1、本章内容衍射仪的基本组成测角仪的工作原理晶体单色器辐射探测器的工作原理计数测量中的主要电路计数测量方法和测量参数的选择衍射数据采集和数据处理的自动化衍射峰的积分强度衍射峰位的确定方法.北京科仪厂北京科仪厂 MSAL XD2MSAL XD2粉末粉末X X射线衍射仪射线衍射仪 .组成原理由X射线管发射出的X射线照射到试样上产生衍射现象，用辐射探测器接收衍射线的X线光子，经测量电路放大处理后在显示或记录装置上给出精确的衍射线位置、强度和线形等衍射数据。这些衍射数据作为各种实际应用问题的原始数据.发展历史1912年Bragg最先使用了电离室探测X射线衍射信息的装置，此即最原始的X射线衍射仪近代X射线衍
2、射仪是1943年在弗里德曼（H. Fridman)的设计基础上制造的50年代X射线衍射仪得到了普及应用随着技术科学的迅速发展，促使现代电子学、集成电路、电子计算机和工业电视等先进技术进一步与X射线衍射技术结合，使X射线衍射仪向强光源、高稳定、高分辨率、多功能、全自动的联合组机方向发展，可以自动地给出大多数衍射实验工作的结果.基本组成X射线发生器衍射测角仪辐射探测器测量电路控制操作与数据处理计算机系统测角仪的结构.基本组成 X射线衍射仪基本结构方框图.特殊部件的作用在基本配置的衍射仪上配备各种不同功能的测角仪等附加硬件和软件，可以完成基本功能以外的一些特殊功能，如织构、应力、高温附件等四圆单晶衍
3、射仪微区衍射测角仪小角散射测角仪织构测角仪应用分析测角仪薄膜衍射仪高低温衍射仪本章介绍基本的粉末多晶体衍射仪的工作原理.测角仪的组成 测角仪示意图.测角仪的组成试样台与试样台转动与控制部件辐射探测器与探测器转动部件控制电机部件控制软件.测角仪的工作原理试样台位于测角仪的中心，试样台的中心轴ON与测角仪的中心轴（垂直向上）O垂直试样台既可以绕测角仪中心轴转动，又可以绕自身的中心轴转动试样台上的试样表面与测角仪中心轴严格地重合 测角仪示意图.测角仪的工作原理入射线从X射线管焦点F发出，经入射光阑系统S1和H投射到试样表面生产衍射，衍射线经接收光阑系统M、S2、G进入计数器DX射线管焦点F与接收光阑
4、G位于同一圆周上，把这个圆周称为测角仪（或衍射仪）圆测角仪圆所在平面称为测角仪平面 测角仪示意图.测角仪的工作原理试样台和计数器分别固定在两个同轴的圆盘上，由两个步进电机驱动在衍射测量时，试样绕测角仪中心轴转动，不断地改变入射线与试样表面的夹角2，计数器沿测角仪圆转动，接收各衍射角2 所对应的衍射强度测角仪示意图.测角仪的工作原理和2角可以根据需要单独驱动或自动匹配连动和 2角一般以1：2的角速度联合驱动测角仪的扫描范围：正向2可达165，负向可达-100，2角测量的绝对精度为0.02，重复精度为0.001测角仪示意图.测角仪的衍射几何测角仪的衍射几何是按Bragg-Brentano聚焦原理设
5、计的X射线管的焦点F，计数器的接收狭缝G和试样表面位于同一个聚焦圆上，因此，可以使由F点射出的发散束经试样表面衍射后的衍射速在G点聚焦测角仪的衍射几何.测角仪的衍射几何除X射线管焦点F之外，聚焦圆与测角仪只能有一点相交无论衍射条件如何改变，在一定条件下，只能有一条衍射线在测角仪圆上聚焦沿测角仪圆移动的计数器G只能逐个地对衍射线进行测量测角仪的衍射几何.测角仪的衍射几何当计数器在测角仪圆扫测衍射花样时，聚焦圆半径将随之而改变聚焦圆半径L与角的关系为R/（2L）=cos(/2- ) = sin 所以L=R/（2sin) (7-1)式中，R测角仪圆半径测角仪的衍射几何.试样表面按聚焦条件的要求，试样
