度報告及表示，測量結果及不確定度的有效位數(shù)345
附錄12X射線晶體學資料及數(shù)據(jù)庫資源簡介347