多晶X射線衍射技術(shù)與應(yīng)用

1緒論1
0.1X射線衍射分析法是研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的基本實(shí)驗(yàn)方法1
0.2物質(zhì)的性質(zhì)性能都是由它的結(jié)構(gòu)決定的2
0.3多晶（粉末）X射線衍射分析法的應(yīng)用2
參考文獻(xiàn)6
第1章X射線基礎(chǔ)7
1.1X射線性質(zhì)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(zhì)對(duì)X射線的衰減17
1.4.1衰減公式17
1.4.2質(zhì)量吸收系數(shù)18
1.4.3X射線的光電效應(yīng)20
1.4.4吸收性質(zhì)在X射線實(shí)驗(yàn)技術(shù)中的應(yīng)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(qiáng)度的檢測技術(shù)24
1.6.1熒光板24
1.6.2照相方法25
1.6.3單點(diǎn)檢測器25
1.6.4固體陣列檢測器29
1.6.5位敏正比計(jì)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(shù)31
1.7X射線的防護(hù)32
參考文獻(xiàn)33
第2章晶體學(xué)基礎(chǔ)34
2.1晶體與晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)34
2.1.1晶體的基本特征34
2.1.2點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)36
2.1.3晶體的對(duì)稱性和晶系40
2.1.4晶胞43
2.1.5晶體學(xué)空間群和點(diǎn)群46
2.1.6晶體的外形47
2.1.7實(shí)際晶體與晶格缺陷48
2.2晶體對(duì)X射線的衍射54
2.2.1衍射方向55
2.2.2衍射強(qiáng)度58
2.2.3衍射線的峰形61
2.3準(zhǔn)晶體的衍射64
2.3.1準(zhǔn)晶體64
2.3.2準(zhǔn)晶體的衍射65
參考文獻(xiàn)65
第3章多晶X射線衍射儀66
3.1X射線衍射儀器設(shè)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(xué)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(gòu)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(qiáng)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(tái)附件95
3.3多晶粉末衍射數(shù)據(jù)庫和軟件95
參考文獻(xiàn)96
第4章粉末X射線衍射圖的獲取98
4.1樣品準(zhǔn)備與制片98
4.1.1對(duì)樣品粉末粒度的要求99
4.1.2樣品試片平面的準(zhǔn)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(jié)104
4.2數(shù)據(jù)收集105
4.2.1實(shí)驗(yàn)波長的選擇105
4.2.2掃描條件的選擇106
4.2.3關(guān)于實(shí)驗(yàn)條件選擇的小結(jié)與示例110
4.3粉末衍射圖的初步檢查112
參考文獻(xiàn)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(qiáng)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(qiáng)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(rèn)123
5.2.3Kα2衍射的分離125
5.2.4平滑二階導(dǎo)數(shù)法自動(dòng)讀出峰位，同時(shí)確定峰高和峰寬128
5.2.5峰處理程序的流程130
參考文獻(xiàn)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(jié)果評(píng)價(jià)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(jī)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(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)測量不確定度各分量的評(píng)定148
6.3.3衍射儀測定的衍射角合成標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度的評(píng)定150
6.4衍射儀衍射強(qiáng)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(jì)數(shù)損失及其修正151
6.4.3X射線強(qiáng)度測值不確定度的統(tǒng)計(jì)漲落分量152
6.4.4粉末衍射強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測值不確定的強(qiáng)度評(píng)定155
6.4.5粉末衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)運(yùn)算中標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)指數(shù)157
6.6多晶衍射儀的驗(yàn)收、性能的評(píng)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(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)159
6.6.3衍射強(qiáng)度校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)161
6.6.4衍射儀性能指標(biāo)的評(píng)估163
6.6.5衍射儀運(yùn)行狀態(tài)的質(zhì)量控制165
參考文獻(xiàn)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(nèi)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(duì)的方法178
