本章主要内容1. X 射线介绍2. X 射线与物质的作用3. X 射线衍射仪器4. X 射线衍射分析方法5. X 射线衍射应用布拉格方程的讨论●（1）布拉格方程描述了“选择反射”的规律。

产生“选择反射”的方向是各原子面反射线干涉一致加强的方向，即满足布拉格方程的方向。

●（2）布拉格方程表达了反射线空间方位（θ）与反射晶面面间距（d）及入射线方位（θ）和波长（λ）的相互关系。

●（3）入射线照射各原子面产生的反射线实质是各原子面产生的反射方向上的相干散射线，而被接收记录的样品反射线实质是各原子面反射方向上散射线干涉一致加强的结果，即衍射线。

布拉格方程的讨论●（4）布拉格方程由各原子面散射线干涉条件导出，即视原子面为散射基元。

原子面散射是该原子面上各原子散射相互干涉（叠加）的结果。

●（5）衍射产生的必要条件●“选择反射”即反射定律+布拉格方程是衍射产生的必要条件。

●当满足此条件时有可能产生衍射；若不满足此条件，则不可能产生衍射。

●（6）衍射强度与晶体结构有关,有系统消光现象.本章主要内容1. X 射线介绍2. X 射线与物质的作用3. X 射线衍射仪器4. X 射线衍射分析方法5. X 射线衍射应用一、X-射线的性质①肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧光板发光和使气体电离；②能透过可见光不能透过的物体；③这种射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转，在通过物体时不发生反射、折射现象，通过普通光栅亦不引起衍射；④这种射线对生物有很厉害的生理作用。

二、X-射线的产生●1.产生X-射线的方法：是使快速移动的电子(或离子)骤然停止其运动，则电子的动能可部分转变成X光能，即辐射出X-射线。

*X射线发生器的主要部件(1)阴极：钨灯，电流3-4A，加速电压5-8KV(2)阳极靶材：Cu/Mo/Ni等熔点高、导热性好的金属(3)Be窗：d=0.2mm，可透过X射线。

2.白色、特征X射线谱的产生白色X射线：“白色”的理解-连续波长；仅与加速电压有关特征X射线：“单色”；●X射线的频率由下式决定：hν＝ω2 —ω1ω1和ω2为正常状态能量和受激状态能量。

●当打掉K层电子时，外层电子都可能回跃到那个空位上，回跃时产生K 系的X射线光谱。

●K系线中，Kα线相当于电子由L层过渡到K层；Kβ线相当于电子由M层过渡到K层。

Kβ线比Kα线频率要高，波长较短。

整个K系X射线波长最短。

结构分析时所采用的就是K系X射线。

eU=1/2mV2λmin=hc/eU三、X射线与物质的相互作用1.透射。

强度减弱，波长不变，方向基本不变；2.吸收。

①能量以其他能量形式释放，如光电效应、俄歇(Auger)效应、荧光效应等。

②吸收。

类似LB定律。

3.散射。

原子使X射线偏离原来方向。

①波长不变-相干散射-Thomson 散射；②有能量交换，波长变长，非相干散射-Compton散射。

X射线与物质作用除散射、吸收和通过物质外，几乎不发生折射，一般情况下也不发生反射。

*相干散射或称古典散射●当入射X光子与物质中的某些电子（例如内层电子）发生碰撞时，由于这些电子受到原子的强力束缚，光子的能量不足以使电子脱离所在能级的情况下，此种碰撞可以近似地看成是刚体间的弹性碰撞，其结果仅使光子的前进方向发生改变，即发生了散射，但光子的能量并未损耗，即散射线的波长等于入射线的波长。

此时各散射线之间将相互发生干涉，故成为相干散射。

相干散射是引起晶体产生衍射线的根源。

*不相干散射-康普顿效应●当入射X射线光子与物质中的某些电子发生碰撞时，由于这些电子结合松弛，碰撞的结果是X射线光子将一部分能量传递给电子，使电子脱离原子而形成反冲电子，同时光子本身也改变了原来的前进方向，发生了散射。

●这种散射由于各个光子能量减小的程度各不相同，即每个散射光子的波长彼此不等，因此相互不会发生干涉，故称为不相干散射。

不相干散射线的波长比入射X射线的能量小、波长大。

在X射线衍射分析中只增加连续背景，给衍射图带来不利影响。

本章主要内容1. X 射线介绍2. X 射线与物质的作用3. X 射线衍射仪器4. X 射线衍射分析方法5. X 射线衍射应用(1) X射线光源X射线发生器(2) 测角仪(goniometer)●测角仪是X射线衍射仪的核心部分。

●S-管靶焦斑M-入射光栅●P-发散狭缝DS O-测角仪中心D-样品●Q-防散射狭缝SS F-接收狭缝RS●C-计数器S-Soller狭缝●E-支架H-样品台G- 测角仪圆●样品台位于测角仪中心，样品台的中心轴与测角仪的中心轴(垂直图面)O垂直。

●样品台既可以绕测角仪中心轴转动，又可以绕自身中心轴转动。

(3) 探测与记录系统X射线衍射仪是用探测器、定标器、计数率仪及其相应的电子线路作为探测与记录系统来代替照相底片记录试样的衍射信号的。

(4) 控制系统●控制系统是利用电子计算机控制X射线衍射仪测量、记录、数据处理和打印结果的装置。

3.实验与测量方法A.样品的制备方法晶粒尺寸：粉末粒度1-5 µm注意：样品的均匀性、消除制样过程引起结构上的变化。

B.仪器实验工作参数的选择一些实验工作参数的选择对衍射图的影响是互相矛盾、互相制约的本章主要内容1. X 射线介绍2. X 射线与物质的作用3. X 射线衍射仪器4. X 射线衍射分析方法5. X 射线衍射应用1.理论依据●(1)Laue方程：●(2)Bragg方程：ue法2.回转晶体法本章主要内容1. X 射线介绍2. X 射线与物质的作用3. X 射线衍射仪器4. X 射线衍射分析方法5. X 射线衍射应用X-射线衍射分析应用物相分析-定性、定量确定物质（材料）由哪些相组成（即物相定性分析或称物相鉴定） 确定各组成相的含量（常以体积分数或质量分数表示，即物相定量分析）。

