一.【實驗目的及要求】
學習了解x射線衍射儀的結構和工作原理；掌握x射線衍射物相定性分析的方法和步驟；給定實驗樣品，設計實驗方案，做出正確分析鑑定結果。
三.【實驗原理】
根據晶體對x射線的衍射特徵－衍射線的位置、強度及數量來鑑定結晶物質之物相的方法，就是x射線物相分析法。每一種結晶物質都有各自獨特的化學組成和晶體結構。沒有任何兩種物質，它們的晶胞大小、質點種類及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。
因此，當x射線被晶體衍射時，每一種結晶物質都有自己獨特的衍射花樣，它們的特徵可以用各個衍射晶面間距d和衍射線的相對強度i／i1來表徵。其中晶面間距d與晶胞的形狀和大小有關，相對強度則與質點的種類及其在晶胞中的位置有關。所以任何一種結晶物質的衍射資料d和i／i1是其晶體結構的必然反映，因而可以根據它們來鑑別結晶物質的物相。
四.【實驗儀器】
本實驗使用的儀器是d/max-rb x射線衍射儀(日本理學製造)。x射線衍射儀主要由x射線發生器（x射線管）、測角儀、x射線探測器、計算機控制處理系統等組成。衍射儀的結構如下圖所示。
射線管x射線管主要分密閉式和可拆卸式兩種。廣泛使用的是密閉式, 由陰極燈絲、陽極、聚焦罩等組成, 功率大部分在 1～2千瓦。可拆卸式x射線管又稱旋轉陽極靶,其功率比密閉式大許多倍, 一般為 12～60千瓦。
常用的x射線靶材有 w、ag、mo、ni、co、fe、cr、cu等。x射線管線焦點為 1×10平方公釐, 取出角為3～6度。
選擇陽極靶的基本要求：盡可能避免靶材產生的特徵x射線激發樣品的螢光輻射，以降低衍射花樣的背底，使圖樣清晰。
2. 測角儀
測角儀是粉末x射線衍射儀的核心部件，主要由索拉光闌、發散狹縫、接收狹縫、防散射狹縫、樣品座及閃爍探測器等組成。
(1）衍射儀一般利用線焦點作為x射線源s。如果採用焦斑尺寸為1×10平方公釐的常規x射線管，出射角6°時，實際有效焦寬為0.1公釐，成為0.1×10平方公釐的線狀x射線源。
(2）從s發射的x射線，其水平方向的發散角被第乙個狹縫限制之後，照射試樣。這個狹縫稱為發散狹縫(ds)，生產廠供給1/6°、1/2°、1°、2°、4°的發散狹縫和測角儀調整用0．05公釐寬的狹縫。
(3）從試樣上衍射的x射線束，在f處聚焦，放在這個位置的第二個狹縫，稱為接收狹縫(rs)．生產廠供給0.15公釐、0.3公釐、0.6公釐寬的接收狹縫。
(4）第三個狹縫是防止空氣散射等非試樣散射x射線進入計數管，稱為防散射狹縫(ss)。ss和ds配對，生產廠供給與發散狹縫的發射角相同的防散射狹縫。
(5）s1、s2稱為索拉狹縫，是由一組等間距相互平行的薄金屬片組成，它限制入射x射線和衍射線的垂直方向發散。索拉狹縫裝在叫做索拉狹縫盒的框架裡。這個框架兼作其他狹縫插座用，即插入ds，rs和ss．
射線探測記錄裝置
衍射儀中常用的探測器是閃爍計數器(sc)，它是利用x射線能在某些固體物質(磷光體)中產生的波長在可見光範圍內的螢光，這種螢光再轉換為能夠測量的電流。由於輸出的電流和計數器吸收的x光子能量成正比，因此可以用來測量衍射線的強度。
