主题:【讨论】衍射实验技术接龙游戏[每位有效回复者将得到本人赠送的10个积分,两位回复者每人已经得到10分]

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XRD
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系统地表述知识也是学习的一种方法。我们不妨一起来做一个主题。大家来说衍射仪和衍射技术。只要你找到一个可以说话的主题,把你的知识,经历,经验,教训说出来,你就可以接上一段。比如你对衍射仪某个部分的了解,用衍射方法解决了你的某个问题。一种特殊的操作方法。如果你实在没话说,就不说好了,不要说“顶”,“好”之类的空话。好吗?

为了鼓励大家的积极性,将从本人的积分中赠送每位参与者10个积分。先已放进来100分了,如果有更多的参加,将继续增加奖励分。

我先来:

一 衍射光源
X射线管就象一个真空二极管,一头是阴极,另一头是阳极。阴极就是金属钨丝,阳极也是一块金属,最常用的就是铜,也有用铁,钴,钼的。如果给钨丝通上电流,就会产生电子。如果在阴极和阳极之间加上一个高电压,阴极产生的电子就会作定向运动,从阴极飞向阳极。电子在运动过程中在电场的作用下加速。当碰到阳极后,电子的动能损失。一方面使阳极发热,另一方面会产生X射线。X射线的产生效率非常低,一般只有1%的电子能量能转换成射线。99%的能量变成了热量,使得阳极在极短的时间内能被熔化掉。所以,我们得给阳极通水冷却。记得原来有一台60年的菲利普衍射仪。因为年纪有点大了,老是缺牙少胳膊的。但人家就是还能用。水压报警坏了,干脆拆掉,装个门铃来报警。但是,门铃只能报告是不是停水了,不能自动关高压。所以得有个人守着。有一天,一个研究生做实验时要如厕了。如厕回来的路上正好碰到个人说上了两句。回到实验室时,发现光管不亮了。因为正好这会停了一下水。
如果阳极固定不动,电子老射到阳极的同一个地方,冷却水的冷却效果不是很理想。反之,如果阳极转动,电子则在不同的时候射到阳极的位置是不同的。有一个冷却时间来接受下一次电子轰击。因此,就有了固定靶和转动靶两种光管。转动靶的光管功率因此可以提高很多。目前,固定靶的功率大约是2KW,而转动靶的功率一般是18KW。
因为转动靶不能在出厂时做成真空密封,因此,衍射仪上就多出来一个部件,即真空系统。需要给光管不断地抽真空。真空系统一般由两级真空来维持,即机械泵和分子泵。分子泵的转速可高了。如果突然让它停下来,比如说突然停电,可不好。弄不好会让分子泵的叶片损坏,转不动了。
使用高功率光管的好处有很多。
一个是因为功率高,光强度大,一般计数都在几万或几十万以上,图谱可好看了。因为线条光滑得多。
二是对于微量相的考察会好一些。如果使用较慢的扫描速度,加上高功率光管。衍射强度计数高。微量相会有明显的衍射峰出现。X射线衍射方法并不能证明某个相的不存在。这是因为含量太低时,物相的衍射峰就可能不出现。一般衍射仪要求含量在10%左右或更高。高功率的衍射仪会好一些。比如,对于硅,含量在1%左右是可以看到衍射峰的。
三是不用换光管。一般光管只能用个三年,一支进口的光管也是几万人民钞。弄坏了个可心痛了。转动靶的光管只需要揭开盖子,换根灯丝(阴极)就好了。
四是数据质量可好了。现在有很多人在做全谱拟合,需要高精度高稳定度高强度的衍射数据。使用高功率的衍射仪完全可以达到要求。如果使用固定靶测量的数据。可靠性可不高。为了获得相同的效果,必须延长收谱时间。可费心了。
还有一种更高功率的真空,当然不是光管。是同步辐射装置。功率同X射线管可不是同一数量级的。大得没法比。它可以直接穿透涂层(比薄膜厚多了),可以测量好深好深位置的东西。真是太好了。我们国家现在已经有好几个地方可以申请做实验了。如果选题好,说不定不但不要你的实验费,帮你出车马费,还会请你吃饭呢。
除了X射线可以做衍射外,电子衍射大家肯定都知道。TEM不是可以打斑点吗?
另外还有中子衍射。方法与X射线衍射差不多。但是,功率不高。不过,人家可以测磁矩呀。

