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X射线衍射分析(2)110308


(5) 在前面所提到的鉴定过程,也就是查表的具体手续,仅 仅是从原理上来讲述的,而在实际鉴定过程中往往并不完 全遵循。通常总是尽可能地先利用其他分析、鉴定手段, 初步确定出样品可能是什么物相,将它局限于一定的范围 内。从而即可直接查名称索引,找出有关的可能物相的卡
片或表格来进行对比鉴定,而不一定要查数据索引。这样
只是在最初需要选取更多的线以供进行组合之用。
在多相混合物的鉴定中一般用芬克索引更方便些。
芬克(Fink)索引
当试样包含有多相组分时,由于各项物质的衍射线互相 重叠干扰,强度数据往往很不可靠,另外,试样的吸收以及 其中晶粒的择优取向,也会使相对强度发生很大变化,这时 采用前述的索引找卡片就会产生很大困难。为克服这一困难, 芬克索引中主要以八条强线的d值作为分析依据,而把强度数 据作为次要的依据。在这种索引中,每一行也可对应一种物 质。依d值的递减次序(与哈氏索引的主要区别)列出该物质的 八条最强线的d值、英文名称、卡片序号及微缩胶卷片号。若 该物质的衍射线少于八条,则以0.00补足。每种物质在索引 中至少出现四次。若设八条最强线的d值顺序为d1、d2、d3、 d4、d5 、d6 、d7、d8,而其中假定d2、d4、d5、d7 为八条强线 中强度比其它四条d1、d3、d6、d8强的话,那么在索引中四次 的排列是这样的:
Байду номын сангаас
举例:如某物质的衍射数据如下表所示。选8条强度最 大的衍射线,按强度顺序排列为3.027、1.908、2.279、 1.872 、 2.090 、 2.49 、 3.842 、 1.923 , 查 哈 氏 索 引 3.04~3.00组发现当第一个d值为3.04,第二个d值为2.29, 第三个d值为2.10时,这个卡片的8个数据3.04、2.29、 2.10、1.91、1.88、2.50、3.86、1.60与上述的实验数据 较吻合,所列卡片号为5-586,该物质为CaCO3 。找出 卡片,将卡片上所有数据与实验数据一一比较列表,可 以确定衍射图的物质为CaCO3。
实 验
I/I0 26.5 21.1
卡 片5-586
d 1.913 1.875 1.626 1.604 1.587 后面 还有 27条 衍射 线 I/I0 17 17 4 8 2
1.908 1.872
物相鉴定中应注意的问题
(1) d的数据比I/I0数据重要。即实验数据与标准数据两者的d值必须
很接近,一般要求其相对误差在±1%以内。I/I0值容许有相当大的出入。 即使是对强线来说,其容许误差甚至可能达到50%以上。这是因为,作为 面网间距本身来说。d值是不会随实验条件的不同而改变的,只是在实验 和测量过程中可能产生微小的误差。然而。I/I0值却会随实验条件(如靶的 不同、制样方法的不同等)不同产生较大的变化。 此外,有时还会出现在同一扫描角度的范围内,实验数据与卡片上的 数据数量不同,即实验数据比卡片上少了几条弱峰(I值小)数据,在上述比 较中所测的实验数据与卡片数据在误差范围内,可以确定是该物相,因早 期为照相法积累的卡片数据,曝光时间长,很弱的衍射线也可能出现。若 实验数据比卡片上多了几条弱的衍射线数据,可能样品中有杂质混入;若 多了几条较强的衍射线数据,那可能对比错,或不是单物相,可能是多相 的混合物,多相混合物就得用后面介绍的多相鉴定方法。
可以简化手续,而且也减少了盲目性,使所得出的结果更 为可靠。同时,在最后作出鉴定时,还必须考虑到样品的
其他特征,如形态、物理性质以及有关化学成分的分析数
据等等,以便作出正确的判断。
多相分析方法
(1) 若多相混合物是未知且含量相近。则可从每个物相的3条强线考虑: 1) 从样品的衍射花样中选择5条相对强度最大的线来,显然,在这五条线 中至少有三条是肯定属于同一个物相的。因此,若在此五条线中取三条 进行组合,则共可得出十组不同的组合。其中至少有一组,其三条线都 是属于同一个物相的。当逐组地将每一组数据与哈氏索引中前3条线的数 据进行对比,其中必可有一组数据与索引中的某一组数据基本相符。初 步确定物相A。 2) 找到物相A的相应衍射数据表,如果鉴定无误,则表中所列的数据必定 可为实验数据所包含。至此,便已经鉴定出了一个物相。 3) 将这部分能核对上的数据,也就是属于第一个物相的数据,从整个实 验数据中扣除。 4) 对所剩下的数据中再找出3条相对强度较强的线,用哈氏索引进比较, 找到相对应的物相B,并将剩余的衍射线与物相B的衍射数据进行对比, 以最后确定物相B。
混合物相实验数据与JCPDS卡片中数据比较
混合物相实测数据 d 9.191 4.596 4.448 4.250 3.339 3.063 2.567 2.546 2.454 2.415 2.280 2.234 2.126 2.079 I/I0 31.6 18.9 9.8 28.8 100 41.2 5.1 6.3 8.7 7.9 6.2 3.9 6.4 3.3 低温石英 5-490 d I/I0 9.21 4.58 4.40 叶蜡石 12-203 d 40 50 20 I/I0