6、表面应永远保持与聚焦圆有相同的曲面，但是，由于聚焦圆曲率半径在测量过程中不断变化，而试样表面却无法实现这一点。因此，只能作近似处理，采用平板试样，使试样表面始终与聚焦圆相切，即聚焦圆圆心永远位于试样表面的法线上为了使计数器永远处于试样表面（即与试样表面平等的HKL衍射面）的衍射方向，必须让试样表面与计数器同时绕测角仪中心轴同一方向转动，并保持1：2的角速度关系.试样表面即当试样表面与入射线成角时，计数器正好处于2角的方位粉末多晶体衍射仪所探测的始终是与试样表面平行的那些衍射面样品架和样品表面.测角仪光路测角仪要求与X射线管的线焦斑联接使用，线焦斑的长边与测角仪中心轴平行使用线焦斑可使较多的入射
7、线能量投射到试样上，但是，如果只采用通常的狭缝光阑便无法控制沿狭缝长边方向的发散度，从而造成衍射环宽度的不均匀性为了排除这种现象，在测角仪光路中采用由狭缝光阑和梭拉（Soller)光阑组成的联合光阑系统.测角仪的光学布置.光阑梭拉光阑S1，S2由一组互相平行、间隔很密的重金属（Ta、Mo)薄片组成安装时要使薄片与测角仪平面平等，可将垂直测角仪平面方向的X射线发散度控制有2左右狭缝光阑HH的作用是控制入射线的能量和发散度，限定入射线在试样上的照射面积.光阑狭缝光阑H例如，对热焦斑尺寸为110mm2（有效投射焦斑为0.110mm2）的X射线管，当采用1的发散狭缝，2为18时，试样被照射的宽度为20
8、mm，被照射的面积为2010mm2。随着2角增大，被照射的宽度（或面积）减小如果只测量高衍射角的衍射线时，可选用较大的发散狭缝，以便得到较大的入射线能量.光阑狭缝光阑M挡住衍射线以外的寄生散射，它的宽度应稍大于衍射线束的宽度狭缝光阑G控制衍射线进入计数器的能量，它的大小可根据实验测量的具有要求选定.晶体单色器的作用与图示作用：消除衍射花样的背底和K散射衍射束弯曲晶体单色器.晶体单色器的原理在衍射线光路上安装弯曲晶体单色器由试样衍射产生的衍射线（一次衍射线）经光阑系统投射到单色器中的单晶体上，调整单晶体的方位使它的某个高反射本领晶面（高原子密度晶面）与一次衍射线的夹角刚好等于单色器晶体的该晶面对
9、K辐射的布拉格角由单晶体衍射后发出的二次衍射线就是纯净的与试样衍射线对应的K衍射线.晶体单色器的作用由于可以选择单晶的晶面正好对准K的衍射，因此，可以消除K的辐射，也能消除由连续X射线和荧光X射线产生的背底使用石墨弯曲晶体单色器不能消除的K2辐射，所以经弯曲晶体单色器聚焦的二次衍射线，由计数器检测后给出的是的K双线衍射峰晶体单色器的安装位置.石墨晶体单色器选用石墨单晶体的0002作为反射面使用石墨弯曲晶体单色器，对Cu K辐射而言，其衍射强度与不用单色器时相比大约降低36%。相当于用滤波片降低的强度在Cu K辐射上使用石墨单色器测铁试样，可使背底降到10cps（每秒计数），得到满意的效果.石墨
10、晶体单色器测量与靶元素相同的样品时，石墨晶体单色器降低背底的效果不大。这是因为连续X射线激发试样而产生的荧光X射线与X射线管发射的标识X射线具有同样的波长由于试样和晶体单色器使衍射线偏振，因此在衍射束上加入晶体单色器时，衍射强度的偏振因子由（1+cos22)/2改为(1+cos22cos22)/2。其中的2为晶体单色器的衍射角 .辐射探测器的作用与原理接收试样的衍射X光子，并通过光学作用，使光信号放大，并转换为电信号，输送给信号处理电路辐射探测器的种类正比计数器闪烁计数器位敏计数器 NaI闪烁检测器 .正比计数器正比计数器的原理图.正比计数器组成正比计数器以辐射光子对气体电离为基础在计数器中，
11、由一个直径25毫米的金属圆筒作阴极，用一根细钨丝安置在阴极圆筒的轴心上，作用阳极，两极间加12KV的直流电压计数器内注入一个大气压的氩气（90%）和甲烷的混合气体。计数器窗口由对X射线透明度很高的铍箔封住.正比计数器原理当一个X射线光子进入计数器时，使计数器内气体电离在电场作用下，电离后的电子和正离子分别向两极运动，在电子向阳极的运动过程中逐渐被加速而获得更高的动能这些被加速的电子与气体分子碰撞时，将引起进一步的电离，产生大量的电子涌到阳极，即发生一次所谓的“雪崩效应”。把这种现象称为气体放大作用.正比计数器性能与检测正比计数器是一种高速计数器，它能分辨输入率高达106/S的分离脉冲如果让正比
