本文目录一览：
- 1、X射线衍射分析
- 2、简述x射线衍射分析的特点和应用
- 3、x射线衍射分析的意义
- 4、X射线衍射分析的基本原理
- 5、X衍射分析基础
- 6、x射线衍射分析的主要分析方法有哪些
- 7、粉晶X射线衍射定性相分析
- 8、X-射线衍射分析法测试什么.......
- 9、X射线衍射分析可以获得（）。
- 10、粉晶X射线衍射定量相分析
X射线衍射分析
1、X射线的产生
凡是高速运动着的电子流或其他高能辐射流突然减速时均能产生X射线。实验室用X射线通常是由X射线机产生，X射线机主要由X射线管、高压变压器、电压和电流调节及稳定系统等构成。X射线管实质上就是一个真空二极管，主要由产生电子并将电子束聚焦的电子枪（阴极）和发射X射线的金属靶（阳极）两大部分组成。
2、X射线的本质
X射线本质上与无线电波、紫外线、可见光、γ射线等一样，也是电磁波，具有波粒二象性。其波长范围在0.001~100nm之间，介于紫外线和γ射线之间，但没有明显的分界线。
X射线与可见光相比，除具有波粒二象性的共性之外，还因其波长短、能量大而显出某些独特性质：
（1）穿透能力强：可穿透如生物的软组织、木板、玻璃，甚至除重金属外的金属板等可见光不能穿透的物质，还能使气体电离。
（2）折射率几乎为1：X射线穿过不同媒质时几乎不折射、不反射，仍可视为直线传播。
（3）通过晶体时发生衍射：晶体起衍射光栅作用，因而可用X射线研究晶体内部结构。
3、X射线与物质的相互作用
X射线能量高，其透过物质后会变弱，这是由于入射X射线与物质相互作用的结果。X射线与物质的相互作用十分复杂，其作用过程会产生物理、化学和生化变化，并引起各种效应。X射线可使一些物质发出荧光，破坏物质的化学键，促使新键形成，促进物质的合成，引起生物效应，导致新陈代谢发生变化等。
X射线照射到物质上产生的一些现象 X射线照到物质上时，可以观察到絮叨现象：在空间各个方向都可观测到与入射线有相同波长的散射线，且在不同方向上其散射线的强度是不同的，其中的某些方向强度较高；在各个方向上还存在着与入射线波长不同的散射线，其波长在大于入射X射线波长的范围内是连续的。部分波长会出现高强度，且散射线的强度随方向而变化；作用结果会产生许多具有不同能量的电子，射向空间各个方向。此外，还伴随有热量的释放。
简述x射线衍射分析的特点和应用
x射线衍射分析的特点和应用如下：
1、物理特性
（1）穿透作用。X射线因其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力。X射线穿透物质的能力与X射线光子的能量有关，X射线的波长越短，光子的能量越大，穿透力越强。X射线的穿透力也与物质密度有关，利用差别吸收这种性质可以把密度不同的物质区分开来。
（2）电离作用。物质受X射线照射时，可使核外电子脱离原子轨道产生电离。利用电离电荷的多少可测定X射线的照射量，根据这个原理制成了X射线测量仪器。在电离作用下，气体能够导电；某些物质可以发生化学反应；在有机体内可以诱发各种生物效应。
（3）荧光作用。X射线波长很短不可见，但它照射到某些化合物如磷、铂氰化钡、硫化锌镉、钨酸钙等时，可使物质发生荧光（可见光或紫外线），荧光的强弱与X射线量成正比。这种作用是X射线应用于透视的基础，利用这种荧光作用可制成荧光屏，用作透视时观察X射线通过人体组织的影像，也可制成增感屏，用作摄影时增强胶片的感光量。
（4）热作用。物质所吸收的X射线能大部分被转变成热能，使物体温度升高。
（5）干涉、衍射、反射、折射作用。这些作用在X射线显微镜、波长测定和物质结构分析中都得到应用。
2、化学特性
（1）感光作用。X射线同可见光一样能使胶片感光。胶片感光的强弱与X射线量成正比，当X射线通过人体时，因人体各组织的密度不同，对X射线量的吸收不同，胶片上所获得的感光度不同，从而获得X射线的影像。
（2）着色作用。X射线长期照射某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，可使其结晶体脱水而改变颜色。
3、生物特性
（1）X射线照射到生物机体时，可使生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变。不同的生物细胞，对X射线有不同的敏感度，可用于治疗人体的某些疾病，特别是肿瘤的治疗。
（2）在利用X射线的同时，人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍，白血病等射线伤害的问题，在应用X射线的同时，也应注意其对正常机体的伤害，注意采取防护措施。
x射线衍射分析的意义
x射线衍射分析的意义如下：
X射线衍射相分析是利用X射线在晶体物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术。
X射线衍射分析是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。
本法的特点在于可以获得元素存在的化合物状态、原子间相互结合的方式，从而可进行价态分析，可用于对环境固体污染物的物相鉴定，如大气颗粒物中的风砂和土壤成分、工业排放的金属及其化合物（粉尘）、汽车排气中卤化铅的组成、水体沉积物或悬浮物中金属存在的状态等等。
应用范围：
晶体的X射线衍射图像实质上是晶体微观结构的一种精细复杂的变换，每种晶体的结构与其X射线衍射图之间都有着一一对应的关系，其特征X射线衍射图谱不会因为它种物质混聚在一起而产生变化，这就是X射线衍射物相分析方法的依据。制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化，将待分析物质的衍射花样与之对照，就成为物相定性分析的基本方法。
