1 实验目 1
2 实验原理 1
21 晶体结构晶体X射线衍射 1
22 物相鉴定原理 2
3 实验仪器 3
4 实验步骤 4
41 实验前准备 4
42 试样制备 4
43 开机测试程 5
5 数处理 5
51 图谱期处理 5
52 动寻峰 6
53 标准PDF卡片 7
6 实验结 16
7 实验存问题原 16
土质学课XRD实验报告
1 实验目
1) 解X射线衍射仪结构工作原理
2) 掌握X射线衍射物相定性分析方法步骤
3) 学会Highscore软件进行图谱分析
4) 鉴定蒙脱石样品
2 实验原理
21 晶体结构晶体X射线衍射
x射线种短电磁波具反射折射干涉衍射偏振等特征属横波波长范围约001~100nm衍射分析x射线波长约05~25nm物质结构中原子分子距离正落x射线波长范围物质(特晶体)x射线散射衍射够传递极丰富微观结构信息
图 1 原子面网 X射线衍射
束单色X射线入射晶体时晶体原子规排列晶胞组成规排列原子间距离入射X射线波长具相数量级迫原子中电子原子核成新发射源方散发X射线散射原子散射X射线相互干涉叠加某特殊方产生强X射线衍射线空间分布方位强度晶体结构密切相关X射线衍射基原理
假定晶体中某方原子面网间距离d波长λX射线夹角θ射入晶体(图 1示)原子面网入射线散射线光程相等相邻两原子面网散射出X射线光程差光程差等入射波长整数倍时产生加强衍射线:
2dsinθnλ
布拉格(Bragg)公式式中d晶面距离n整数(称反射级数)θ入射角λX射线波长布拉格方程X射线衍射分析根
方程仅测单晶体测晶体样品采晶体粉末样品中包含着数目极细单品晶体规存种取相晶体原点保持动情况绕种方位转动形成数倒格子点阵入射X射线样品相遇时组晶面族总许晶粒处适合反射位置形成衍射
22 物相鉴定原理
结晶物质均具特定晶体结构(结构类型晶胞质点种类数目分布)组成元素种物质独特衍射谱应相物质衍射谱互相干独立存物相衍射谱简单叠加
衍射方晶胞参数函数(取决晶体结构)衍射强度结构子函数(取决晶胞中原子种类数目排列方式)物相套dI特征值衍射谱图相存体系进行全分析说实验测图谱数库中已知X射线粉末衍射图通两者匹配性确定物相
3 实验仪器
实验中德国布鲁克公司D8X射线衍射仪
图 2 D8 X射线衍射仪
核心部件:
1) 高压发生器X光
2) 精度测角仪BB衍射
3) 光学系统参数选择采集数质量影响
4) 探测器
5) 控测采集数数处理
仪器设计原理:R1R2R试样转θ角探测器转2θ角(2θθ偶合)试样动光转θ探测器转θ(θθ偶合)基结构原理图 3示
图 3 X射线衍射仪设计原理
聚焦圆衍射角变化衍射角越聚焦圆半径越2θ0聚焦圆半径r∞2θ1800时rR2r R2sinθ
4 实验步骤
41 实验前准备
实验前准备包括环境准备固体探测器更新光老化等容实验般室温15℃~33℃范围进行通空调强冷机实现固体探测器更新般周进行次光老化般实验前1时进行次实验XXXX学材料科学工程学院进行步骤实验室专进行操作
42 试样制备
实验采样品高纯纳米蒙脱石粉外观呈微黄粉末状相关参数见表 1:
表 1 实验样品参数
蒙脱石含量
≥95
干燥失重
≤10
吸氨值
≥100mmol100g
吸蓝量
≥42g100g
粒径
325目
PH值
68
次实验目便鉴定该实验样品否蒙脱石
样品制备步骤进行:
1) 制样框放滑玻璃片样品粉末均匀撒入制样框窗口中
2) 粉末力压紧余粉末削
3) 制样框玻璃面起
4) 面玻璃片面样品整光滑试样面玻璃表面齐
43 开机测试程
开测量软件DIFFRAC plus Measurement partrarXRD commander软件设定电压电流分40kv40mA设定左右两狭缝值1设置适步长(increment)扫描速度然进行测试衍射图谱步骤实验室专完成
5 数处理
51 图谱期处理
测试完毕样品测试数存入磁盘供时调出处理xrdml图谱文件导入XRD分析软件Highscore中样品原始图谱见图 4(Highscore导出数Excel中绘制)图中出杂峰较蒙脱石第特征峰第二特征峰然较明显
保持原始数失真里进行扣背底曲线滑处理(动寻峰结果影响较)仅仅Kα2衍射峰值Treatment菜单中选择Strip KAlpha2命令弹出话框中默认值直接次单击Strip KAlpha2Replace钮样掉Kα2衍射峰般X射线衍射K系辐射 K系辐射中包括两系KαKβ辐射二者波长相差较Kβ辐射般通石墨晶体单色器滤波片仪器滤掉接收Kα辐射Kα辐射中包括两种波长差Kα1Kα2辐射强度般情况刚21处理图谱见图 5
图 4 实验样品原始衍射图谱
图 5 处理衍射图谱
52 动寻峰
search peaks命令进行动寻峰衍射峰属性列表动寻峰结果图见表 2图 6表中出12347号波峰相强峰强度计数(相强度)较高中1号波峰强峰晶层间距450217Å图中出软件动寻峰结果基符合实际峰形时粗略出1号波峰2号波峰晶层间距衍射角度蒙脱石标准衍射谱线第二特征峰吻合度高
表 2 样衍射峰属性列表
序号
衍射角度°(2θ)
半峰宽°
晶层间距Å
强度计数
相强度
1
58938
09792
1498335
32946
100
2
197031
02448
450215
24583
7462
3
21911
0408
405321
14143
4293
4
294297
02448
303257
12736
3866
5
347608
0816
257872
6525
1981
6
541038
09792
169372
2576
782
7
617782
0408
150045
1013
3075
8
730345
09792
129448
2584
784
图 6 动寻峰结果图
53 标准PDF卡片
531 软件动匹配初步筛选