12、计数器接收恒定强度的单色X射线，同时测量电压对计数率的影响，便可得到计数器的响应曲线正比计数器的工作电压应处于坪台中心或自坪台起点1/3处。要定期检查坪台电压特性，使用适当的工作电压.闪烁计数器组成闪烁计数器是利用固体发光（荧光）作用的计数器闪烁计数器原理与实物图.闪烁计数器组成原理发光体一般是用少量（0.5%左右）铊活化的碘化钠（NaI）单晶体。这种晶体经X射线照射后能发射可见的蓝光碘化钠晶体紧贴在光电倍增管的光敏阴极上，除铍窗口外，其它部分均与可见光隔绝光敏阴极由光敏物质（铯锑的金属间化合物）制成。当晶体吸收一个X射线光子时，便产生一个闪光，这个闪光射到光电倍增管的光敏阴极上激发出许多电子
13、.闪烁计数器组成原理光电倍增管内一般装有10个联极，每个联极递增100V正电压，最后一个联极与测量电路连接每个电子通过光电倍增管在最后一个联极上可倍增到106107个电子当晶体吸收一个X射线光子时，便可在光电倍增管的输出端收集到巨大数目的电子，从而产生一个几毫伏的电脉冲.闪烁计数器性能产生一个倍增作用的整个过程所需要的时间不到1微秒。因此，闪烁计数器可在高达105脉冲/秒的计数速率下使用，不会有漏计损失由于闪烁晶体能吸收所有的入射光子，在整个X射线波长范围其吸收效率都接近100%，所以闪烁计数器的主要缺点是本底脉冲过高即使没有光子，由于光敏阴极因受热离子影响也会产生热噪声。因此，应保持在低温下
14、使用.位敏正比计数器原理正比计数器的使用问题正比计数器在接收X光子时，只在其接收位置产生局部电子雪崩效应，所形成的电脉冲向计数器的两端输出，不同位置产生的脉冲与两端距离不等，因此不同脉冲之间产生一定的时间差。这个时间差使正比计数器在芯线方向具有位置分辨能力.位敏正比计数器原理正比计数器不同脉冲之间产生的时间差使在芯线方向具有位置分辨能力，因此，在一般正比计数器的中心轴上安装一根细长的高电阻丝，利用一套相应的电子测量系统可以同时记录下输入的X射线光子数目和能量以及它们在计数器被吸收的位置.位敏正比计数器性能位敏计数器的接收窗口与芯丝平行，窗口的长度随着要探测的角范围而各异例如，利用50mm长芯丝
15、，在计数器不动的情况下，可以测量12的衍射花样位敏计数器适用于高速记录衍射花样，测量瞬时变化的研究对象，如相变。测量那些易于随时间而变的不稳定试样和容易因受X射线照射而损伤的试样，测量微量和强度弱的衍射信息.计数测量电路计数器除必须具有重复性好、高稳定性的高压电源外，还需要将计数器输出的电脉冲信息转变成操作者能直接读取或记录的数值计数测量电路是指为完成信息转换所需要的电子学电路.计数测量电路工作原理测量电路方框图.脉冲高度分析器的原理在衍射测量中，进入计数器的除试样的衍射X射线外，还有连续X射线、荧光X射线等各种波长的干扰脉冲脉冲高度分析器的作用是利用计数器产生的脉冲高度（指脉冲电压）与X射线
16、光子能量呈正比的原理来辨别脉冲高度，利用电子学电路方法剔除那些对衍射分析不需要的干扰脉冲，由此可达到降低背底和提高峰背比的作用.定标器定标器的作用定标器是对设定时间内输入脉冲进行计数的电路由脉冲高度分析器传送来的脉冲信号，以二进制或十进制形式将脉冲适当地衰减后，进入定标器.定标器定标器的工作方式定时计数方式设置一个时间长度，获取每个时间长度内的计数值定数计时方式设置一个预定的计数额，计算获得一个计数额需要的时间在通常情况下都以定时计数方式工作.计数率计功能把脉冲高度分析器传送来的脉冲信号转换为与单位时间脉冲数成正比的直流电压值输出组成由脉冲整形电路，RC积分电路和电压测量电路组成.计数测量方法