鉴定出各个相后，根据各相花样的强度正比于改组分存在的量（需要做吸收校正者除外），就可对各种组分进行定量分析。目前常用衍射仪法得到衍射图谱，用“粉末衍射标准联合会（JCPDS）”负责编辑出版的“粉末衍射卡片（PDF卡片）”进行物相分析。
X射线衍射分析的基本原理
如果让一束连续X射线照到一薄片晶体上，而在晶体后面放一黑纸包着的照相底片来探测X射线，则将底片显影、定影以后，可以看到除了连续的背景和透射光束造成的斑点以外，还可以发现有其他许多斑点存在。这些斑点的存在表明有部分X射线遇到晶体后，改变了其前进的方向，与原来的入射方向不一致了，这些X射线实际上是晶体中各个原子对X射线的相干散射干涉叠加而成的，我们称之为衍射线。
图11.1中各点代表的是晶体中的原子，1、2、3是一组平行的面网，面网间距为d。设入射X射线沿着与面网成θ角的方向射入，首先看图11.1a中晶面1上的情况，当散射线方向满足光学镜面反射条件(即散射线、入射线与原子面法线共面，且在法线两侧，散射线与原子面的夹角等于入射线与原子面的夹角)时，各原子的散射波将具有相同的位相，因而干涉加强。
图11.1 布拉格方程的推导
由于X射线具有相当强的穿透能力，可以穿透成千上万个原子面，因此必须考虑各个平行的原子面间的反射波的相互干涉问题。图11.1b中的PA和QA′是入射到相邻两个原子面上的入射线，它们的反射线分别为AP′和A′Q′，它们之间的光程差为
δ=QA′Q′-PAP′=SA′+A′T
因为
SA′=A′T=dsinθ
所以
δ=2dsinθ
只有当此光程差为波长λ的整数倍时，相邻镜面的反射波才能干涉加强形成衍射线，所以产生衍射的条件是
2dsinθ=nλ
其中的n为整数，称为衍射级数。这就是著名的布拉格公式，是X射线晶体学中最基本的公式，其中的θ角称为布拉格角或半衍射角。若能产生衍射，则入射线与晶面的交角必须满足布拉格公式。
在日常工作中，为了方便，往往将晶面族(hkl)的n级衍射作为设想的晶面族(nh，nk，nl)的一级衍射来考虑。所以布拉格公式可改写为
2dnh，nk，nlsinθ=λ
指数nh、nk、nl称为衍射指数，用(HKL)表示，与晶面指数的不同之处是可以有公约数。实际上，为了书写方便，往往把上式中的衍射指数省略，布拉格公式就简化为
2dsinθ=λ
因此，在用单色X射线研究晶体时，如果波长已知，衍射角可以用实验方法确定，面网间距d即可求出。
由上面的布拉格公式可知，衍射线的方向只与X射线的波长、晶胞的形状和大小，以及入射线与晶体的相对方位等有关。反之，若测得衍射线的方向，就有可能得到有关晶胞参数、晶体方位等信息。
而衍射线束的强度主要与晶体结构(包括晶胞中原子的种类、数目及排列方式)、晶体的完整性以及参与衍射的晶体的体积等有关。因此，根据衍射线束强度的测量和分析，可以得到与晶体结构及点阵畸变等有关的信息。
X射线衍射仪用测角仪和计数管来测量和记录衍射的方向和强度，自动收集和处理衍射数据，并根据所提供的数据进行物相鉴定、定量相分析、晶胞参数的精确测定、晶粒大小和结晶度计算等。
X衍射分析基础
11.3.1.1 样品制备
粉晶X射线衍射样品的制备会直接影响衍射效果。因此，制备合乎要求的样品是粉晶X射线衍射仪分析技术中的重要环节。X射线衍射分析的样品主要有粉末样品、块状样品、薄膜样品、纤维样品等。样品不同、分析目的不同(定性分析或定量分析)，则样品制备方法也不相同，如图11.4所示。
图11.4 常用样品的制备方法
a—粉末样品；b—块状样品；c—微量样品；d—薄膜样品
(1)粉末样品
粉末样品应有一定的粒度要求，所以通常将试样研细后使用，可用玛瑙研钵研细。定性分析时粒度应小于44μm(350目)，定量分析时应将试样研细至10μm左右。较方便地确定10μm粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末并捻动，两手指间没有颗粒感觉的粒度即大致为10μm。根据粉末的数量可压在玻璃制的通框或浅框中，压制时一般不加粘结剂，所加压力以使粉末样品粘牢为限，压力过大可能导致颗粒间的择优取向。当粉末数量很少时，可在玻璃片上抹一层凡士林，再将粉末均匀撒上。
常用的粉末样品架为玻璃试样架，在玻璃板上蚀刻出试样填充区，约为20×18mm2。玻璃样品架主要用于粉末试样较少时(约少于500mm3)使用。充填时，将试样粉末一点一点地放进试样填充区，重复这种操作，使粉末试样在试样架里均匀分布并用玻璃板压实，要求试样面与玻璃表面平齐。如果试样的量少到不能充分填满试样填充区，可在玻璃试样架凹槽里先滴一薄层用醋酸戊酯稀释的火棉胶溶液，然后将粉末试样撒在上面，待干燥后测试。
(2)块状样品
先将块状样品表面研磨抛光，大小不超过20mm× 18mm，然后用橡皮泥将样品粘在铝样品支架上，要求样品表面与铝样品支架表面平齐。
(3)微量样品
取微量样品放入玛瑙研钵中将其研细，然后将研细的样品放在单晶硅样品支架上(切割单晶硅样品支架时使其表面不满足衍射条件)，滴数滴无水乙醇使微量样品在单晶硅片上分散均匀，待乙醇完全挥发后即可测试。
(4)薄膜样品
将薄膜样品剪成合适大小，用胶带纸粘在玻璃样品支架上。
11.3.1.2 实验参数选择
(1)阳极靶的选择
尽可能避免靶材产生的特征X射线激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样的背底，使图样清晰。
必须根据试样所含元素的种类来选择最适宜的特征X射线波长(靶)。当X射线的波长稍短于试样成分元素的吸收限时，试样强烈地吸收X射线，并激发产生成分元素的荧光X射线，背底增高，其结果是P/B值低(峰背比，亦称信噪比，P为峰强度，B为背底强度)，衍射图谱难以分清。
