[讲堂]请你谈谈衍射仪

第一个响应斑主号召
对X射线衍射认识比较肤浅，有说的不对的地方还请高手多指教！
1. 我们学校的X射线衍射仪是（日本理学）Rigaku D/max-rc，该设备年事已高，只能做些最普通的测试。
2. X射线是由高速电子冲击阳极靶产生的，在对高聚物进行研究时一般采用Ni滤波的CuKα射线，波长为0.15418nm，因为这个波长与高聚物微晶单胞尺寸大致相同。
3. 采用X射线分析多晶的方法：早期多采用照相法，其中最重要的是德拜－谢乐法（简称德拜法），它是多晶分析法的基础，而目前，已经逐渐被衍射仪法所替代。但值得一提的是，德拜法对于分析有择优取向的结构比衍射仪法更直观。
4. X射线结果分析软件：目前最热门的是Jade，但本人对该软件了解甚少，就不在此多说浪费大家的时间了，高手出来给大家传授一下经验吧

今天在论坛上看到有人问到“Graphite monochromator on the secondary side”是什么意思。因此，想说说X射线的产生和滤波的问题。
产生X射线的装置称为X射线管（或X光管）。普通的X射线管是一个密封装置，其中包含一个阴极和一个阳极。
阴极就是一根弯曲的钨丝，阳极就是一块纯金属片。阳极通常用Cu、W、Co、Mo、Fe、Cr等。
首先给阴极两端通上电流（220V，10mA或更大），这时，阴极就象白炽灯的灯丝一样发热，产生热阴极电子。然后，在阴极和阳极之间加载一个电压（30KV或更高），由于阴极和阳极之间的电势作用，使阴极产生的电子作定向加速运动到达阳极面上，电子被阳极阻挡而减速，实现能量的转换，由电子的动能转变为光能和热能（使阳极发热，需要用水冷却）。前者则是产生了X光。
从X光管发射出来的X光不是纯净的单色光。包含多种波长的射线。其中最主要的是K系射线。所谓K系射线是指阴极电子碰撞阳极，使阳极电子产生K激发，击走K层电子后，L层或M层电子填充K层电子而产生的X射线。
K系射线又可以细分为Kα（L层电子填充）和Kβ（M层电子填充）两种波长略有差异的两种射线。而X射线衍射仪要求使用单色X射线。因此，需要在XRD实验时把后者除掉，传统的方法是在光路上加入一个滤波片（如Ni）。现在一般使用铜靶，在光路上增加一个石墨晶体单色器来去除Kβ射线。
单色器可以去除衍射背底，也可以去除Kβ射线的干扰。
通常的做法是在衍射线的光路上，安装弯曲晶体单色器。石墨单晶体单色器是一块磨成弯曲面的石墨单晶体。由试样衍射产生的衍射线（称为一次衍射）经单色器时，通过调整单晶体的方位使它的某个高反射本领晶面与一次衍射线的夹角刚好等于该晶面对一次衍射的Kα辐射的布拉格角。这样，由单晶体衍射后发出的二次衍射线就是纯净的与试样衍射对应的Kα衍射线。
除此以外，Kα辐射还可以细分为Kα1和Kα2两种波长差很小的辐射。由于它们的波长差很小，无法通过硬件的方法来消除其中任何一种，因此，只有通过软件的方法来消除Kα2的影响。这是因为它们的滤长差是固定的，而且它们的强度差不多是2：1。