Highscore软件中次单击AnalysisSearch & MatchExecute Search & Match命令开Search & Match话框Restriction选项卡中单击Edit restriction sets钮开Edit话框话框中限定样品中理应该存化学元素提高匹配效率高纯度蒙脱石粉属天然矿物质机盐种水合硅铝酸盐矿物微观中间铝氧八面体硅氧四面体组成三层片状结构含重金属分子层间隙含钙镁等阳离子知样品中必定含HOAlSiCaMg六种化学元素元素周期表中(Periodic Table钮)HOAlSiCaMg六种元素设All of根实验目单击Add rest to none of钮排掉元素回Search & Match话框切换Parameters选项卡Data Source拉列表中选择Peak Data次单击SearchOK钮Highscore会动匹配出矿物PDF卡片具体见表 3图 7结合图表出实验样蒙脱石15Å(Montmorillonite15A)PDF卡片匹配度高需进步工加确认
表 3 Highscore动匹配结果
卡片号
匹配度评分
矿物名称
匹配峰数
总峰数
000130135
41
Montmorillonite15A
8
17
000291491
33
Saponite15A
4
10
000040743
30
Calcium Magnesium Aluminum Silicate Hydroxide
2
3
010791130
13
Zeolite X (Ca Mgexchanged) syn
11
112
010740836
7
Xanthophyllite 1\ITM\RG
16
94
010741189
5
Xanthophyllite 1\ITM\RG
13
88
000060002
4
Saponite18A glycerol
3
13
000380473
3
Vesuvianite
13
124
010871119
2
Vesuvianite
18
147
010861380
2
Vesuvianite ferric Bbearing
18
139
010861381
2
Calcium Magnesium Aluminum Silicate Hydroxide
19
140
000270081
0
Vesuvianite syn
7
54
图 7 PDF卡片峰形实验样
532 工定量
然工助Excel编制计算表辅助分析算法:首先需PDF卡片中衍射峰角度条样衍射峰角度匹配条衍射峰找接PDF衍射峰计算差值找PDF衍射峰应晶层间距相强度匹配样衍射峰晶层间距相强度较求出差值三种差值列表供定量方法常规肉眼更加精确编Excel计算表快速求出12种PDF卡片结果见表 4~表 15表中行PDF卡片相关参数空说明该卡片中没衍射峰行样衍射峰重合(求PDF衍射峰匹配序号Excel公式中设定 值1°阈值样PDF衍射角差超该阈值判定匹配)
表 4 000130135号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
1
58938
5887
00068
1498335
15
001665
100
100
0
2
3
197031
19713
00099
450215
45
000215
7462
80
538
3
21911
405321
4293
4
7
294297
29555
01253
303257
302
001257
3866
60
2134
5
8
347608
34743
00178
257872
258
000128
1981
40
2019
6
13
541038
53888
02158
169372
17
000628
782
30
2218
7
14
617782
61799
00208
150045
15
000045
3075
50
1925
8
16
730345
73662
06275
129448
1285
000948
784
20
1216
表 5 000291491号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
1
58938
5697
01968
1498335
155
051665
100
100
0
2
4
197031
19408
02951
450215
457
006785
7462
6
6862
3
21911
405321
4293
4
6
294297
29063
03667
303257
307
003743
3866
8
3066
5
7
347608
34331
04298
257872
261
003128
1981
3
1681
6
541038
169372
782
7
617782
150045
3075
8
730345
129448
784
表 6 000040743号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
58938
1498335
100
2
197031
450215
7462
3
21911
405321
4293
4
294297
303257
3866
5
2
347608
34882
01212
257872
257
000872
1981
100
8019
6
541038
169372
782
7
3
617782
61799
00208
150045
15
000045
3075
70
3925
8
730345
129448
784
表 7 010791130号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
1
58938
6104
02102
1498335
144684
051495
100
100
0
2
9