17、粉末多晶体衍射仪的计数测量方法有连续扫描和步进扫描两种连续扫描将计数器与计数率计连接，让测角仪的/2 角以1：2的角速度联合驱动在选定2 角范围，以一定的扫描速度扫测各衍射角对应的衍射强度，测量结果自动地存入计算机，然后，在打印机上输出测量结果或在绘图仪上绘出衍射花样.计数测量方法连续扫描的图谱.计数测量方法连续扫描的优点扫描速度快，工作效率高。当需要对衍射花样进行全扫描测量时，一般选用连续扫描测量方法连续扫描的测量精度受扫描速度和时间常数的影响，因此，在测量前要合理地选定这两个参数.计数测量方法步进扫描将计数器与定标器连接，首先让计数器停在要测量的起始2 位置，按定时器设定的计数时间测量脉冲
18、数，将所测得的脉冲数除以计数时间即为该处2 角对应的衍射强度，然后再作下一步测量步进扫描的曲线是梯度形的.计数测量方法步进扫描图谱.计数测量方法步进扫描的特点步进扫描每步停留的测量时间较长，测量的总脉冲数较大，从而可减小脉冲统计波动的影响步进扫描不使用计数率计，没有滞后效应。所以，它的测量精度是很高的，能给出精确的衍射峰位、衍射线形、积分强度和积分宽度等衍射信息，适合作各种定量分析步进扫描的精度取决于步进宽度和步进时间，所以在测量前要根据实际需要选定合适的步进宽度和步进时间.计数测量方法测量参数的选择测量参数的选定直接影响着衍射信息的质量和测量结果。应根据需要作适当的选择测量参数包括狭缝宽度扫
19、描速度时间常数步进宽度步进时间.计数测量方法测量参数的选择狭缝光阑的宽度发散狭缝H发散狭缝光阑是用来限制入射线在测角仪平面方向上的发散度，同时也决定入射线在试样上的投射能量和照射面积发散狭缝宽度的选择应以入射线的投射面积不超过试样的工作表面为原则，在光阑尺寸不变的情况下， 2 角愈小，入射线对试样的照射宽度愈大，所以发散狭缝的宽度应测量范围内2 角最小的衍射峰为依据为确定.计数测量方法测量参数的选择狭缝光阑的宽度发散狭缝H在测角仪半径R一定的情况下，试样表面被照射的宽度A与光阑的发散角、衍射角2 的关系为A=R/sin =180Asin/(R) 例如，R=200mm, A=20mm, 测量的初
20、始角为2=20，应选用1的发散狭缝 .计数测量方法测量参数的选择狭缝光阑的宽度接收狭缝GG的宽度对衍射峰的强度、峰背比和分辨率都有明显的影响增大接收狭缝，可增加衍射强度，但同时也降低峰背比和分辨率，这对测量弱峰和分辨相邻的衍射峰都是不利的只要衍射峰强度足够时，应尽可能选用较小的G，如果选择得太小，由于强度太弱而使某些弱峰不能探测得到.计数测量方法测量参数的选择狭缝光阑的宽度防寄生狭缝MM对衍射线本身没有影响，只影响峰背比。一般选用与发散狭缝相同的光阑.计数测量方法测量参数的选择扫描速度连续扫描时，扫描速度对测量精度有较大影响，随扫描速度的加快，导致滞后效应的加剧，由此引起的衍射峰高下降、线形向
21、扫描方向拉宽，使峰形不对称、峰位向扫描方向偏移在可能的情况下，尽量选用较慢的速度一般定性分析用4/分。定量分析0.5/分或更慢.计数测量方法测量参数的选择时间常数时间常数对测量精度的影响和扫描速度类似，随时间常数的增加，滞后效应加剧，导致衍射峰高下降、峰形向扫描方向拉宽而不对称、峰位向扫描方向偏移当选用较快的扫描速度时，应适当地选用较小的时间常数，以平衡对滞后效应的影响用小的时间常数会造成线形的锯齿形，但只要适当，可更真实地计数.计数测量方法测量参数的选择接收狭缝、时间常数、扫描速度的关系这三个参数应当协调选择，让时间常数等于或小于接收狭缝的时间宽度Wt的一半时，就会得到最佳分辨率的衍射花样例