卡片集索引是查找卡片的工具书,它有两种形式——字母 索引和数字索引(哈氏和芬克)。
字母索引——戴维(Davey-KWIC)索引
该索引是依照化合物的英文名称按字母顺序编排的 (编排
方式与英文字典相同),每个物相占一个条目,每条列出其英文
名称、分子式、三个最强峰的d值和相对强度以及卡片号等。 相对强度是在d值的下标位臵出现。最强峰的强度定为10,以x 表示,其它的以整数表示。当图谱中存在个别比最强峰还强得 多的峰时,这个衍射的d值下标写作g。 变换物质的英文名称关键词的顺序可使一种物相在字母索 引中多次出现,如硅铝化合物 在字母索引中出现两次 (如表)。
d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8 d2、d3、d1、d4、d5、d6、d7、d8 d3、d1、d2、d4、d5、d6、d7、d8
即前三条轮番作循环臵换,后五条线的d值之顺序始终不变。这 样每种物相在索引中会出现三次以提高被检索的机会。 在索引中,每条线的相对强度写在其d值的右下角。在此,原来 百分制的相对强度值用四舍五入的办法转换成十级制。其中100用 “X”来代表。
CaCO3 实验数据与JCPDS卡片中数据比较
实 验
d 3.842 3.027 2.835 2.488 2.279 2.090 1.923 I/I0 9.6 100 3.5 14.1 22.4 16.7 6.2
卡 片5-586
d 3.86 3.035 2.845 2.495 2.286 2.095 1.927 I/I0 12 100 3 14 18 18 5 d
这样第二次排列就可找出低温石英,卡片号为5—490, 把实验的数据与卡片上的低温石英的衍射数据一一对照, 基本吻合可定为低温石英,并将其衍射线数据剔除。余下 的用三强线的d、I值查哈氏索引,找出与其相符的叶蜡石, 卡片号为12-203,并将实测数据与其卡片数据一一对照, 从而确定第二物相为叶蜡石。实测数据与卡片数据对照结 果如下表。
B.芬克(Fink)索引:也是一种按d值编排的数字索引。它主要是为强
度失真的衍射花样和具有择优取向的衍射花样设计的,在鉴定未知的混合 物相时,它比使用哈那瓦尔特索引来得方便。(混合物相)
C.戴维(Davey-KWIC)索引: 是以物质的单质或化合物的英文名称,
按英文字母顺序排列而成的索引。(已知物相) D.矿物名称索引:按矿物英文名称的字母顺序排列。 在整个索引书中,无机化合物(包括单质)及有机化合物是分开编排的。
三强线的面间距值从大到小按顺序分组排列,按各物质 三强线中第一个面间距的递减次序分成51个小组。在每一小 组内,各物质按第二个面间距的递减次序排列。若在同一小 组有几种物质的第二个面间距相同,则再按第三个面间距值 的递减次序排列。
分析方法: (1) 获得衍射图后,测量衍射线的2θ,计算出晶面间距d。 并测量每条衍射线的峰高,以最高的峰的强度作为100, 计算出每条衍射线的相对强度I/I0。 (2) 根据待测相的衍射数据,得出三强线的晶面间距值d1、 d2、d3 (最好还应当适当地估计它们的误差)。 (3) 根据d1值,在数值索引中检索适当d组。 (4) 在该组内,根据d2和d3找出与d1、d2、d3值符合较好的 一些卡片。 (5) 若无适合的卡片,改变d1、d2、d3顺序,再按(2)-(4)方 法进行查找。 (6) 最后把待测相的所有衍射线的d值和I/I0与查找出的卡片 上数据进行一一对比,若获得与卡片数据基本吻合,该卡 片上所示物质即为待测相。
当已知被检测物相的英文名称,欲确认在某体系中它是否
存在时,应用字母索引是十分便利的。
哈氏(Hanawalt)索引:
在哈氏索引中,第一种物相的数据占一行,成为一个项。由每个 物质的八条最强线的d值和相对强度、化学式、卡片号、显微检索号组 成。8条强线的构成是,首先在2θ<90°的线中选三条最强线, d1、d2、 d3,下标1、2、3表示强度降低的顺序。然后在这三条最强线之外,再 选出五条最强线,按相对强度由大而小的顺序其对应的d值依次为d4、 d5、d6、d7、d8,它们按如下三种排列:
假若样品是三相混合物,那么,开始时应选出七条最强
线,并在此七条线中取三条进行组合,则在其中总会存在有 这样一组数据,它的三条线都是属于同一物相的。对该物相
作出鉴定之后,把属于该物相的数据从整个实验数据中剔除,
其后的工作便变成为一个鉴定两相混合物的工作了。 假如样品是更多相的混合物时,鉴定方法与原理仍然不变,
编制索引,以便从数以万计的卡片中迅速取出所需卡片。索引分为 字母索引和数字索引两种。 要从成千上万张卡片中查对物相是十分困难的,必须建立一个有效的
索引。JCPDS包括检索手册和卡片集两大部分。在检索手册中共有四种按 不同方法编排的索引:。
A.哈氏(Hanawalt)索引: 是一种按d值编排的数字索引,是鉴定未知 相时主要使用的索引。(未知物相)
● 布拉格方程及其意义 ● 衍射强度——结构因子 ● 衍射仪的基本构造 ● 物相分析(定性和定量)的基本原理和方法
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