粉末X射线衍射分析仪器的应用[转载并修改]
1 晶体结构分析
XRD是目前晶体结构分析的重要方法。粉末衍射法常用于立方晶系的晶体结构分析，测定晶胞参数，甚至点阵类型，晶胞中的原子数和原子位置。
2 物相定性分析
不同的物质具有不同的XRD特征峰值（晶面间距和相对强度）对照PDF卡片进行定性。
XRD不同于一般的元素分析（AES、AAS、XFA），它能确定元素所处的化学状态(FeO,Fe2O3，Fe3O4)，能区别同分异构体，能区别是混合物还是固溶体，这种方法对于各种材料相变的研究是有用的。试样的形状可以是粉末、块状、板状和线状，但必须是结晶态的。气态、液态和非晶态物质只能予以状态的判别，不能作相分析。
XRD定性分析要求试样充分混合，使各晶面达到紊乱分布，从而得到与PDF卡片基本一致的粉末衍射数据。
3 物相定量分析
XRD物相定量分析是基于待测相的衍射强度与其含量成正比，但是影响强度的因素很多，至今凡是卓有成效的相定量方法都是建立在强度比的基础上。
XRD定量方法有内标法、K值法、增量法和无标定量法，其中常用的是内标法。衍射强度的测量用积分强度或峰高法，有利于消除基体效应及其它因素的影响。
XRD定量方法的优势在于它能够给出相同元素不同成分的含量，这是一般化学分析不能达到的。粉末X射线衍射仪使得强度测量既方便又准确。例如：钢中残余奥氏体的测定，XRD比金相法、磁性法更加灵敏，更加准确。
4 晶粒大小分析
多晶体材料的晶体尺寸是影响其物理化学性能的重要因素，测定纳米材料的晶粒大小要用XRD，用X射线衍射法测量小晶粒尺寸是基于衍射线剖面宽度随晶粒尺寸减少而增宽。
Scherrer方程： D = K/B1/2cosθ
式中，D为小晶体的平均尺寸，K为常数（约等于1），B1/2为衍射线剖面的半高宽。
影响衍射峰宽度的因素很多，如光源、平板试样、轴向发散、吸收、接受狭缝和非准直性、入射X射线的非单色性（Kα1、Kα2、Kβ）等。
应该指出，当小晶体的尺寸和形状基本一致时，上式计算结果比较可靠。但一般粉末试样的晶体大小都有一定的分布，Scherrer方程需要修正，否则只能得到近似的结果。
5 结晶度分析
物质的结晶度会影响材料的物性，测定结晶度的方法有密度法、IR法、NMR法和差热分析法，XRD法优于上述各法，它是依据晶相和非晶相散射守恒原理，采用非晶散射分离法(HWM)、计算机分峰法（CPRM）、或近似全导易空间积分强度法(RM)测定结晶度。
无论这些方法还存在什么问题，结晶度的测定对于高分子材料的研究都是有益的。从X射线测量来说，理想的晶体产生衍射，理想的非晶体产生相干散射，而畸变的结晶（次晶、介晶、近晶、液晶）变成程度不同的散射，所以高分子材料结晶度的精确测定时困难的。
6 宏观应力和微观应力分析
实际构件中的残余应力对构件的疲劳强度、抗压力、耐腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命等有直接影响。通过测定构件的残余应力，可以控制加工工艺的效果，解决具体的工艺问题，所以残余应力的测定具有重要的实际意义。
残余应力是一种内应力，是指物体较大范围内存在并平衡的内应力。当这种第Ⅰ类内应力所产生的力和力矩的平衡受到破坏时，会产生宏观尺寸的变化，又叫宏观应力。在晶体或若干原子范围内存在并保持平衡时的内应力叫微观应力，其中宏观应力可以精确测量。
X射线衍射法测量构件的残余应力具有无损、快速、测量精度高、能测量小区域应力等特点，所以备受人们重视。
通过热处理及冷热变形，使多晶体中晶块细碎化和增加点阵畸变度，是金属材料强韧化的重要途径之一。晶块细碎化和点阵畸变（也反映微观应力大小）的增加一般使衍射线变宽，也可能使衍射线强度减弱。据此可以测量，粉末X射线衍射仪测定应力需要配置专门的应力测试装置，亦有测定机械零件宏观残余应力的专用设备——X射线应力分析仪。
薄膜厚度的测定和物相纵向深度分析
薄膜厚度是一个重要的物理参数，但是薄膜厚度的测定是X射线衍射分析的难题之一。另外，随着高新技术材料的开发和应用，对衍射分析技术提出更高的要求，比如固体薄膜、表面改性材料、多层薄膜等新兴材料常需要纵向深度分析。由于二维衍射技术的发展，就是通常所说的薄膜X射线分析方法——STD技术，使得问题得到了解决。
择优取向分析
7 当材料存在择优取向（织构）时，材料变呈现各向异性。比如高分子聚集体总是存在某种择优取向，蛋白质有α-螺旋链的取向盘绕、β-锯齿链的取向叠合、DNA双螺旋链互相取向盘绕，合成高分子材料诸如薄膜、纤维、滚碾的片材、注塑、吹塑和挤塑的高分子产品都是具有各向异性的高分子聚集体。金属材料经拉丝、冲压、冷轧、退火、液相凝固、电解沉积等都能形成织构，影响材料的机械性能、物理性能和化学性能。
织构测定有三种方法：极图法、反极图法和三维取向分布函数法。X射线衍射仪需要专门的织构测定装置附件。