22、：F=0.15，V=2/分，按计算式（RC）=30F/V，得RC=2.25秒。在这种情况下，应选取比计算值稍小的数值，RC=2秒.计数测量方法测量参数的选择步进宽度和步进时间选择步进宽度时，主要考虑两个因素：步进宽度一般不应大于接收狭缝宽度对衍射线形变化剧烈的情况，要选用较小的步进宽度，以免漏掉衍射细节选取的步进时间愈长，统计误差愈小，因此可提高准确度和灵敏度，但是会延长测量时间.计数测量方法测量参数的选择步进宽度和步进时间从获得高分辨率、高准确度和高灵敏度的观点来看，当然是步进宽度愈小，步进时间愈长，所测得的衍射信息质量愈高。但是，步进扫描测量是相当费时的，应考虑工作效率，因此，在满足测试任
23、务要求的前提下，不应选用过小的步进宽度和过长的步进时间.数据采集与数据处理现代X射线衍射仪都实现了计算机控制自动化。包括测角仪转动、加降高压电流、数据采集、数据存贮、数据处理等一切操作流程装入样品装入样品加高压电流加高压电流数据处理数据处理测角仪初始化测角仪初始化数据保存数据保存系统加电准备系统加电准备测角仪转动测角仪转动测量数据测量数据输入测量参数输入测量参数.数据采集与数据处理数据采集程序数据采集程序提供用户界面，供用户输入测量参数，并执行加压降压和启动测量控制、保存数据文件等功能参数文件保存设备控制参数，这些参数有三个作用：本次测量按当前设定的参数进行将参数加入测量数据文件中，在数据处理
24、时提供必要的参数保存在外存贮器中，供下次启动时初始化系统.数据采集与数据处理测量数据文件包括测量参数，如试样编号、测量起始角2、测量终止角2 ，各测量点的角度和衍射强度数据数据处理程序基本处理：对原始数据的平滑、背底计算和扣除、K2 的剥脱，衍射峰的自动检索、打印图谱和d-I列表高级处理：物相自动检索、物相定量分析、点阵常数精确测量、线形分析.衍射线束积分强度公式衍射线相对积分强度公式为：由于，在衍射仪中使用平板试样，在同一衍射花样中，对各衍射峰的吸收因子是不变的参数，因此，衍射仪测量中不要考虑吸收因子的影响，衍射仪法中衍射峰的相对积分强度公式为：)(cossin2cos12222AePFIM
25、HKL相MHKLePFI2222cossin2cos1相.衍射线束积分强度公式的讨论在衍射仪的衍射几何中，入射线和衍射线与试样表面始终保持着相同的掠射角，因此，入射线和衍射线在试样中所经过的路径是相同的平板试样的吸收情况.衍射线束积分强度公式的讨论一束横截面积为S，强度为I0的入射线以与试样表面成角的方向投射到平板试样上，衍射线与试样表面的夹角也为讨论离开表面深度为X的一个薄层dx的衍射情况入射线进入试样之后在到达薄层之前要经过一段路程AB，被吸收一部分能量，因此，参加衍射的入射线强度被衰减，根据吸收定律它为I0e-(AB)，同样，衍射线在离开试样表面之前也要经过一段路径BC的吸收，因此，衍射
26、线强度也要乘以一个衰减因数e-(BC).衍射线束积分强度公式的讨论讨论离开表面深度为X的一个薄层dx的衍射情况根据衍射强度理论，衍射线的强度应等于入射线强度、单位体积的反射本领和参加衍射的试样体积的乘积，在考虑试样吸收的情况下，薄层的衍射强度应为 dI=Q I0e-(AB) e-(BC)dV= Q I0e-(AB+BC)dVAB=BC=x/sin ,dV=Sdx/sin ，所以： dI= SQ I0e-2x/sin/sindx.衍射线束积分强度公式的讨论讨论离开表面深度为X的一个薄层dx的衍射情况将薄层的衍射强度对可能参加衍射的厚度积分就得到试样的衍射强度由于试样厚度对衍射而言是足够的，故积分