197031
20027
03239
450215
443002
007213
7462
19
7272
3
12
21911
2242
0509
405321
396233
009088
4293
03
4263
4
20
294297
29145
02847
303257
306157
0029
3866
07
3796
5
28
347608
35056
02952
257872
255768
002104
1981
02
1961
6
67
541038
54115
00112
169372
16934
000032
782
01
772
7
87
617782
61908
01298
150045
149762
000283
3075
01
3065
8
730345
129448
784
表 8 010740836号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
58938
1498335
100
2
3
197031
19713
00099
450215
45
000215
7462
47
6992
3
6
21911
21799
0112
405321
407373
002052
4293
13
4163
4
11
294297
29392
00377
303257
303634
000377
3866
35
366
5
14
347608
34645
01158
257872
258705
000833
1981
137
611
6
41
541038
53966
01378
169372
169773
000401
782
01
772
7
55
617782
6186
00818
150045
149866
000179
3075
395
875
8
75
730345
73098
00635
129448
129352
000096
784
63
154
表 9 010741189号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
58938
1498335
100
2
3
197031
19706
00029
450215
45015
000065
7462
43
7032
3
6
21911
21768
0143
405321
407949
002628
4293
16
4133
4
11
294297
29293
01367
303257
304643
001386
3866
381
056
5
14
347608
34629
01318
257872
25882
000948
1981
114
841
6
40
541038
54182
00782
169372
169146
000226
782
4
382
7
54
617782
61814
00358
150045
149966
000079
3075
429
1215
8
69
730345
73059
00245
129448
12941
000038
784
65
134
表 10 000060002号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
58938
1498335
100
2
4
197031
19494
02091
450215
455
004785
7462
50
2462
3
21911
405321
4293
4
6
294297
29655
02253
303257
301
002257
3866
40
134
5
7
347608
34331
04298
257872
261
003128
1981
60
4019
6
541038
169372
782
7
617782
150045
3075
8
730345
129448
784
表 11 000380473号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
58938
1498335
100
2
10
197031
19713
00099
450215
45
000215
7462
1
7362
3
11
21911
21956
0045
405321
4045
000821
4293
4
3893
4
24
294297
29327
01027
303257
3043
001043
3866
12
2666
5
35
347608
34618
01428
257872
2589
001028
1981
55
3519
6
97
541038
53977
01268
169372
16974
000368
782
1
682
7
617782
150045
3075
8
730345
129448
784
表 12 010871119号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
58938
1498335
100
2
11
197031
19687
00161
450215
45059
000375
7462
01
7452
3
12
21911
21921
001
405321
405136
000185
4293
35
3943
4
25
294297
29267
01627
303257
304902
001645
3866
119
2676
5
35
347608
34541
02198
257872
259459
001587
1981
561
3629
6
106
541038
54069
00348
169372
169474
000102
782
04
742
7
138
617782
61709
00692
150045