我说完了,下面谁来?讲完了,记得给下面的人出题目。

下一主题可选:
1)样品制备
2)光路
3)辐射损伤与防护
推荐答案:wustliang回复于2007/02/08
样品的制备:
作者wustliang
我只说一下多晶衍射仪样品的制备。
研磨是一定要的,但要根据你自己实验的目的来精心准备。
1. 如果你只是对一个试样做简单的物相分析,看其物相组成,那就只需要研磨就可以了。一般要求330目以下,也就是粒度在30-50um的样子。研磨的时候最好加无水乙醇,目的有三:一是省力,二是防止颗粒溅出而改变了样品组成,三是保护研钵。研磨时用力不可太重,否则有些样品的晶格会变形。
2.如果你是对特殊单独一相做分析,那就要有选择了。比如在复杂的矿石里,要仔细的挑选。注意尽量选择颗粒大,色均匀的样品,因为样品越细小,杂质越多。必要时还要经过水洗或酸洗。然后再研磨。
3.对于有些有机物的样品,很多是自然结晶的。颗粒有时候比较大,但我认为不要随便去研磨,更不可加酒精研磨。我曾经遇到过这样的事情:有机物样品研磨前后的衍射峰完全不一样,根本看不出是同种物质。如果你的样品比较多,你可以把样品分成若干份逐一进行实验,有的不加研磨,有的研磨5分钟,有的研磨10分钟等等,看最终的结果,哪个更合适。
如果是金属样品,最好用宝石锉锉成细粉,不能用钢锉,会产生应力和磁性。当然宝石锉也会有应力,最好在做实验前退火处理。
多晶体衍射也可以是块体,最好能有个较好的平面,否则分析就困难点。至于有些非规则块体,又绝对不能破坏的样品,仔细点也就成了,没办法的事儿!
4.如果你要对物相做定量分析,那就更要仔细研磨,而且一定要保证样品中的组成不能发生变化,研磨时加酒精。不同试样的研磨程度要大致相同,一般要研磨到30um,大概是45-60min的样子。有些定量分析要加入参比相,那更要仔细,力保待测相和参比相的物性(粒度等)基本一致,最好的方法就是多研磨。
5.如何判断研磨的粒度呢?我个人认为最好事先准备好一些30um的微粉,反复摸索感觉,比如捏在手里的感觉、在光滑研钵内壁上吸附的情况等。千万不能拿300目的筛子去筛,否则试样的组成一定变,你测得再用心也白费了。
6.有的试样可以一直研磨,直到酒精干涸,比如刚玉;有的则只能到液体比较粘稠时,让它自然风干,比如石墨,如果你一直研磨下去,你就会发现最后又变成整个一块了。
7.试样的安装。
现在有很多是卧式的衍射仪,试样水平放置,这是最好的。试样要尽量防止产生取向。避免的方法:一是尽量研磨得更细,二是采用侧装样法,三是喷雾制样法,四是在试样里加入非晶体混合研磨。尽量避免加压力。如果是立式的衍射仪,那就要加压力了。我用的不是立式的,不太清楚,就不多说了。
样品要尽量面积大一点,最好不要让x光照射到样品以外的地方,否则会引入一些不必要的杂质峰,也会改变峰的相对强度,对做精细分析带来很多问题。

制样是一门学问,可惜我工作中只遇到这么多,说得错漏之处,还请指正。
补充答案:

xuefeifei回复于2007/03/16

从别人那里看到的,不会侵权吧?
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。翡翠、田黄的鉴定X射线衍射仪方法是权威的方法。…… 这样的实例,举不胜举!
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。

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作者wustliang
我只说一下多晶衍射仪样品的制备。
研磨是一定要的,但要根据你自己实验的目的来精心准备。
1. 如果你只是对一个试样做简单的物相分析,看其物相组成,那就只需要研磨就可以了。一般要求330目以下,也就是粒度在30-50um的样子。研磨的时候最好加无水乙醇,目的有三:一是省力,二是防止颗粒溅出而改变了样品组成,三是保护研钵。研磨时用力不可太重,否则有些样品的晶格会变形。
2.如果你是对特殊单独一相做分析,那就要有选择了。比如在复杂的矿石里,要仔细的挑选。注意尽量选择颗粒大,色均匀的样品,因为样品越细小,杂质越多。必要时还要经过水洗或酸洗。然后再研磨。
3.对于有些有机物的样品,很多是自然结晶的。颗粒有时候比较大,但我认为不要随便去研磨,更不可加酒精研磨。我曾经遇到过这样的事情:有机物样品研磨前后的衍射峰完全不一样,根本看不出是同种物质。如果你的样品比较多,你可以把样品分成若干份逐一进行实验,有的不加研磨,有的研磨5分钟,有的研磨10分钟等等,看最终的结果,哪个更合适。
如果是金属样品,最好用宝石锉锉成细粉,不能用钢锉,会产生应力和磁性。当然宝石锉也会有应力,最好在做实验前退火处理。
多晶体衍射也可以是块体,最好能有个较好的平面,否则分析就困难点。至于有些非规则块体,又绝对不能破坏的样品,仔细点也就成了,没办法的事儿!
4.如果你要对物相做定量分析,那就更要仔细研磨,而且一定要保证样品中的组成不能发生变化,研磨时加酒精。不同试样的研磨程度要大致相同,一般要研磨到30um,大概是45-60min的样子。有些定量分析要加入参比相,那更要仔细,力保待测相和参比相的物性(粒度等)基本一致,最好的方法就是多研磨。
5.如何判断研磨的粒度呢?我个人认为最好事先准备好一些30um的微粉,反复摸索感觉,比如捏在手里的感觉、在光滑研钵内壁上吸附的情况等。千万不能拿300目的筛子去筛,否则试样的组成一定变,你测得再用心也白费了。
6.有的试样可以一直研磨,直到酒精干涸,比如刚玉;有的则只能到液体比较粘稠时,让它自然风干,比如石墨,如果你一直研磨下去,你就会发现最后又变成整个一块了。
7.试样的安装。
现在有很多是卧式的衍射仪,试样水平放置,这是最好的。试样要尽量防止产生取向。避免的方法:一是尽量研磨得更细,二是采用侧装样法,三是喷雾制样法,四是在试样里加入非晶体混合研磨。尽量避免加压力。如果是立式的衍射仪,那就要加压力了。我用的不是立式的,不太清楚,就不多说了。
样品要尽量面积大一点,最好不要让x光照射到样品以外的地方,否则会引入一些不必要的杂质峰,也会改变峰的相对强度,对做精细分析带来很多问题。

制样是一门学问,可惜我工作中只遇到这么多,说得错漏之处,还请指正。
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从别人那里看到的,不会侵权吧?
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。翡翠、田黄的鉴定X射线衍射仪方法是权威的方法。…… 这样的实例,举不胜举!
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。
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