仪器原理丨X射线衍射(XRD)原理了解一下
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发布时间:2024-09-07 04:02
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时间:2024-09-15 14:38
XRD,即X射线衍射,通过X射线在晶体中的衍射现象来捕捉衍射后X射线信号特征,进而形成衍射图谱。这一图谱不仅能够帮助确定物相,还能像“透视眼”一样揭示晶体内部的缺陷和晶格缺陷。
这种衍射仪的适用范围非常广泛,它通常用于测量粉末、单晶或多晶体等块体材料,具有检测快速、操作简便、数据处理便捷等优势,堪称一款“良心产品”。
当X射线作为一种电磁波投射到晶体中时,会被晶体中原子的散射所影响。这些散射波从原子中心发出,每个原子中心发出的散射波类似于源球面波。由于原子在晶体中呈周期性排列,这些散射球波之间存在固定的相位关系,导致在某些散射方向上球面波相互加强,而在某些方向上相互抵消,从而产生衍射现象。
每种晶体内部的原子排列都是独特的,因此对应的衍射花样也是独特的,类似于人的指纹,因此可以进行物相分析。衍射花样中衍射线的分布规律由晶胞的大小、形状和位向决定,而衍射线的强度由原子的种类和它们在晶胞中的位置决定。
X射线穿过晶体产生的衍射布拉格方程是XRD理论的基石。
布拉格方程反映了衍射线方向和晶体结构之间的关系,是X射线在晶体中产生衍射需要满足的基本条件。
布拉格方程:2dsinθ=nλ,其中θ为入射角、d为晶面间距、n为衍射级数、λ为入射线波长,2θ为衍射角。
值得注意的是,满足布拉格方程式的方向上的所有晶面上的所有原子衍射波位相完全相同,其振幅互相加强,从而在2θ方向上出现衍射线,而在其他地方互相抵消,导致X射线的强度减弱或等于零。X射线的反射角不同于可见光的反射角,X射线的入射角与反射角的夹角永远是2θ。
X射线衍射有两种应用形式:一种是使用已知波长的X射线来测量θ角,从而计算出晶面间距d,这是用于X射线结构分析;另一种是使用已知d的晶体来测量θ角,从而计算出特征X射线的波长,进而可在已有资料中查出试样中所含的元素。
以下是使用XRD确定未知晶体结构分析过程:
仪器原理丨X射线衍射(XRD)原理了解一下
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