衍射仪法常规测量多采用铜靶，石墨单色器滤波。将石墨单色器放在样品与计数器之间，这样不但可以滤掉β线，还可以滤掉样品的荧光辐射。
(2)管电压和管电流的选择
工作电压设定为3～5倍的靶材临界激发电压。选择管电流时，功率不能超过X射线管额定功率，较低的管电流可以延长X射线管的寿命。
X射线管经常使用的负荷(管电压和管电流的乘积)选为最大允许负荷的80%左右。但是，当管电压超过激发电压5倍以上时，强度的增加率将下降。所以，在相同负荷下产生X射线时，在管电压约为激发电压5 倍以内时要优先考虑管压，在更高的管压下其负荷可用管流进行调节。靶元素的原子序数越大，激发电压就越高。由于连续X射线的强度与管电压的平方成正比，特征X射线与连续X射线的强度之比随着管电压的增加接近一个常数，当管电压超过激发电压的4～5倍时反而变小，所以管电压过高，P/B值将降低，这是不可取的。
(3)狭缝的选择
根据测试目的选择相应的狭缝。
A.发散狭缝的选择(DS)
发散狭缝(DS)决定了X射线水平方向的发散角，限制试样被X射线照射的面积。如果使用较宽的发射狭缝，X射线强度增加，但在低角度入射X射线超出试样范围，照射到边上的试样架，出现试样架物质的衍射峰或漫散射峰，对定量相分析带来不利的影响。因此有必要按测定目的选择合适的发散狭缝宽度。
生产厂家提供(1/6)°、(1/2)°、1°、2°、4°的发散狭缝，在一般的定性或定量分析中，通常物相定性分析时选用1°发散狭缝，当低角度衍射特别重要时，可以选用(1/2)°或(1/6)°发散狭缝。
B.防散射狭缝的选择(SS)
防散射狭缝用来防止空气等物质引起的散射X射线进入探测器，SS与DS选用的角度相同。
C.接收狭缝的选择(RS)
生产厂家提供0.15mm、0.3mm、0.6mm的接收狭缝，接收狭缝的大小影响衍射线的分辨率。接收狭缝越小，分辨率越高，衍射强度越低。通常物相定性分析时使用0.3mm的接收狭缝，精确测定可使用0.15mm的接收狭缝。
11.3.1.3 计数条件的选择
(1)扫描范围的确定
不同的测定目的，其扫描范围也不相同。当选用铜靶进行无机化合物的相分析时，扫描范围一般为90°～2°(2θ)；对于高分子、有机化合物的相分析，其扫描范围一般为60°～2°；在定量分析、点阵参数测定时，对准备测定的衍射峰的扫描范围仅为几度。
(2)扫描速度的选择
扫描速度可视分析要求而定。一般来说，扫描速度越慢，获得的衍射图越精细，但测试时间也相应延长。常规物相定性分析常采用每分钟2°或4°的扫描速度，在进行点阵参数测定、微量分析或物相定量分析时，常采用每分钟(1/2)°或(1/4)°的扫描速度。
(3)时间常数的设置
指用步进扫描时每一步停留的时间，单位为s，可视分析要求而定。时间常数选择很重要，在进行微区探测、定量分析等工作中，可增加时间常数以获得较好的强度值。
(4)扫描方式的选择
衍射仪法是通过探测器对衍射线扫描进行测量的，其扫描方式分为连续扫描和步进扫描两种。
连续扫描是测角仪按照规定的速度扫描，并进行同步记录。连续扫描的优点是快速而方便，但由于机械设备及计数等的滞后效应和平滑效应，所记录的衍射信息总是落后于探测器接收到的，从而造成衍射线峰位向扫描方向移动、分辨率降低、线形畸变等缺点。当扫描速度快时，这些缺点更加明显。
步进扫描又称为阶梯扫描，也就是使探测器以一定的角度间隔(步长)逐步移动，对衍射峰强度进行逐点测量。探测器每移动一步，就停留一定的时间，并以定标器测定该时间段内的总计数，然后再移动一步，重复测量。与连续扫描法相比，步进扫描无滞后及平滑效应，因此衍射线峰位正确，分辨率好。
在一般的物相分析中可采用连续扫描，如果要精确测量2θ以及衍射强度，最好采用慢速步进扫描。但是，现在的计算机数据处理中，无论采用哪一种方式，数据都是以2θ步宽方式存储的。
在实际测试工作中，必须针对实验目的和试样情况恰当选择测定条件。表11.1是常用的标准测定条件。
现代岩矿分析实验教程
续表
11.3.1.4 粉晶衍射图
典型的粉晶衍射图如图11.5所示。
图11.5 粉晶衍射图
衍射图中的内容如下：①横坐标为衍射角度，用2θ表示，单位为(°)；②纵坐标为强度标值，用I表示，单位为cps(计数/秒)；③峰顶标值为面网间距，用d表示，单位为?(1 ?=10-10m)；④基线BL；⑤背景B为基线与横坐标之间的距离，单位为cps;⑥半高宽为峰高的1/2处，此值可用来表示某些晶体的结晶度；⑦衍射强度为去背景后的峰高h，单位为cps，也可用相对强度表示，峰值最大为100，其余按比例换算，一般用积分面积(h×w)表示衍射强度；⑧峰背比(h/B)，此值越大越好。
在粉晶衍射图中任何一个衍射峰都是由峰位、强度、半高宽、峰形和对称性五个基本要素组成。峰位即衍射峰的最大强度位置；衍射强度是指衍射峰最大值的高度；半高宽是峰高的1/2处的宽度；峰形为衍射峰的形态；对称性是指衍射峰的对称特点。这五个基本要素都具有其自身的物理学意义，衍射峰的位置是晶体中符合布拉格条件的面网的衍射;衍射强度与物相的成分和结构以及物相在混合物中的含量有关；半高宽及峰形是晶粒大小与畸变的函数；衍射峰的对称性与光源聚敛性、样品吸收性、仪器机械装置等因素及其他衍射峰或物相存在有关。
要获得一张好的衍射图谱，除需要选择性能优良的仪器、保证测量精度及调试状况良好外，采用合适的制样方法，选择最佳的实验参数都很重要。除此之外，晶体本身的纯度、结构以及结晶状况对衍射图也有影响。
在粉晶X射线衍射实验中，有时会发现衍射图的异常现象。衍射图的异常不仅与衍射仪等设备有关，还与晶体本身结构有关。常见的衍射图异常现象及原因见表11.2。
表11.2 粉晶衍射线的异常现象及其原因