閃爍計數管的發光體一般是用微量鉈活化的碘化鈉(nai)單晶體。這種晶體經x射線激發後發出藍紫色的光。將這種微弱的光用光電倍增管來放大，發光體的藍紫色光激發光電倍增管的光電面(光陰極)而發出光電子(一次電子)，光電倍增管電極由10個左右的聯極構成，由於一次電子在聯極表面上激發二次電子，經聯極放大後電子數目按幾何級數劇增(約106倍)，最後輸出幾個毫伏的脈衝。
4.計算機控制、處理裝置
d/max-rb衍射儀主要操作都由計算機控制自動完成，掃瞄操作完成後，衍射原始資料自動存入計算機硬碟中供資料分析處理。資料分析處理包括平滑點的選擇、背底扣除、自動尋峰、d值計算，衍射峰強度計算等。
五.【實驗引數選擇】
1. 陽極靶的選擇：
選擇陽極靶的基本要求：盡可能避免靶材產生的特徵x射線激發樣品的螢光輻射，以降低衍射花樣的背底，使圖樣清晰。
必須根據試樣所含元素的種類來選擇最適宜的特徵x射線波長(靶)。當x射線的波長稍短於試樣成分元素的吸收限時，試樣強烈地吸收x射線，並激發產生成分元素的螢光x射線，背底增高。其結果是峰背比(訊雜比)p／b低(p為峰強度，b為背底強度)，衍射圖譜難以分清。
x射線衍射所能測定的d值範圍，取決於所使用的特徵x射線的波長。x射線衍射所需測定的d值範圍大都在1nm至0.1nm之間。
為了使這一範圍內的衍射峰易於分離而被檢測，需要選擇合適波長的特徵x射線。一般測試使用銅靶，但因x射線的波長與試樣的吸收有關，可根據試樣物質的種類分別選用co、fe，或cr靶。此外還可選用鉬靶，這是由於鉬靶的特徵x射線波長較短，穿透能力強，如果希望在低角處得到高指數晶面衍射峰，或為了減少吸收的影響等，均可選用鉬靶。
2.測角儀
2. 管電壓和管電流的選擇
工作電壓設定為3 ～ 5倍的靶材臨界激發電壓。選擇管電流時功率不能超過x射線管額定功率，較低的管電流可以延長x射線管的壽命。
x射線管經常使用的負荷(管壓和管流的乘積)選為最大允許負荷的80％左右。但是，當管壓超過激發電壓5倍以上時，強度的增加率將下降。所以，在相同負荷下產生x射線時，在管壓約為激發電壓5倍以內時要優先考慮管壓，在更高的管壓下其負荷可用管流來調節。
靶元素的原子序數越大，激發電壓就越高。由於連續x射線的強度與管壓的平方呈正比，特徵x射線與連續x射線的強度之比，隨著管壓的增加接近乙個常數，當管壓超過激發電壓的4～5倍時反而變小，所以，管壓過高，訊雜比p/b將降低，這是不可取得的。
3. 發散狹縫的選擇（ds）：
發散狹縫（ds）決定了x射線水平方向的發散角，限制試樣被x射線照射的面積。如果使用較寬的發射狹縫，x射線強度增加，但在低角處入射x射線超出試樣範圍，照射到邊上的試樣架，出現試樣架物質的衍射峰或漫散峰，對定量相分析帶來不利的影響。因此有必要按測定目的選擇合適的發散狹縫寬度。
生產廠家提供1/6°、1/2°、1°、2°、4°的發散狹縫，通常定性物相分析選用1°發散狹縫，當低角度衍射特別重要時，可以選用1/2°（或1/6°）發散狹縫。
4. 防散射狹縫的選擇（ss）：
防散射狹縫用來防止空氣等物資引起的散射x射線進入探測器，選用ss與ds角度相同。
5. 接收狹縫的選擇（rs）：
生產廠家提供0.15mm、0.3mm、0.
6mm的接收狹縫，接收狹縫的大小影響衍射線的解析度。接收狹縫越小，解析度越高，衍射強度越低。通常物相定性分析時使用0.