27、极限可取0，所以 I= SQ I0/2因此，衍射仪的吸收因子A与角无关. 扣除背底测得衍射线的线形以后，在作各种校正确定各种参数之前，必须先去除背底当衍射线比较尖锐时，只要作连接线形两侧根部平缓区的直线就去除了背底当衍射线比较漫散时，难以确定衍射线两侧的平缓区，通常采用衍射角相似、线形比较尖锐的物质作为标准物，利用标准物的线形去除背底. 扣除背底以衍射峰两端平缓区为基点作直线 扣除衍射线的背底. 扣除背底标准物法去除背底 曲线a为Cu轧板的衍射线，曲线b为Cu粉的衍射线， 以Cu粉衍射线的背底为Cu轧板衍射线的背底. 衍射峰位的确定衍射线的峰位是从衍射线形获得的基本参数之一，它是点阵参数、宏观
28、应力测定、物相定性分析工作中的关键参量所谓衍射线线形，是指衍射线的强度按衍射角2的分布衍射峰位的确定有以下几种方法图形法曲线近似法重心法 . 衍射峰位的确定1、峰值法以衍射线上强度最大值处的角度2作为峰位的定峰位法，称为峰值法. 衍射峰位的确定2、弦中点法在衍射线强度1/2或1/3处绘一条平行于背底的弦，以弦中点处角度2作为峰位的方法称为弦中点法3、弦中线法在强度1/2、2/3、3/4等处各绘一弦，取它们的中点作连线并外推到衍射轮廓线上，交点处2作为峰位的方法称为弦中线法. 衍射峰位的确定4、切线法对于峰形较对称，宽度较窄的衍射线可采用切线法定峰位从衍射线两侧各作切线，切线交点处的角度2就是峰
29、作在的角度. 衍射峰位的确定5、抛物线法将衍射线顶点近似成抛物线，再用35个实验点来拟合抛物线，找出顶点，将抛物线的顶点所对应的2角作为衍射线的线位具体做法是：在85%以上强度处取线位附近与两侧的等间距的三个实验点，将实验点数据（ 2j,Ij)代入抛物线方程，求出抛物线的最大值点. 衍射峰位的确定5、抛物线法抛物线法常用于峰背比比较高且峰位处较为光滑的衍射线. 衍射峰位的确定6、重心法取衍射线重点所对应的2为衍射线的线位取得实验数据后，用计算机积分：2222IdId. 衍射峰位的确定6、重心法这种方法是唯一利用了衍射线的全部数据来确定衍射线线位的方法，因此，所得的结果受其它因素的影响较小，重复
30、性好。但计算工作量大，适用于计算机处理. 衍射峰位的确定重心法. 衍射峰位的确定6种定峰位法的比较在衍射线对称的情况下，6种方法所确定的峰位角是相同的，在这种情况下用最简便的峰值法、切线法或弦中点法最为合适在不对称的情况下，不同方法所得的峰位角有微小差别. 衍射峰位的确定6种定峰位法的比较在精确度要求不很高的工作中多采用峰值法精度要求高则应采用弦中线法或抛物线法比较推荐使用弦中线法数学计算建议使用重心法。但从系统误差的大小来比较，几何因素和物理因素对重心法的影响都较大. 衍射强度表示衍射强度是定量相分析、织构测定、原子面平整程度测定等工作中的关键参量，是由衍射线测定出的重要参数之一衍射强度的表
31、示方法有：峰高强度积分强度. 衍射强度表示峰高强度在通常情况下，可以用峰高法比较同一试样中各条衍射线的强度，也可以用它比较不同试样中衍射线的强度峰高法是用一条衍射线的最大强度值代表整个衍射线的强度，也就是以衍射线的峰高来表示它的强度. 衍射强度表示峰高强度在定性相分析时，将谱线中最强的峰强度定为100，其余峰按比例计算峰高法确定的强度值往住与理论计算值不符，这除了实验和试样因素外，还与两者的定义有关. 衍射强度表示峰高强度. 衍射强度表示积分强度积分强度就是背底以上，曲线以下的全部面积实验测定的衍射线积分强度可以由计算机数据处理程序中的面积计算程序计算。人工方法可以用求积仪，也可以将图谱纸剪下
32、来称重积分强度是物相定量分析、织构测定中使用的强度值，它与理论计算值比较接近. 衍射强度表示积分强度.样品制备对于样品的准备工作，必须有足够的重视。常常由于急于要看到衍射图，或舍不得花必要的功夫而马虎地准备样品，这样常会给实验数据带入显著的误差甚至无法解释，造成混乱 .样品制备粉末样品制备的步骤：把样品研磨成适合衍射实验用的粉末把样品粉末制成有一个十分平整平面的试片注意的问题整个过程以及之后安装试片、记录衍射谱图的整个过程，都不允许样品的组成及其物理化学性质有所变化确保采样的代表性和样品成分的可靠性.样品制备粒度要求衍射技术要求样品是十分细小的粉末颗粒，使试样在受光照的体积中有足够多数目的晶粒