x射线衍射分析的主要分析方法有哪些
X射线衍射相分析（phase
analysis
of
xray
diffraction）利用X射线在晶体物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术。每一种结晶物质，都有其特定的晶体结构，包括点阵类型、晶面间距等参数，用具有足够能量的x射线照射试样，试样中的物质受激发
x射线衍射相分析（phase
analysis
of
xray
diffraction）利用x射线在晶体物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术。
x射线衍射相分析（phase
analysis
of
xray
diffraction）利用x射线在晶体物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术。每一种结晶物质，都有其特定的晶体结构，包括点阵类型、晶面间距等参数，用具有足够能量的x射线照射试样，试样中的物质受激发，会产生二次荧光x射线（标识x射线），晶体的晶面反射遵循布拉格定律。通过测定衍射角位置（峰位）可以进行化合物的定性分析，测定谱线的积分强度（峰强度）可以进行定量分析，而测定谱线强度随角度的变化关系可进行晶粒的大小和形状的检测。
粉晶X射线衍射定性相分析
11.3.2.1 粉晶X射线定性相分析的基本原理和方法
粉晶X射线定性相分析(物相鉴定)是指用X射线粉晶衍射数据对样品中存在的物相(而不是化学成分)进行鉴别。其理论根据是：任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都有自己特有的衍射花样，即衍射谱线，不可能存在衍射花样完全相同的两种不同物质。由不同物质组成的混合物的衍射花样是混合物中各物相衍射花样的机械叠加。于是，当我们在待分析试样的衍射花样中，发现了与某种结晶物质相同的衍射花样时，就可断定试样中包含着这种结晶物质，而混合物中某项的衍射线强度取决于它在试样中的相对含量。因此，若测定了各种结晶物质的衍射线的强度比，还可以推算出它们的相对含量来，这也是X射线物相定量分析的理论依据。
进行定性相分析时，需要将样品的衍射图谱转换成一套相应的衍射数据。衍射数据主要包括两方面的数值，即面网间距和衍射强度，然后与各种结晶物质的标准衍射花样进行比较、鉴别。
为了便于进行这种比较和鉴别，早在1938年，哈那瓦特等就开始收集和摄取各种已知物质的衍射花样，将其衍射数据进行科学的整理和分类。1942年，美国材料试验协会(ASTM)整理出版了1300张卡片，称之为ASTM卡片，简称PDF。为了使粉晶衍射数据的收集、编写、出版和分配国际化，1969年美国成立了粉末衍射标准联合委员会(JCPDS)。因此，也将标准粉晶数据卡称为JCPDS卡。从1977年的第27组卡片开始，这些工作由国际衍射数据中心(ICDD)主持收集和出版，其卡片也称ICDD卡片。目前的粉晶X射线衍射数据以数据库的形式发行。
随着标准数据的不断增加，人工检索的困难性越来越大，粉晶X射线衍射物相检索逐步由计算机来进行。目前比较成熟的检索系统有Frevel和Johnson-Vand系统，这些系统不仅能对混合物相进行鉴定，还能对衍射数据的优劣和鉴定结果的可靠程度进行评价。检索程序与自动扫描程序、衍射图谱的自动测量程序连接还可以使粉晶X射线衍射物相分析走向完全的自动化。计算机自动检索系统包括两个部分，即数据库文件和检索匹配程序。数据库文件又按无机物、矿物、有机物，常见、次常见物质等分为若干子库。检索匹配程序的功能是按照未知物相的d与I值以及用户提供的其他数据自动查寻数据文件库，找到与未知物吻合的标准卡片。除样品的d与I值外(由衍射仪自动提供或由用户输入)，用户还需输入的其他数据，包括误差窗口、样品中存在和排除的化学元素(10～20个)、物相类型(无机物、矿物、有机物)、检索匹配的判断因子(品质因子、可靠性因子)等。
计算机将以上各种因子与用户给定的因子范围对比，符合给定范围的所有卡片将在终端显示出来，如果显示的卡片不止一张，用户需要根据其他方面的资料以及经验进行判断，找出正确的物相。
常用的商业检索软件有MDI Jade，Search-Match，X′Pert High Score，EVA等。
11.3.2.2 粉晶X射线衍射定性相分析的困难和应注意的问题
粉晶X射线衍射定性相分析的基础是ICDD卡片，故ICDD卡片的正确和全面与否直接影响粉晶X射线衍射定性相分析的顺利进行。目前的ICDD卡片已经比较完备，但由于物质种类繁多，随着科学的发展，新物相又不断地被合成，加上固溶体、同晶型、结构相似性等因素，ICDD卡片不可能包括所有的物相，而且有少量早期卡片存在错误，因此工作中会时常遇到查不到标准数据或不能确定物相的情况，这是ICDD卡片检索方法的最大局限性。此外，定性物相分析的成功率还取决于其他很多因素，除了检索方法不当导致失败外，图谱质量高低和判读的正确与否也同样会影响物相鉴定的成败，图谱质量又与样品本身以及实验条件等有关。因此，要保证物相鉴定的高质量，还必须在以下各方面加以考虑:
1)制样时要尽量将样品分成单相样品或以某一单相为主的样品，尽量使样品颗粒均匀，无择优取向，颗粒大小合适，避免强烈的消光作用和微吸收效应。
2)要保证衍射线有足够的强度，因此需要选取合适的X射线源，适当地增加每步测量时间和保证适当地样品被照射面积等。
3)选用合适的狭缝和单色化方法(或滤波片位置)，以避免荧光效应；选用正确的波高分析器参数，适当减小接收狭缝和使用大功率X射线源，提高分辨率和峰背比。
4)样品尽量纯正，结晶程度尽量好。
X-射线衍射分析法测试什么.......