3mm的接收狹縫，精確測定可使用0.15mm的接收狹縫。
6.濾波片的選擇：
z濾 < z靶－(1～2):
z靶 < 40, z濾= z靶－1
z靶 > 40, z濾= z靶－2
7. 掃瞄範圍的確定
不同的測定目的，其掃瞄範圍也不同。當選用cu靶進行無機化合物的相分析時，掃瞄範圍一般為90°～2°（2θ）；對於高分子，有機化合物的相分析，其掃瞄範圍一般為60 ～2°；在定量分析、點陣引數測定時，一般只對欲測衍射峰掃瞄幾度。
8. 掃瞄速度的確定
常規物相定性分析常採用每分鐘2°或4°的掃瞄速度，在進行點陣引數測定，微量分析或物相定量分析時，常採用每分鐘1/2°或1/4°的掃瞄速度。
六.【樣品製備和測試】
x射線衍射分析的樣品主要有粉末樣品、塊狀樣品、薄膜樣品、纖維樣品等。樣品不同，分析目的不同（定性分析或定量分析），則樣品製備方法也不同。
1.粉末樣品：
粉末樣品應有一定的粒度要求，所以，通常將試樣研細後使用，可用瑪瑙研缽研細。定性分析時粒度應小於44微公尺(350目)，定量分析時應將試樣研細至10微公尺左右。較方便地確定10微公尺粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，並碾動，兩手指間沒有顆粒感覺的粒度大致為10微公尺。
根據粉末的數量可壓在玻璃制的通框或淺框中。壓制時一般不加粘結劑，所加壓力以使粉末樣品粘牢為限，壓力過大可能導致顆粒的擇優取向。當粉末數量很少時，可在乎玻璃片上抹上一層凡士林，再將粉末均勻撒上。
常用的粉末樣品架為玻璃試樣架，在玻璃板上蝕刻出試樣填充區為20×18平方公釐。玻璃樣品架主要用於粉末試樣較少時(約少於500立方公釐)使用。充填時，將試樣粉末-點一點地放進試樣填充區，重複這種操作，使粉末試樣在試樣架裡均勻分布並用玻璃板壓平實，要求試樣面與玻璃表面齊平。
如果試樣的量少到不能充分填滿試樣填充區，可在玻璃試樣架凹槽裡先滴一薄層用醋酸戊酯稀釋的火棉膠溶液，然後將粉末試樣撒在上面，待乾燥後測試。
2. 塊狀樣品：
先將塊狀樣品表面研磨拋光，大小不超過20×18平方公釐, 然後用橡皮泥將樣品粘在鋁樣品支架上，要求樣品表面與鋁樣品支架表面平齊。
3. 微量樣品：
取微量樣品放入瑪瑙研缽中將其研細，然後將研細的樣品放在單晶矽樣品支架上（切割單晶矽樣品支架時使其表面不滿足衍射條件），滴數滴無水乙醇使微量樣品在單晶矽片上分散均勻，待乙醇完全揮發後即可測試。
4. 薄膜樣品：
將薄膜樣品剪成合適大小，用膠帶紙粘在玻璃樣品支架上即可。
樣品測試
(1)開機前的準備和檢查
將製備好的試樣插入衍射儀樣品臺，蓋上頂蓋關閉防護罩；開啟水龍頭，使冷卻水流通；x光管視窗應關閉，管電流管電壓表指示應在最小位置；接通總電源，接通穩壓電源。
(2)開機操作
開啟衍射儀總電源，啟動迴圈水幫浦；待數分鐘後，接通x光管電源。緩慢公升高管電壓、管電流至需要值。開啟計算機x射線衍射儀應用軟體，設定合適的衍射條件及引數，開始樣品測試。
(3)停機操作
測量完畢，緩慢降低管電流、管電壓至最小值，關閉x光管電源；取出試樣；15分鐘後關閉迴圈水幫浦,關閉水源；關閉衍射儀總電源、穩壓電源及線路總電源。
七.【資料處理】
測試完畢後，可將樣品測試資料存入磁碟供隨時調出處理。原始資料需經過曲線平滑，ka2扣除，譜峰尋找等資料處理步驟，最後列印出待分析試樣衍射曲線和d值、2θ、強度、衍射峰寬等資料供分析鑑定。
八.【物相定性分析方法】
X射線晶體衍射實驗報告
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中南大學近代物理實驗報告 X射線衍射實驗報告
近代物理實驗實驗報告 實驗名稱 x射線衍射 所在學院 物理與電子學院 專業班級 物理昇華班1301 學生姓名 黃佳清 學生學號 0801130117 指導教師 黃迪輝 一 目的要求 1 掌握x射線衍射儀分析法 衍射儀法 的基本原理和方法。2 了解y 2000型 射線衍射儀的結構 工作原理和使用方法。...