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《多晶X射線衍射技術(shù)與應(yīng)用》-28(第7章 X射線衍射物相定性分析)

發(fā)布時(shí)間:2022-11-29   來(lái)源:北達(dá)燕園微構(gòu)分析測(cè)試中心

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上一篇文章回顧:《多晶X射線衍射技術(shù)與應(yīng)用》-27(第7章 X射線衍射物相定性分析)

7.8  未知物相的鑒定

在許多物相鑒定工作中,如類質(zhì)同象礦物的鑒定或在實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)域如材料合成、平衡相圖測(cè)定等工作中,常常會(huì)遇到在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)中雖經(jīng)多方檢索-匹配但仍無(wú)解的物相。即在一張衍射圖中有某些峰有可與之匹配的物相,而另一些峰則無(wú)法解釋,找不到能夠與其匹配的衍射數(shù)據(jù)卡。我們姑且把這些未能認(rèn)知的物相稱為未知物相或無(wú)卡物相,這就提出了未知物相的鑒定或其結(jié)構(gòu)測(cè)定的問(wèn)題。




7.8.1 兩種情況 

如果衍射圖的數(shù)據(jù)是正確的而數(shù)量又足夠(不是孤立的一兩個(gè)衍射峰)但檢索-匹配無(wú)解,可能有兩種情況:
一種情況是:待分析的衍射圖中有一套衍射線沒(méi)有可與之相重合的卡片,但這一套衍射線與某張卡片的衍射線特征相似,彼此峰的位置與強(qiáng)度大體亦能對(duì)應(yīng),但峰位卻有規(guī)律地錯(cuò)開(kāi)(各衍射峰相對(duì)位移的方向可能相同也可能不全相同)。前已指出,這種情況在合金物相、固溶體、非整比化合物、類質(zhì)同象礦物的鑒定中很常見(jiàn)。在ICDD的PDF庫(kù)中,對(duì)于這類物相一般只收入其所屬系列的端員的衍射數(shù)據(jù)。因此,對(duì)于組成不同于系列端員而處于組成變動(dòng)范圍中間的物相,常常找不到峰位能夠與其完全符合的PDF卡,而只能檢索到其所屬化合物系列的端員化合物的PDF卡。這時(shí),待分析衍射圖中的這一套衍射線與所檢索到的某PDF卡物相是否確實(shí)具有相同的晶體結(jié)構(gòu),需要進(jìn)行指標(biāo)化的計(jì)算才能確認(rèn)(計(jì)算前需對(duì)實(shí)驗(yàn)的峰位數(shù)據(jù)的誤差進(jìn)行認(rèn)真的修正)。指標(biāo)化的計(jì)算見(jiàn)后面7.8.3節(jié)。

另一種情況是:遇到的確是一個(gè)新物相,其晶體結(jié)構(gòu)未見(jiàn)報(bào)道,真正是一個(gè)未知物相。隨著各種新材料或新合金系統(tǒng)的不斷出現(xiàn),這種情況也會(huì)多起來(lái)。這時(shí)如果有需要,接下來(lái)的工作就是未知物相結(jié)構(gòu)的測(cè)定了,可以根據(jù)晶體的X射線衍射理論,利用實(shí)測(cè)的衍射峰的位置和強(qiáng)度,來(lái)確定未知物相的晶體結(jié)構(gòu)類型,通過(guò)分析計(jì)算求得其晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)。
實(shí)際上述兩種情況的解決都需要回答無(wú)卡物相是一種什么樣結(jié)構(gòu)的晶體物相的問(wèn)題,都需要應(yīng)用晶體衍射結(jié)構(gòu)分析的方法。只是在前一情況下我們對(duì)于所碰到的無(wú)卡物相的結(jié)構(gòu)已經(jīng)有某種猜想;而在后一情況下則是需要測(cè)定一種新物相的晶體結(jié)構(gòu)。兩者都涉及如何識(shí)別晶相的結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。
對(duì)于衍射圖的解釋,無(wú)疑的所用的衍射數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該能夠不斷地收錄到新發(fā)表的衍射數(shù)據(jù)。除及時(shí)更新衍射數(shù)據(jù)庫(kù)的版本外,還應(yīng)該經(jīng)常注意搜集各種雜志、書(shū)刊、報(bào)告中所給出的新相衍射數(shù)據(jù)(至少應(yīng)包括其衍射圖中衍射峰的d值恒及相對(duì)強(qiáng)度數(shù)值,最好還能給出其相應(yīng)的衍射指標(biāo)),做成自制的標(biāo)準(zhǔn)衍射數(shù)據(jù)卡片。
此外還應(yīng)注意收集整理與研究對(duì)象有關(guān)的物相的晶體學(xué)數(shù)據(jù)——包括點(diǎn)陣類型、結(jié)構(gòu)類型、點(diǎn)陣參數(shù)等數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算取得它們的衍射圖;或合成有關(guān)的樣品,取得它們的衍射圖,并按已知結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行指標(biāo)化計(jì)算。如果符合良好,又沒(méi)多余的線條,則可以證明所配物相是單相物質(zhì)(是否是單相還可用其它實(shí)驗(yàn)方法如金相、熱分析等證明),反過(guò)來(lái)已證明了已有晶體學(xué)數(shù)據(jù)基本正確,可把這些數(shù)據(jù)做成自制標(biāo)準(zhǔn)卡片。
了解待測(cè)試樣的化學(xué)組成及其有關(guān)數(shù)據(jù),并注意樣品的形態(tài)特征和物理性質(zhì),對(duì)于無(wú)卡物相的分析鑒定尤為重要。