一、
X射线衍射原理及应用介绍
特征X射线及其衍射 X射线是一种波长很短(约为20～0.06 nm)的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。在用电子束轰击金属“靶”产生的X射线中,包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征（或标识）X射线。考虑到X射线的波长和晶体内部原子间的距离(10^(-8)cm)相近，1912年德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束 X射线通过晶体时将会发生衍射；衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上增强、而在其它方向上减弱；分析在照相底片上获得的衍射花样，便可确定晶体结构。这一预见随后为实验所验证。1913年英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶体衍射基础的著名公式——布拉格定律：
2d sinθ=nλ，式中，λ为X射线的波长，衍射的级数n为任何正整数。
当X射线以掠角θ(入射角的余角，又称为布拉格角)入射到某一具有d点阵平面间距的原子面上时,在满足布拉格方程时，会在反射方向上获得一组因叠加而加强的衍射线。
X-射线衍射分析法应用：
1、当X射线波长λ已知时(选用固定波长的特征X射线)，采用细粉末或细粒多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中，从每一θ角符合布拉格条件的反射面得到反射。测出θ后，利用布拉格公式即可确定点阵平面间距d、晶胞大小和晶胞类型;
2、利用X射线结构分析中的粉末法或德拜-谢乐(Debye—Scherrer)法的理论基础，测定衍射线的强度,就可进一步确定晶胞内原子的排布。
3、而在测定单晶取向的劳厄法中所用单晶样品保持固定不变动（即θ不变）,以辐射线束的波长λ作为变量来保证晶体中一切晶面都满足布拉格条件,故选用连续X射线束。再把结构已知晶体（称为分析晶体）用来作测定，则在获得其衍射线方向θ后,便可计算X射线的波长λ，从而判定产生特征X射线的元素。这便是X射线谱术,可用于分析金属和合金的成分。
4、X射线衍射在金属学中的应用
X射线衍射现象发现后，很快被用于研究金属和合金的晶体结构，出现了许多具有重大意义的结果。如韦斯特格伦（A.Westgren）(1922年)证明α、β和δ铁都是体心立方结构，β-Fe并不是一种新相;而铁中的α—→γ相转变实质上是由体心立方晶体转变为面心立方晶体，从而最终否定了β-Fe硬化理论。随后,在用X射线测定众多金属和合金的晶体结构的同时，在相图测定以及在固态相变和范性形变研究等领域中均取得了丰硕的成果。如对超点阵结构的发现，推动了对合金中有序无序转变的研究；对马氏体相变晶体学的测定，确定了马氏体和奥氏体的取向关系；对铝铜合金脱溶的研究等等。目前 X射线衍射(包括X射线散射)已经成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法。
在金属中的主要应用有以下方面：
（1）物相分析 是X射线衍射在金属中用得最多的方面，又分为定性分析和定量分析。定性分析是把对待测材料测得的点阵平面间距及衍射强度与标准物相的衍射数据进行比较，以确定材料中存在的物相；定量分析则根据衍射花样的强度，确定待测材料中各相的比例含量。
（2）精密测定点阵参数 常用于相图的固态溶解度曲线的绘制。溶解度的变化往往引起点阵常数的变化；当达到溶解限后，溶质的继续增加引起新相的析出，不再引起点阵常数的变化。这个转折点即为溶解限。另外点阵常数的精密测定可获得单位晶胞原子数，从而可确定固溶体类型；还可以计算出密度、膨胀系数等有用的物理常数。
（3）取向分析 包括测定单晶取向和多晶的结构（如择优取向）。测定硅钢片的取向就是一例。另外，为研究金属的范性形变过程，如孪生、滑移、滑移面的转动等，也与取向的测定有关。
（4）晶粒（嵌镶块）大小和微观应力的测定 由衍射花样的形状和强度可计算晶粒和微应力的大小。在形变和热处理过程中这两者有明显变化，它直接影响材料的性能。
（5）宏观应力的测定 宏观残留应力的方向和大小，直接影响机器零件的使用寿命。利用测定点阵平面在不同方向上的间距的改变，可计算出残留应力的大小和方向。
（6）对晶体结构不完整性的研究 包括对层错、位错、原子静态或动态地偏离平衡位置，短程有序，原子偏聚等方面的研究（见晶体缺陷）。
（7）合金相变 包括脱溶、有序无序转变、母相新相的晶体学关系，等等。
（8）结构分析 对新发现的合金相进行测定，确定点阵类型、点阵参数、对称性、原子位置等晶体学数据。
（9）液态金属和非晶态金属 研究非晶态金属和液态金属结构，如测定近程序参量、配位数等。
（10）特殊状态下的分析 在高温、低温和瞬时的动态分析。
此外，小角度散射用于研究电子浓度不均匀区的形状和大小,X射线形貌术用于研究近完整晶体中的缺陷如位错线等，也得到了重视。
X射线分析的新发展