X射线衍射仪简介[荀梦 www.masl.net]
在产品检验、原材料的质量标准或生产过程的中间控制分析中，你可能已经注意到要求进行“XRD分析”的地方日渐多起来了。在耐火材料厂的化验室里可能就有一台X射线衍射仪，因为定量测定耐火硅砖里鳞石英、方石英和残余石英（它们的化学式都是SiO2）的含量必须使用X射线衍射仪。球状氢氧化镍是生产镍镉电池的原料，它的一项重要的质量指标也必须使用X射线衍射仪测定，这项指标是：氢氧化镍101衍射峰的半高宽。在钛白粉厂，钛白粉的XRD分析是例行分析。钢铁材料中残余奥氏体的测定标准方法是X射线衍射法。道路或工程基础施工、地质勘探、石油找油打井都需要对地质岩心进行X射线衍射分析。
绝大部分固态物质都是晶体或准晶体，它们能够对X射线产生各具特征的衍射。所谓衍射，即入射到物体的一小部分射线出射时方向被改变了但是波长仍保持不变的现象。用适当的方法把这些衍射线记录下来就得到花样各异的X射线衍射图谱。如同光栅对可见光产生的衍射花样决定于光栅的结构一样，每种对X射线产生衍射的物质其X射线衍射图谱决定于该物质的结构，可以说，每种物质的X射线衍射图里携带着丰富的该物质结构的信息。分析样品对X射线衍射产生的图谱，解读这些图谱，便可以对样品的结构进行研究测定，“看清楚”它的结构，进而能够从“结构”的深度探究样品的性能、属性的根源，这就是所谓X射线衍射分析法。这里说的“结构”一词是广义的“结构”的概念，它包括：物质材料的元素组成、成分（composition）,构造、组织(constitution),结构（structure）,状态（state）等含义；狭义的“结构”，又分为微观、介观与宏观结构（micro-，mesoscopic and macro- structure）,包括电子结构、晶体结构，各种缺陷结构，结构应变，晶粒尺寸，结晶度，材料的织构等等。表达这种种结构的参量都可能用X射线衍射分析方法得到。而物质材料的性能，包括力学性能、物理性能、化学性能等等，这些种种外在的表观性能、属性归根到底都是由材料的广义结构所决定的。因此，能够对物质材料的结构进行分析测定的X射线衍射分析法，随着其理论的日臻成熟以及相关技术的发展，特别是计算技术、微电子学、各种新型射线检测器等高新技术的发展，日益受到重视。其应用现在已经渗透到广泛的领域和众多的行业。X射线衍射分析法又是一种无损坏、非破坏性的分析方法，准备样品的操作简单，因而备受欢迎。
X射线衍射仪是一种最常见、应用面最广的X射线衍射分析仪器。X射线衍射仪的较确切的名称是多晶X射线衍射仪或称粉末X射线衍射仪。运用它可以获得分析对象的粉末X射线衍射图谱。只要样品是可以制成粉末的固态样品或者是能够加工出一处小平面的块状样品，都可以用它进行分析测定。主要应用于样品的物相定性或定量分析，晶体结构分析，材料的织构分析，宏观应力或微观应力的测定，晶粒大小测定，结晶度测定等等，因此，在材料科学、物理学、化学、化工、冶金、矿物、药物、塑料、建材、陶瓷……以至考古、刑侦、商检等众多学科、相关的工业、行业中都有重要的应用。是理工科院校和涉及材料研究、生产 的研究部门、厂矿的重要的大型分析设备。
X射线衍射仪的基本构成包括：高稳定度X射线发生器，精密测角台， X射线强度测量系统，安装有专用软件的计算机系统等四大部分。
X射线衍射仪按其X射线发生器的额定功率分为普通功率（2~3kW）和高功率两类，前者使用密封式X射线管，后者使用旋转阳极X射线管(12kW以上)。所以高功率X射线衍射仪又称为高功率旋转阳极X射线衍射仪。
X射线衍射仪按其测角台扫描平面的取向有水平（或称卧式）和垂直（又称立式）两种结构，立式结构不仅可以按q-2q方式进行扫描，而且可以实现样品台静止不动的q-q方式扫描。
X射线衍射仪使用的X射线检测器一般是NaI闪烁检测器或正比检测器，已经有将近半个世纪的历史了。现在，还有一些高性能的X射线检测器可供选择。如：半导体致冷的高能量分辨率硅检测器，正比位敏检测器，固体硅阵列检测器，CCD面积检测器等等，都是高档衍射仪的可选配置。

