物相衍射分析方法与应用

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：对于混合物来说，各个晶相的衍射花样会同时出现，而不会出现干涉。X射线物相分析可以鉴别样品中的物相，包括纯元素（单质）、化合物和固溶体。同一种材料，可以具有不同的物相，称为同分异构体。就广义而言，物相衍射分析包括物相鉴定、定量分析、相结构的测定以及相变过程检测等。但对于纳米材料，晶粒的小尺寸会导致衍射峰的宽化，进而影响积分强度的计算，所以纳米材料定量分析的精度和准确度都远低于传统材料。

X射线衍射线（或峰）的位置取决于晶胞的形状和大小，即取决于各晶面的晶面间距，而衍射线（或峰）的强度取决于晶胞内原子的数量、数目及排列方式。每种晶态物质都有其特有的结构，不是晶胞形状和大小不同，就是排列方式不同，因而有其独特的衍射图谱。对于混合物来说，各个晶相的衍射花样会同时出现，而不会出现干涉。所以X射线衍射分析可以用来进行晶胞参数的计算，也可对物质进行物相分析。

物相简称相，是具有某种晶体结构并能用化学式表示其化学组成（或有一定的成分范围）的固体物质。一般来说，把材料中的一种结晶物质称为一个相；广义而言，一种均匀的非晶态物质也可称为一个相。X射线物相分析可以鉴别样品中的物相，包括纯元素（单质）、化合物和固溶体。同一种材料，可以具有不同的物相，称为同分异构体。如化学组成为TiO2的物质，在物相上就有锐钛矿和金红石之分；化学组成为C的物质，在物相上就有石墨和金刚石之分；化学组成为SiC的物质，在物相上就有α-SiC和β-SiC之分，α-SiC又分为4HSiC，6HSiC，15RSiC；Al2O3已经测定的同分异构体就多达近20种。用其他表征方法很难把这些同分异构体区分开，而X射线粉末衍射仪就可以很方便地进行表征。

就广义而言，物相衍射分析包括物相鉴定（定性分析）、定量分析、相结构的测定以及相变过程检测等。物相鉴定的基本方法是测定未知物相的完整衍射图谱，测定各衍射线条（或峰）的衍射角，并换算为晶面间距，然后与已知物质的标准衍射图谱进行对照，以确定未知物质的相结构。为了便于进行这种比较和鉴定，各种已知物质的标准图谱的收集是一个重要前提。目前的标准图谱已达6万种，由相关组织收集编辑，并建成了标准数据库提供查询。

X射线定量分析的任务是根据混合相样品中各相物质的衍射强度来确定各相物质的相对含量。我们知道，混合相的衍射图谱应该是各相衍射花样的物理叠加。根据衍射强度理论，混合相中单一相的衍射强度会随该相的相对含量的增加而增大。但由于样品的吸收等因素的影响，这种相的衍射强度与其含量的变化并不是简单的线性关系。如果我们用实验测量或理论计算等方法确定了这种衍射强度与含量的变化曲线，那么就可以根据各相的衍射强度推测出它们的相对含量，这就是定量分析的理论依据。这里的强度是指积分强度。在定量测量的实验中要注意以下几点。

（1）合理选择所用的衍射线（或峰），避免选用重叠线。

（2）合理选择衍射峰的扫描范围和起始、中止2θ角。

（3）如果使用标样法，要注意标样测量和待测样的可比性。

这种定量分析对于传统材料来说还算成熟，基本可得到精确的分析结果。但对于纳米材料，晶粒的小尺寸会导致衍射峰的宽化，进而影响积分强度的计算，所以纳米材料定量分析的精度和准确度都远低于传统材料。

物相衍射分析方法与应用

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