7.8.2 物相結(jié)構(gòu)測(cè)定的一般步驟 

利用多晶試樣的衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)測(cè)定的一般步驟簡(jiǎn)述如下:

1. 用符合要求的多晶試樣獲得未知物相的多晶衍射圖,并測(cè)量衍射圖中未知物相的各衍射峰的2θ(或晶面間距d)和強(qiáng)度I,對(duì)于強(qiáng)度數(shù)據(jù)尚需以最強(qiáng)線為100進(jìn)行歸一化處理,求得各衍射線條的相對(duì)強(qiáng)度I/I1 。

所謂符合要求的試樣應(yīng)滿足下列幾點(diǎn)要求:

(1)最好是單相試樣,如果含有其他少量雜相,要能明確地從衍射數(shù)據(jù)中扣除不屬于新相而屬于已知相的衍射峰,包括重疊的峰。需要強(qiáng)調(diào)的是,試樣一般應(yīng)為純的單相,至于是否是單相,可用其他方法,如金相、巖相觀察等,加以判斷。

(2)粒度要適當(dāng),即晶粒度<50μm ,或?yàn)橥ㄟ^(guò)320一400目的粉末。

(3)制樣時(shí)不產(chǎn)生擇優(yōu)取向,衍射儀試樣要滿足無(wú)窮厚度的要求。

衍射峰的位置應(yīng)進(jìn)行修正,衍射儀法可用加內(nèi)標(biāo)樣作衍射角修正。


2. 對(duì)衍射圖進(jìn)行觀察和分析。如有可能的話,應(yīng)判斷未知新相所屬的晶系。


3. 將衍射圖中各衍射峰指標(biāo)化,獲得各線條所對(duì)應(yīng)的晶面指數(shù)hkl 。不要遺漏最低衍射角度的衍射峰,收集高質(zhì)量的衍射圖,并得出準(zhǔn)確的衍射峰位置,是指標(biāo)化成功的關(guān)鍵。指標(biāo)化是晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定的基礎(chǔ),后面將專節(jié)介紹(7.8.3節(jié))。


4. 根據(jù)指標(biāo)化的結(jié)果總結(jié)衍射消光規(guī)律,與各晶系中不同結(jié)構(gòu)類型的系統(tǒng)消光規(guī)律表(查手冊(cè))相對(duì)照,決定該衍射圖所屬的結(jié)構(gòu)類型或空間群(7.8.4節(jié))。


5. 精確測(cè)定其點(diǎn)陣參數(shù)和該物相的密度。


6. 進(jìn)行化學(xué)分析,得到未知相中各元素含量。


7. 測(cè)定晶胞中原于(或分子)的數(shù)目,并結(jié)合未知相中各元素含量判定新相中各化學(xué)元素的原子比,進(jìn)而確定新相的化學(xué)式。


8. 測(cè)定晶胞中各原于的位置。

上述1至4步的測(cè)定工作,常稱為不計(jì)及衍射強(qiáng)度的相結(jié)構(gòu)測(cè)定。至此,僅獲得未知相的多晶衍射圖,包括一張d、hkl和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的相對(duì)強(qiáng)度I /I1的表,以及結(jié)構(gòu)類型和點(diǎn)陣參數(shù)。這些數(shù)據(jù),在物相鑒定時(shí)一般已可以滿足作為比對(duì)用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之用了。也就是說(shuō),用這些數(shù)據(jù)可制成一張標(biāo)準(zhǔn)PDF卡補(bǔ)充到自己使用的衍射數(shù)據(jù)庫(kù)中供日后物相檢索-匹配時(shí)使用。

完成1至8步的測(cè)定工作,稱為計(jì)及衍射強(qiáng)度的物相結(jié)構(gòu)測(cè)定。這時(shí),除了獲得上述述數(shù)據(jù)外,還知道精確的點(diǎn)陣參數(shù)、晶胞中原子數(shù)目及坐標(biāo)位置,因而衍射強(qiáng)度可按衍射強(qiáng)度公式計(jì)算得,并與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)強(qiáng)度相對(duì)照。計(jì)及衍射強(qiáng)度的物相結(jié)構(gòu)測(cè)定是多晶衍射分析的又一個(gè)大題目——晶體結(jié)構(gòu)分析,不是本書(shū)所能深入論及的,可參閱這方面的專著。


未完待續(xù)......

下一篇:7.8.3  粉末衍射圖指標(biāo)化


END


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