X射线衍射仪
高精度全自动化粉未衍射仪可从事物相定性、定量分析、晶胞参数的测定、晶化度分析、衍射数据指标化和纳米材料的结构分析。现代衍射仪自动化程度高，计算机中存有全套 PDF卡片，自动收集衍射数据（包括连续和步进两种 ），并能自动检索PDF卡片库给出的结果。数据或图谱可提供多种方式的输出结果，并可直接应用于发表论文。
衍射仪的主要指标项目包括：最大功率， 稳定度， 电压，电流， 扫描速度，扫描角度。
X射线多晶衍射是研究材料结构及对其结构表征的权威方法。 对不同的材料，从多晶衍射谱中可以得到其特征的谱图，包括峰位，峰强比，峰形及半峰宽等影响因素。各个因素同材料的性能关系密切。衍射峰位置及2θ分布和峰的强度序列决定于物相的组成， 峰位的偏移和材料的微应力相关，峰强比之间的变化反映了物相中各个衍射面的择优取向，峰形和半峰宽的差别涉及到晶体的晶粒大小。对于纳米材料，晶粒的大小是其特性的重要指标， 同时晶粒大小对材料的实际性能影响很大。 利用X射线多晶衍射可对纳米材料进行较全面的表征，除了求算晶粒大小外，还可测定不同分散态中的纳米材料的组成和晶粒大小，微应力，择优取向等。除了通过精确的实验手段得到实验结果 ,还可通过大量的计算对数据进行拟合，从而得到材料的更多结构和性能方面的信息。
利用 X射线衍射表征纳米材料 ：
1．晶粒大小的表征：测量衍射峰的半峰宽， 通过Scherrer公式计算出晶粒大小。
2． 物相分析：半导体膜等表面生长纳米材料的研究：在单晶片或其它衬低上利用各种工艺长出不同的物相。
3．材料结构的全面表征：物相、晶粒大小、微应力等，如纳米陶瓷的结构和性能的全面表征。
X多晶衍射方法在材料开发研制及生产中的应用 X 射线多晶衍射是利用不同构象和晶型的粉末固体对X射线有其特殊的衍射方向和强度， 得到特征衍射谱。 该方法已有一个多世纪的历史， 并建立了该领域的数据库PDF卡片库， 至今已收集了包括有机、无机、合金、矿物等不同领域的十万多种物相的数据，可以有效地对常见的物相进行鉴别和分析。同时，该方法的理论发展和应用也不断深入，有大量的应用程序可用于原始数据的初处理，衍射谱的指标化，晶胞参数的计算，空间群的求取，进一步还可进行原子坐标的求取等。药物尤其是有机药物其构象复杂，同一种分子可得到不同的物相， 每一种物相在化学性质和性能方面有很大的不同， 而X射线多晶衍射是最好的判定方法。

X射线衍射实验方法
1 劳埃法
劳埃在1912年利用连续x射线垂直射入一不动的硫酸铜单晶体，并安放一张底片，以探测衍射光束是否存在，在首次实验中即成功地拍出了世界上第一张晶体衍射照片，证明了晶体衍射现象的存在、晶休内部原于排列的周期性和x射线的波动性。在此基础上，劳埃发表了解释衍射基本规律的劳埃方程式。劳埃创立的衍射方法称作劳埃法。
2、周转晶体法
周转晶体法的特点是入射线波长λ固定不变，而靠旋转单晶体以连续改变各晶面与入射X射线的θ角来满足布拉格方程的要求。即当晶体不断旋转时，某组晶面会于某瞬间和单色的入射线束的夹角正好满足布拉格方程，于是该瞬间便产生一根衍射线束。
3、粉末法
粉末法采用单色X射线和多晶体试祥，即利用晶粒的不问取向来改变θ，以满足布拉格方程的要求。其主要特点在于采用容易得到的多晶体试样，而其衍射花样(图相)却能提供很多微观分析资料。粉末法主要用于测定晶体结构，进行物相的定性，定量分析，精确测定晶体的点阵参数，以及应力，织构，晶粒度大小等等的测定。
4、X射线衍射仪法
衍射仪测量具有快速、准确、等优点，它是进行晶体结构分析的主要设备。x射线相对于平板试样的"入射角"与"反射角"始终相等，且等于衍射角的一半，于是，从试样产生的任何衍射线都正好能聚焦并进入计数管中。计数管能将x射线的强弱情况转化为电信号，并通过计数率仪、电位差将信号记录下来。当试样连续转动时，则衍射仪就能自动描绘出衍射强度随2θ角的变化情况。

有否相关的ppt传来共享？

我们学校也是这种,不过好象还有一台专门分析单晶的
软件嘛 到是没用过jade.

我们实验室用的是丹东生产的Y-2000，并带有分析软件。用的时候只限于测数据，至于分析，老师没教，只有在论坛里向各位大牛学习。
我们实验室主要是测试薄膜
在实验中主要问题就是膜太薄测不出来，也不知道有没有也用这个仪器的高手给出出主意，另外此仪器是不是还有其它功能呢？