金属X射线分析由于设备和技术的普及已逐步变成金属研究和材料测试的常规方法。早期多用照相法，这种方法费时较长，强度测量的精确度低。50年代初问世的计数器衍射仪法具有快速、强度测量准确，并可配备计算机控制等优点，已经得到广泛的应用。但使用单色器的照相法在微量样品和探索未知新相的分析中仍有自己的特色。从70年代以来，随着高强度X射线源（包括超高强度的旋转阳极X射线发生器、电子同步加速辐射,高压脉冲X射线源）和高灵敏度探测器的出现以及电子计算机分析的应用，使金属 X射线学获得新的推动力。这些新技术的结合，不仅大大加快分析速度，提高精度，而且可以进行瞬时的动态观察以及对更为微弱或精细效应的研究。
5、X射线物相分析
X射线照射晶体物相产生一套特定的粉未衍射图谱或数据D-I值。其中D-I与晶胞形状和大小有关，相对强度I/I0，与质点的种类和位置有关。
与人的手指纹相似，每种晶体物相都有自己独特的XPD谱。不同物相物质即使混在一起，它们各自的特征衍射信息也会独立出现，互不干扰。据此可以把任意纯净的或混合的晶体样品进行定性或定量分析。
（1） X射线物相定性分析
粉未X射线物相定性分析无须知晓物质晶格常数和晶体结构，只须把实测数据与（粉未衍射标准联合会）发行的PDF卡片上的标准值核对，就可进行鉴定。
当然这是对那些被测试研究收集到卡片集中的晶相物质而言的，卡片记载的解析结果都可引用。
《粉末衍射卡片集》是目前收集最丰富的多晶体衍射数据集，包括无机化合物，有机化合物，矿物质，金属和合金等。1969年美国材料测试协会与英、法、加等多国相关协会联合组成粉末衍射标准联合会，收集整理、编辑出版PDF卡片,每年达到无机相各一组,每组1500-2000张不等.1967年前后,多晶粉未衍射谱的电子计示示机检索程序和数据库相继推出.日本理学公司衍射射仪即安装6个检索程序(1)含947个相的程序;(2)含2716个相的常用相程序;(3)含3549个相的矿物程序;(4)含6000个相的金属和合金程序;(5)含31799个相的无机相程序(6)含11378个相的有机相程序.每张片尾记录一个物相。
（2）多相物质定性分析
测XRD谱，得d值及相对强度后查索引，得卡片号码后查到卡片，在±1%误差范围内若解全部数据符合，则可判断该物质就是卡片所载物相，其晶体结构及有关性能也由卡片而知。这是单一物相定性分析。
多相混合物质的XRD谱是各物相XRD谱的迭加，某一相的谱线位置和强度不因其它物相的存在而改变，除非两相间物质吸收系数差异较大会互相影响到衍射强度。固熔体的XRD谱则以主晶相的XRD为主。
已知物相组分的多相混合物，或者先尝试假设各物相组分，它们的XRD谱解析相对要容易得多。分别查出这些单一物相的已知标准衍射数据，d值和强度，将它们综合到一起，就可以得到核实其有无。如钢铁中的δ相（马氏体或铁素体）γ相（奥氏体）和碳化物多相。
完全未知的多相混合物，应设法从复相数据中先查核确定一相，再对余下的数据进行查对。每查出一相就减少一定难度，直至全部解决。当然对于完全未知多相样品可以了解其来源、用途、物性等推测其组分；通过测试其原子吸收光谱、原子发射光谱，IR、化学分析、X射线荧光分析等测定其物相的化学成分，推测可能存在的物相。查索到时，知道组分名称的用字顺索引查，使用d值索引前，要先将全部衍射强度归一化，然后分别用一强线、二强线各种组合、三强线各种组合…联合查找直至查出第一主相。标记其d值，I/I1值。把多余的d值，I/I1值再重新归一化，包括与第一主相d值相同的多余强度值。继续查找确定第二主相，直至全部物相逐一被查找出来并核对正确无误。遇到没被PDF卡收录的物相时，需按未知物相程序解析指认。
物相定性分析中追求数据吻合程度时，（1）d值比I/I1值更重要，更优先。因为d测试精度高，重现性好；而强度受纯度（影响分辨率）、结晶度（影响峰形）样品细微度（同Q值时吸收不同），辐射源波长（同d值，角因子不同）、样品制备方法（有无择优取向等）、测试方法（照相法或衍射仪法）等因素影响，不易固定。（2）低角度衍射线比高角度线重要。对不同晶体而言低角度线不易重迭，而高角度线易重迭或被干扰。（3）强线比弱线重要。尤其要重视强度较大的大d值线。
（3） X射线物相定量分析
基本原理和分析
在X射线物相定性分析基础上的定量分析是根据样品中某一物相的衍射线积分强度正变化于其含量。不能严格正比例的原因是样品也产生吸收。对经过吸收校正后的的衍射线强度进行计算可确定物相的含量。这种物相定量分析是其它方法，如元素分析、成分组分分析等所不能替代的。
6、结晶度的XRD测定
7、高分子结晶体的X射线衍射研究
二、 X射线衍射分析能解决的问题：
X射线波长与晶体中的原子间距属于同一数量级，应用X射线在晶态和非晶态物质中的衍射和散射效应，所获得的衍射角2θ和衍射强度I构成的衍射谱（衍射花样）记录了试样物质的结构特征。对于晶体将显示各晶面族的X衍射峰的位置、按布拉格公式计算出的晶面间距d值、峰强、峰宽、峰的位移和峰形变化等信息。充分利用这些信息并演化增加各种附件、计算机软件、各种测量方法，就可作以下分析工作：
1、物质识别剖析、物相结构鉴定衍射花样是物质的“指纹”。 迄今为止全世界科学家已认识并编制的七万多种纯物质标准衍射“指纹”（编制成国际衍射数据中心ICDD卡），存在仪器计算机中或出版成册，通过和实验图谱分析比较，就可识别物质或物相。还可了解其结构和物性参数、制备条件、参考文献等。