33、将样品制成很细的粉末颗粒，还有利于抑制由于晶癖带来的择优取向在定量解析多相样品的衍射强度时，可以忽略消光和微吸收效应对衍射强度的影响。所以在精确测定衍射强度的工作中（例如相定量测定）十分强调样品的颗粒度问题.样品制备粒度要求一般要求通过360目（38m）筛选。有些样品要求更细，如石英粉末的颗粒大小至少小于5m晶粒尺寸小于1000埃时，衍射仪就可察觉衍射线的宽化。所以，要测量到良好的衍射线，晶粒亦不宜过细，对于粉末衍射仪，适宜的晶粒大小应在0.110m的数量级范围内.样品制备平整与择优取向粉末衍射仪要求样品试片的表面是十分平整的平面。试片装上样品台后其平面必须能与衍射仪轴重合，与聚焦圆相切。试片
34、表面与真正平面的偏离（表面形状不规则、不平整、凸出或凹下、很毛糙等等）会引起衍射线的宽化、位移以及使强度产生复杂的变化，对光学厚度小的（即吸收大的）样品其影响更为严重.样品制备平整与择优取向制取平整表面的过程常常容易引起择优取向，而择优取向的存在会严重地影响衍射线强度的正确测量实际实验中，当要求准确测量强度时，一般首先考虑如何避免择优取向的产生而不是追求平整度.样品制备通常采用的制作衍射仪试片的方法都很难避免在试片平面中导致表层晶粒有某种程度的择优取向多数晶体是各向异性的，把它们的粉末压入样品框窗孔中很容易引起择优取向，尤其对那些容易解理成棒状、鳞片状小晶粒的样品对于云母、黄色氧化铅、- 铝，
35、采用普通的压入法制作试片，衍射强度测量的重现性很差，甚至会得到相对强度大小次序颠倒过来的衍射图谱.样品制备克服择优取向使样品粉末尽可能的细，装样时用筛子筛入，先用小抹刀刀口剁实并尽可能轻压把样品粉末筛落在倾斜放置的粘有胶的平面上通常也能减少择优取向，但是得到的样品表面较粗糙通过加入各向同性物质（如 MgO，CaF2等）与样品混合均匀，混入物还能起到内标的作用具有十分细小晶粒的金属样品，采用形变的方法（碾、压等等）把样品制成平板使用时也常常会导致择优取向的织构，需要考虑适当的退火处理.样品制备样品厚度样品的厚度会引起衍射峰的位移和不对称的宽化，使衍射峰位移向较低的角度。特别是对线吸收系数值小的样
36、品，在低角度区域引起的位移(2)会很显著如果要求准确测量2或要求提高仪器分辨率能力，应该使用薄层粉末样品。但是如果为了获得最大的接收强度和要求强度测量有很好的重现性，样品应足够厚通常样品厚度为1.52 mm.样品制备样品制作方法最常用的方法是研磨和过筛，当样品手摸无颗粒感，持续的在研钵中研磨至360目的粉末块状而且是由高度无序取向的微晶颗粒组成的样品，如岩石、金属需加工出一个1812mm2平面。因为加工时会引起择优取向，需要考虑适当的退火处理。退火的时间和温度，以仅发生复原过程为原则.样品制备粉末样品的制片方法压片法：把样品架反放在玻璃平面上，将粉末洒入制样框的窗口中，再将样品压紧，小心地把制
37、样框从玻璃平面上拿起，约需0.4cm3样品涂片法：把粉末撒在一片大小约 25351mm3的显微镜载片上，然后加上足够量的丙酮或酒精，使粉末成为薄层浆液状，均匀地涂布开来，粉末的量只需能够形成一个单颗粒层的厚度就可以.开机打开空调机，使室温降至20，空气相对湿度降至50%打开数据采集机和数据处理微机电源打开冷却水龙头，打开冷却水控制电源。观察水流量是否正常在数据采集微机上运行数据采集系统软件，单击“校读”按钮，校读2 打开“电源通断”开关，绿色指示灯亮等待5分钟后，压下“X射线开”按钮，红色指示灯亮等待5分钟后，高压电压表稳定于20KW、电流表稳定于6mA.制样样品过筛：将粉末样品置于300目（