7.4.3判定為“匹配”的要領(lǐng)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(jié)論的不確定性195
7.7物相檢索?匹配實(shí)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(jié)構(gòu)測定的一般步驟202
7.8.3粉末衍射圖指標(biāo)化203
7.8.4未知相晶體結(jié)構(gòu)類型或空間群的確定205
7.8.5新標(biāo)準(zhǔn)衍射數(shù)據(jù)卡的建立206
7.9異常衍射圖例206
參考文獻(xiàn)208
第8章X射線衍射物相定量分析209
8.1衍射強(qiáng)度與物相組成的關(guān)系209
8.2比強(qiáng)度法211
8.2.1內(nèi)標(biāo)方程、比強(qiáng)度（K值）與內(nèi)標(biāo)法211
8.2.2外標(biāo)方程與外標(biāo)法213
8.2.3參考比強(qiáng)度數(shù)據(jù)庫的建立和標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)214
8.2.4應(yīng)用實(shí)例217
8.3無標(biāo)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(biāo)樣法220
8.3.3內(nèi)標(biāo)消約的無標(biāo)樣法223
8.3.4樣內(nèi)異相消約的無標(biāo)樣法224
8.4外標(biāo)消約無標(biāo)樣定量法226
8.4.1外標(biāo)消約無標(biāo)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(biāo)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(shù)要點(diǎn)238
8.6.3需要已知晶體結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(gòu)建242
8.7.1分析策略的概念242
8.7.2內(nèi)標(biāo)消約法244
8.7.3外標(biāo)消約法244
8.7.4樣內(nèi)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(jì)算K值法247
8.8衍射定量實(shí)驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)247
8.8.1一般注意事項(xiàng)248
8.8.2制樣249
8.8.3實(shí)驗(yàn)條件的選擇250
8.8.4衍射峰“凈”強(qiáng)度的求得250
8.8.5全譜擬合方法對(duì)實(shí)驗(yàn)的基本要求251
8.9衍射定量分析結(jié)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(jié)果的不確定度254
8.9.2物相的檢出限257
8.10非晶質(zhì)相的定量259
8.10.1非晶質(zhì)物相含量的估算259
8.10.2差值法測定非晶質(zhì)物相含量260
8.10.3結(jié)晶度的測定261
參考文獻(xiàn)264
第9章晶胞參數(shù)的精測及其應(yīng)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(duì)法273
9.2.4內(nèi)標(biāo)法273
9.3精確晶胞參數(shù)的實(shí)際測量273
9.3.1儀器及其調(diào)整和校驗(yàn)274
9.3.2制樣274
9.3.3測量274
9.3.4結(jié)果計(jì)算275
9.4精確晶胞參數(shù)或晶面間距數(shù)據(jù)的應(yīng)用275
9.4.1固溶體類型的研究275
9.4.2固溶體、類質(zhì)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(jié)構(gòu)狀態(tài)的表征283
9.4.6測定有關(guān)的晶體性質(zhì)數(shù)據(jù)285
9.4.7金屬材料中宏觀應(yīng)力的測量285
參考文獻(xiàn)287
第10章峰形分析及其應(yīng)用288
10.1概述288
10.2衍射線的實(shí)測峰形與“真實(shí)”峰形289
10.2.1卷積的概念289
10.2.2衍射線實(shí)測峰形的數(shù)學(xué)表示291
10.2.3影響實(shí)測峰形的其他因素及其修正291
10.3衍射線真實(shí)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(shí)峰形的積分寬294
10.4.2兩種寬化效應(yīng)的關(guān)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(yīng)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(shí)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(shí)峰形數(shù)據(jù)的應(yīng)用300
10.6.1再論Scherrer公式301
10.6.2微觀應(yīng)力的測定302
10.6.3兩種寬化效應(yīng)同時(shí)存在的情況303
10.6.4《MDI Jade》的“由峰寬化估算晶粒大小和應(yīng)變”選項(xiàng)304
10.6.5“球鎳”307
10.6.6黏土礦物結(jié)構(gòu)缺陷的表征313
參考文獻(xiàn)321
附錄323
附錄1μt=1和衍射強(qiáng)度衰減為10%時(shí)試樣的厚度(計(jì)算值)323
附錄2常見礦物的質(zhì)量吸收系數(shù)μ*（CuKα）324
附錄3晶面間距與點(diǎn)陣參數(shù)的關(guān)系325
附錄4多晶（粉末）的衍射強(qiáng)度326
附錄5X射線衍射分析用X射線管的特征波長及有關(guān)數(shù)據(jù)330
附錄6立方晶系的衍射指標(biāo)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(zhì)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(jié)構(gòu)分類表344
附錄11測量不確定度報(bào)告及表示，測量結(jié)果及不確定度的有效位數(shù)345
附錄12X射線晶體學(xué)資料及數(shù)據(jù)庫資源簡介347