X射线衍射分析给出的结果直接是物质的名称、状态和化学式，是元素之间的结合形式或所含元素的存在形式（单质、固溶体、化合物）。化合物中，负离子半径大，决定着结构骨架。因此，对于化学分析难以检测又常参与结合的O、H、C、N、Cl、S、F等元素或官能团构成的物质的判定，这种方法有独到之处。通常的固态物质可挠过元素分析直接剖析得到结果。对于化学式相同结构性质不同的各种同素异构体的分析是其它方法无法比拟的。X射线衍射属无损检测，作完能回收，也是一大优点。
2、混合物的定量分析 X衍射方法对试样的纯度没有什么要求，混合物中各种物相的衍射峰在同一张图上都能呈现出来。其含量检出线约在1 2%。通常在图谱解析中完成后，可由计算机拟合出各物相组分的半定量结果。深入的定量研究需视具体情况而定，分内标、外标、基体清洗法等方法，针对物质类型进行选用。有的已建立了行业标准，如钢中的残余奥氏体、粘土矿物定量分析方法等。
3、结晶状态的描述表征和晶体结构参数的测定随生成条件和制备工艺的不同，固态物质或材料有可能形成无定形非晶、半结晶、纳米晶和微米晶、取向多晶直到大块单晶。利用计算机数据处理程序，对于非晶可用XRD原子径向分布函数法测定其短程结构；半结晶可测定其结晶度；纳米晶因衍射峰宽化可用谢乐公式计算出纳米晶粒平均尺寸；微米级或更大尺寸的晶粒研成微米级粉末后进行实验可作更多的工作，如未知晶系和晶格参数的确定、固溶度、晶格畸变及应力分析等；对于取向多晶、准单晶直到大块单晶可用RO XRD法鉴别，评价准单晶的质量，测量晶体取向及单晶的三维取向，指导切割加工。
4、揭示实验规律，解释材料器件特性，研究反应机理，探讨制备工艺X衍射是研究物质结构的基本手段，其应用渗透到与物质认识和分析有关的各个领域。针对所研究的问题，排除干扰，精化实验，通过对比，寻找差别，从结构上揭示影响性质的敏感参量的规律是研究者和衍射工作者共同追求的目标。 钢中碳元素的存在状态是影响钢性能的重要因素。铁素体、奥氏体、渗碳体相分析，各种热处理工艺下，钢号的名义碳量在其相结构中的分配关系，铁素体内的含碳量测定等对于解释材料的性能和相变机理，确定热处理工艺以及发挥材料的最大效能具有重要的意义。 电子材料、功能材料和各种新材料及器件的开发研制，需要衍射分析配合到始终。连续改变配方和制备工艺总结出的实验规律对确定制备工艺具有重要的指导意义。例如我们发现镍基软磁材料的居里点和配方中各种不同原子半径合金元素的填入造成其晶格常数的变化具有一定的线性关系，从而可指导开发出一系列温控器件。 人的感官鉴别有限，化学鉴别手段繁杂或不确定性，使得化学合成和材料制备越来越依赖于仪器分析。从原料的“确认”，到反应物的分析，反应的中间过程及机理研究，有无杂相或优先生长的竞争相，如何抑制，如何精化工艺，以及质量的控制和最终产物的表征都离不开X衍射分析。矿物学、岩石学、土壤学是应用X衍射分析最早的学科。矿物的难溶性和所含元素的多样性，硅酸盐矿物的复杂性使得单纯依靠化学元素分析不能完全解决问题。但从结构分析角度却能比较清楚地鉴别分类，理出头绪。石油钻井各断层粘土矿物伊利石 蒙脱石等的连续转变规律对于了解地下岩层构造起了重要的指示作用。针对层状结构的土壤分析对农业普查提供了基础资料。非金属材料的开发对陶瓷、建材、电力、化工等行业起着重要的作用。由于X衍射对文物鉴定的便利和非破坏性，使得这种方法越来越受到考古和文物保护工作者的青睐。青铜器和铁器长期锈蚀的标本为研究腐蚀机理提供了借鉴。石油管材、化工及热电厂管道的锈蚀及防护需要X衍射分析。此外，商品检验、环境保护、公安破案、药物生产等都需要衍射分析手段支持。在我们的实践中，遇到了各种揭迷解惑的问题。曾发现打着某种化学式的化工商品竞是没有反应的原料混合物，而元素分析结果相同。不耐高温的仿造物冒充石棉垫造成了汽车发动机的损坏。将冰洲石误为冰晶石采购几卡车运回准备投料生产。事先把多孔的蛇纹石和香料花粉包在一起，尔后分离，造出发现“香料石”矿骗局。如此等等。这些事例说明倡导普及X衍射分析手段是多么重要。X衍射仪加上小角散射、极图织构、应力分析及高低温附件，还可作更多的工作。单晶四圆衍射仪还可以进行未知结构分析等。
三、如果使用的是单晶样品，其应用：
晶体结构的测定对学科的发展、物体性能的解释、新产品的生产和研究等方面都有很大的作用,其应用面很宽,不能尽述,略谈几点如下:
(一)．晶体结构的成功测定,在晶体学学科的发展上起了决定的作用。因为他将晶体具有周期性结构这一推测得到了证实,使晶体的许多特性得到了解释:如晶体能自发长成多面体外形(自范性),如立方体的食盐、六角形的水晶等,又如晶体各种物理性质(光性,导热性等)的各向异性和对称性等等。晶体学的发展有了坚实的基础。
（二）．矿物学中曾有不少矿物的元素构成很接近,但他们的性质相差很远(如石墨和金刚石都是碳,还如一些硅酸盐),而有的矿物其物理或化学性质相近,但其元素组成又很不相同(如云母类矿物等)，使人困惑。晶体结构的测定使性能的异同从结构上得到了合理的解释。如石墨因是层状结构，层间结合力差，故较软，而金刚石为共价键形成的骨架结构，故结合力强，无薄弱环节, 成为最硬的材料。
（三）．人类和疾病作斗争,总离不开药物。原始的药物是天然产物,动植物或矿物。以后随着科学的发展,开展了从天然产物中提取有效成分的方法,而有效成分晶体结构的测定进一步将从天然产物中提取的方法改变为人工合成，使有可能大量制造，提高了产量、降低了成本、造福于人类。这种基于结构,设计出合成路线，工业制造的方法在染料，香料等许多工业部门都是广泛使用的。 （四）近年，基于病毒结构、人体内各种大分子结构的测定及人体感染疾病途径的了解，搞清了某些疾病感染及发展的结构匹配需要。人类已经根据这些结构知识设计结构上匹配的、合适的药物，来事先保护病毒和人体的结合点，或阻断病毒的自身繁衍，从而避免感染或控制其繁衍，而不使疾病发展, 这就是所谓的基于结构的、合理的药物设计。