38、或更细）的分样筛中过筛制样：在样品架中滴入一滴“矿物油（液体石蜡）”，取10mg过筛后的样品粉末均匀洒入样品架的样品框内，用小抹刀轻轻压实，将多余粉末抹除，压平块状样品（如合金、岩石等），需要切割出一个1218mm平面，并将该面磨平、抛光。如果是合金块，还应作退火处理，以消除由于磨样时产生的应力.装样将样品架的样品面朝操作者轻轻装入样品台内（特别注意动作要轻，以免粉末洒落在样品台内）。轻压到位防辐射关上防辐射窗玻璃，离开衍射室.扫描升高压按先电压、后电流，同步增长的步骤提升高压和电流值，每升1档，中间停顿1分钟。高压升至36KW，电流升至22MA。离开X光机室测扫在数据采集微机上，单击“叠扫”
39、按钮，打开“叠扫对话框”。输入扫描参数。然后，单击“开始”按钮，开始扫描.扫描保存保存数据扫描完成后，屏幕提示存盘，选择正确的存贮路径、输入文件名，单击“保存”降压按先电压、后电流，同步降低的步骤，降低高压和电流值，每降1档，中间停顿1分钟。高压降至20KW，电流降至6MA取样从试样台上取出样品，关上防辐射窗.关机关高压电源当高压电压和电流表稳定于20KV、6mA后，按下控制面板上的“X射线关”按钮，红色指示灯熄，绿色指示灯亮关低压电源等待10分钟后，观察高压电压和电流表显示均为0，冷却水水温降至室温或以下。按下“电源通断”按钮，关闭X光机低压电流，关闭冷却水电源和冷却水龙头.基本数据处理在数
40、据处理微机上，打开“XD98型X射线衍射仪数据分析系统”程序窗口数据处理方法包括寻峰系统自动寻找出产生的衍射峰位置，并标出面间距。打印成图谱，可根据给出的d值查找JCPDF卡片，进行物相鉴定或进行晶胞参数的精确测定.基本数据处理计算面积计算指定衍射峰的积分强度、峰位、半高宽等数据。可根据该系列数据计算物相的含量或微观内应力测定和亚晶尺寸测定，以及完整晶体的晶粒尺寸计算图谱对比在科学研究中，对比一系列不同处理条件下的样品的衍射峰位置、衍射峰的宽化、衍射峰的存在。决定正确的试验条件.基本数据处理数据格式转换将衍射数据转换成不同处理软件要求的数据格式，可供绘图软件、数据处理软件等公共软件使用，扩展X
41、射线衍射的应用领域定性相分析系统提供一套PDF数据库，可人工可自动检索物相 .为什么衍射仪必须在恒温、恒湿条件下工作？一般工作温度和湿度大约为多少？如果使用自来水冷却而突然停水，仪器将如何自动运行？应作何应急处理？如果样品表面不平，对衍射结果有何影响？对于合金块状样品，其制样过程是怎样的？衍射峰的位置、峰宽、峰面积和峰的形状各反映了被测试样的什么性质？当衍射范围2为1080，FS=1时，对样品的表面尺寸有何要求？.衍射峰的面积表示什么物理意义？它与物相的含量呈线性比例吗？为什么？扫描速度与衍射峰的哪些性质有关？进行物相鉴定时一般选择多快的扫描速度？X射线对物相存在的敏感度有多大？如果只是微量的
42、物相存在，你会选择X射线衍射作物相鉴定吗？作X射线衍射分析用的X光束形状是怎样的？为什么？ .如果要求步进扫描时某峰位计数的精度为1%，置信度为95%，试问此时的总计数要达到多少？若此时的计数率为500cps，那么步进时间要多少？（设a,背底为峰高的1/3，b,忽略背底不计，分别计算）若扫描速度为4（2）/min，接收狭缝宽度为0.3mm，衍射仪半径为185mm，问时间常数应设为多少？以Cu-K分析铝试样，欲求各衍射线相对强度，问试样至少应有多厚？.以Cu-K分析铝块状试样，问对111衍射线而言，多厚的表层所贡献的强度为全部强度的85%。将此厚度与上题结果对比。以Cu-K分析钨（点阵常数为3.16）。欲求各衍射线相对强度，试样面积为22cm2，衍射仪半径为185mm，粗略计算应取多大角度的发散狭缝什么是峰高强度与积分强度？它们各有什么作用？对于金属粉末应磨成多大的粗度合适？研磨后如何消除应力和各向异性？.