物相分析原理●X射线衍射线的位置决定于晶胞的形状和大小，也即决定于各晶面的面间距●X射线衍射线的相对强度则决定于晶胞内原子的种类、数目及排列方式●每种晶态物质都有其特有的成分和结构，不是前者有异，就是后者有别，因而也就有其独特的衍射花样●由于粉晶法在不同的实验条件下总能得到一系列基本不变的衍射数据，因此借以进行物相分析的衍射数据都取自粉晶法；●其方法就是将所得到的衍射数据（或图谱）与标准物质的衍射数据或图谱进行比较，如果两者能够吻合，这就表明样品与该标准物质是同一物相，从而便可作出鉴定。

(1)物相定性分析步骤A.制备待分析物质样品；B.用衍射仪法或照相法获得样品衍射花样；C.检索PDF卡片；D.核对PDF卡片，判定物相。

A. x射线衍射测试样品制备1.要了解样品的物理化学性质，如是否易燃、易潮解、易腐蚀、有毒、易挥发等。

2.金属样品如块状、板状、圆柱状要求磨出一个平面，面积不小于10×10毫米。

3.粉末样品要求磨成可以通过250~300目筛子的粒度，约50微米。

粒度粗大衍射强度底，峰形不好，分辨率低。

4.粉末样品要求在3克左右，如果太少也需5毫克。

5.样品可以是金属、非金属、有机、无机材料粉末，但要求提供样品主要成份。

6. 对于不同基体的薄膜样品，X射线测量的膜厚度约20个纳米。

石英独山玉x射线衍射测试结果钢铁奥氏体药物氟哌酸C. PDF卡片各种已知物相衍射花样的规范化工作于1938年由哈那瓦特(J. D. Hanawalt)开创。

他的主要工作是将物相的衍射花样特征(位置与强度)用d(晶面间距)和I(衍射线相对强度)数据组表达并制成相应的物相衍射数据卡片。

最初的1300张卡片由“美国材料试验学会(ASTM)”出版，称ASTM卡片。

1969年成立了国际性组织“粉末衍射标准联合会(JCPDS)”，由它负责编辑出版“粉末衍射卡片”，称PDF卡片。

氯化钠(NaCl)的PDF卡片D. PDF卡片索引◆为方便、迅速查对PDF卡片，JCPDS编辑出版了多种PDF卡片检索手册：◆Hanawalt无机物检查手册、Hanawalt有机相检查手册、无机相字母索引、Fink无机索引、矿物检索手册等◆检索手册按检索方法可分为两类：以物质名称为索引(即字母索引)、以d值数列为索引(即数值索引)。

字母索引◆以物相英文名称字母顺序排列。

每种相一个条目，占一横行。

◆条目的内容顺序为：物相英文名称、三强线d值与相对强度、卡片编号和参比强度号。

条目示例如下：数值索引◆以Hanawalt数字索引为例。

◆其编排方法为：一个相一个条目，在索引中占一横行，其内容依次为按强度递减顺序排列的8条强线的晶面间距和相对强度值、化学式、卡片编号和参比强度值。

条目示例如下：◆F ink数值索引与哈那瓦特数值索引相类似，主要不同的是其以八强线条的d值循环排列，每种相在索引中可出现8次。

Hanawalt法按强度排列：2.98X，2.549，2.078，1.758，2.437，3.864，1.384，1.182因此Hanawalt检索组为：A 2.98X，2.549，2.078，1.758，2.437，3.864，1.384，1.182B 2.549，2.98X，2.078，1.758，2.437，3.864，1.384，1.182C 2.078，2.98X，2.549，1.758，2.437，3.864，1.384，1.182D 1.758， 2.98X，2.549，2.078，2.437，3.864，1.384，1.182Fink法八强峰按d值大小排列为：3.864，2.98X，2.549， 2.437，2.078，1.758，1.384，1.182按强度大小排列为：2.98X，2.549，2.078，1.758，2.437，3.864，1.384，1.182因此Fink检索组为：A 2.98X，2.549， 2.437，2.078，1.758，1.384，1.182，3.864B 2.549， 2.437，2.078，1.758，1.384，1.182，3.864，2.98XC 2.078，1.758，1.384，1.182，3.864，2.98X，2.549， 2.437D 1.758，1.384，1.182，3.864，2.98X，2.549， 2.437，2.078，●上图给出的是在计算机检索程序上运行时的PDF卡片示例。

从PDF卡片上，我们可以知道试样的化学式和名称，光学性质，晶体学数据，如晶面间距，相对强度，晶体的类型，对应的hkl等。

2.多相物质分析◆多相物质相分析的方法是按上述基本步骤逐个确定其组成相。

◆多相物质的衍射花样是其各组成相衍射花样的简单叠加，这就带来了多相物质分析(与单相物质相比)的困难：◆检索用的三强线不一定局于同一相，而且还可能发生一个相的某线条与另一相的某线条重叠的现象。

◆因此，多相物质定性分析时，需要将衍射线条轮番搭配、反复尝试，比较复杂。