【上述没有详细编辑，如有重叠希望谅解】
X射线衍射分析可以获得（）。
X射线衍射分析可以获得（）。
A.元素定性信息
B.物相形貌信息
C.物相结构信息
D.元素定量信息
正确答案：物相结构信息
粉晶X射线衍射定量相分析
11.3.3.1 基本原理
粉晶X射线衍射定量相分析就是测定混合物相中各相的相对含量。粉晶X射线衍射定量分析的依据为衍射线的强度与样品参加衍射的体积成正比。但对于多物相样品，由于各物相对X射线的吸收不同，随着各物相在样品中含量的变化，样品总吸收系数也在变化，使得每一物相的衍射强度与该相参加衍射的体积不再成线性关系，而是曲线关系。如果我们用实验测量或理论分析等办法确定了该关系曲线，就可以从实验测得的强度数据计算出该相的含量，这是定量分析的理论依据。
11.3.3.2 粉晶X射线衍射定量相分析方法
随着衍射仪的测量精度和自动化程度的提高，近年来定量相分析技术已有很大进展，分析方法也愈来愈多。限于篇幅，这里仅对常用的K值法进行详细介绍。
K值法也称为基体清洗法，是在内标法的基础上提出来的。与内标法相同之处是都加入一内标物质作为参比物以消除基体效应的影响(即不必考虑试样的吸收系数)，但不同的是它不需要作工作曲线而是通过数学计算求得结果。
当应用K值法对某些具体样品进行相分析时，所需的K值除用实验测定外，在某些情况下，还可以从JCPDS编制的PDF索引中查出，现说明如下。
由于K值法简便易行，受到人们的重视，又因在波长一定的条件下， 的值只与j和S两相相关，是个通用常数。所以在PDF索引中，列有很多常用物质的K值(有的称为IRI值)可供参考，这些K值是以纯的刚玉作为通用标准物质测得的。也就是说，这些K值是将某物相j与刚玉配制成质量比为1∶1的混合物，然后测定该混合物的j相的最强线的强度和刚玉的最强线的强度，再取它们的强度比而得到的，即:
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因为 是两相最强线的强度比，故又称之为参比强度。
以α-Al2O3作为参比物质，是因为纯度高的刚玉容易得到，而且它的化学稳定性极好。刚玉颗粒在各方向上的尺度比较接近，制备试样时不易产生择优取向。
K值法应用于两相系统，比较简单。若知道第1相对第2相的 ，又测定了两相的强度比I1/I2，则不用加标准物质即可求出各相的质量百分比，有
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由此可得
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用K值法对多相混合物进行定量相分析的步骤如下所述，其中假设测定的是试样中的第j相的质量分数，而内标物质以S代表。
1)确定K值，有两种方法：一是实验测定，即用纯的j相物质和选定的内标物质S配制成质量比为1∶1的混合试样，然后选取j相和S相的衍射线(一般选最强线)各一条，测量它们的强度Ij和IS，即得 ;二是采用PDF索引上的参比强度数据，间接导出的值。
2)选取已知量的内标物质S与待分析试样配制成混合试样(一般控制wS在0.2 左右)，然后进行充分研磨拌匀，并使粒度达到1～5μm。
3)测定配好的试样的Ij和IS值。
4)根据 或 算出w′j或wj。
因为基体清洗法不受试样中j相以外的具体组成的影响，所以用此方法不仅能测出试样中所有结晶相的含量，还能判别有无非晶相的存在，并确定出非晶相的含量。
11.3.3.3 粉晶X射线定量相分析应注意的问题
定量分析的误差主要来源于实验和图谱的测量。因此，样品的处理和实验条件的选择对于定量分析非常重要。为了提高定量分析的精度，需要注意以下几个问题。
(1)选择合适的定量分析方法
定量分析的方法有很多种，各种方法都有自身的优缺点，要根据自己样品的情况和每个方法的特点选择最适合的方法。
(2)样品的制备
对于需要标样的方法，应首先认真准备标样。标样的提纯要注意尽量保持样品的化学成分和晶体结构不变，应尽量采用各种物理分选法。
参比物质尽量选用那些耐研磨、化学稳定性好、线吸收系数与被测样品接近、特征衍射线与待测样特征衍射线不重叠、背景低、密度适中、对称性高(线条少)、消光效应和择优取向性小、无毒、价格便宜、容易获得的样品。常用的有α-Al2O3、SiO2、NaCl等。
(3)实验条件的选择
粉晶X射线衍射定量相分析对实验条件有特殊的要求，一般说最好采用线焦点、闪烁计数器，入射线要有较大的发散度。衍射峰强度必须采用积分强度，因为峰值强度不可靠，尤其是当晶粒小到近于1000?时，谱线高度明显降低，宽度增加。此外，X射线源要有稳定的强度，每一衍射峰强度至少测2～3次，取其平均值。
用于定量分析的衍射峰应尽量选取各物相的特征峰(最强峰)，并尽量与参比物质的特征峰靠近，当待测相较多时，各物相间峰的重叠就不可避免，这时必须对重叠峰进行分离。
以上只是定量分析中应注意的主要问题，实际工作中还要根据具体情况反复实验，选择最佳条件。