150197
000152
3075
23
2845
8
730345
129448
784
表 13 010861380号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
58938
1498335
100
2
12
197031
19699
00041
450215
450318
000103
7462
11
7352
3
14
21911
22013
0102
405321
403474
001847
4293
44
3853
4
27
294297
29361
00687
303257
303952
000695
3866
115
2716
5
38
347608
34571
01898
257872
259246
001374
1981
343
1449
6
102
541038
54282
01782
169372
168859
000513
782
9
118
7
129
617782
61751
00272
150045
150106
000061
3075
29
2785
8
730345
129448
784
表 14 010861381号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
58938
1498335
100
2
12
197031
19708
00049
450215
450098
000117
7462
11
7352
3
14
21911
22024
0113
405321
403261
00206
4293
44
3853
4
27
294297
29381
00487
303257
303747
00049
3866
113
2736
5
38
347608
34586
01748
257872
259137
001265
1981
347
1489
6
103
541038
54316
02122
169372
168761
000611
782
93
148
7
129
617782
61784
00058
150045
150033
000012
3075
32
2755
8
730345
129448
784
表 15 000270081号PDF卡片衍射峰
样衍射峰序号
PDF衍射峰序号
样衍射角°
PDF衍射角°
衍射角匹配误差°
样晶层间距Å
PDF晶层间距Å
晶层间距匹配误差Å
样相强度
PDF相强度
相强度匹配误差
1
58938
1498335
100
2
8
197031
19668
00351
450215
451
000785
7462
3
7162
3
9
21911
22039
0128
405321
403
002321
4293
5
3793
4
13
294297
29555
01253
303257
302
001257
3866
5
3366
5
18
347608
34467
02938
257872
26
002128
1981
55
3519
6
44
541038
53178
09258
169372
1721
002728
782
5
282
7
49
617782
61708
00702
150045
1502
000155
3075
5
2575
8
53
730345
7261
04245
129448
1301
000652
784
3
484
表 4~表 15中首先排掉匹配峰数明显较少四张卡片(000291491号000040743号000060002号000380473号)然剩卡片衍射峰重合数量较衍射峰强度000130135号010791130号PDF卡片强峰次强峰实验样强峰次强峰重合(衍射峰强度反映物质含量然物质晶面衍射峰强度种物质含量样中定值晶面间相强度应该定)排掉010740836号010741189号010871119号010861380号010861381号000270081号等6张PDF卡片卡片匹配峰数总峰数低(见表 3计先排掉四张卡片)图 8中出晶层间距方面相强度方面000130135号PDF卡片匹配误差均010791130号PDF卡片说明000130135号晶层间距相强度010791130号更加接实验样方面图 7中出000130135号全谱峰形010791130号更加实验样吻合判断实验样蒙脱石(Montmorillonite15A)
a晶层间距误差(单位Å)
b相强度误差()
图 8 000130135号010791130号PDF卡片晶层间距匹配误差相强度匹配误差方面
方面国家标准沉积岩中黏土矿物常见非黏土矿物X射线衍射分析方法(SYT 51632010)第5211条中规定鉴蒙皂石(蒙脱石属蒙皂石族)时然片衍射图谱中应存晶层间距d∈(10Å 154Å)标志性衍射峰(应时存第5212条第5213条述识标志需外进行实验)中华民国药典(2015年版)X射线衍射法指导准(序号0451)中规定蒙脱石第二三特征峰应衍射角分58°198°619°处出现结合表 4出实验样衍射谱线完全符合国家规范侧面证明该实验样确实蒙脱石
6 实验结
该实验样X射线衍射图谱蒙脱石标准衍射图谱(Montmorillonite15A)非常吻合符合相关国家规范求判断该实验样蒙脱石
7 实验存问题原
1) 蒙脱石标准PDF卡片中衍射峰没实验样衍射图谱中出现推测原样品制备时压片力导致衍射时出现择优取
2) 杂峰较推测原设备扫描速度较快
3) 背景强度较高推测原仪器发散狭缝防散射狭缝探测狭缝开
4) 文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
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