x射线衍射仪的结构和工作原理


发布时间:2021-01-13 15:45:02 浏览量 18 views
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摘要: 特征X射线及其衍射X射线是一种波长(0.06-20nm)很短的电磁波,能穿透一定厚度的物质,并能使荧光物质发光、照相机乳胶感光、气体电离。用高能电子束轰击金属靶产生X射线

x射线衍射仪的结构和工作原理

特征X射线及其衍射X射线是一种波长(0.06-20nm)很短的电磁波,能穿透一定厚度的物质,并能使荧光物质发光、照相机乳胶感光、气体电离。用高能电子束轰击金属靶产生X射线,它具有靶中元素相对应的特定波长,称为特征X射线。如铜靶对应的X射线波长为0.154056 nm。



一. X射线衍射仪结构

X射线衍射仪的形式多种多样,用途各异,但其基本构成很相似,为X射线衍射仪的基本构造原理图,主要部件包括4部分。

(1)高稳定度X射线源 提供测量所需的X射线, 改变X射线管阳极靶材质可改变X射线的波长, 调节阳极电压可控制X射线源的强度。

(2)样品及样品位置取向的调整机构系统 样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。

(3)射线检测器 检测衍射强度或同时检测衍射方向, 通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。

(4)衍射图的处理分析系统 现代X射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统, 它们的特点是自动化和智能化。

二. X射线衍射仪工作原理

x射线的波长和晶体内部原子面之间的间距相近,晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即一束X射线照射到物体上时,受到物体中原子的散射,每个原子都产生散射波,这些波互相干涉,结果就产生衍射。衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强,在其他方向上减弱。分析衍射结果,便可获得晶体结构。以上是1912年德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出的一个重要科学预见,随即被实验所证实。1913年,英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上,不仅成功的测定了NaCl,KCl等晶体结构,还提出了作为晶体衍射基础的著名公式——布拉格方程:2dsinθ=nλ。

对于晶体材料,当待测晶体与入射束呈不同角度时,那些满足布拉格衍射的晶面就会被检测出来,体现在XRD图谱上就是具有不同的衍射强度的衍射峰。对于非晶体材料,由于其结构不存在晶体结构中原子排列的长程有序,只是在几个原子范围内存在着短程有序,故非晶体材料的XRD图谱为一些漫散射馒头峰。

X射线衍射仪是利用衍射原理,精确测定物质的晶体结构,织构及应力,精确的进行物相分析,定性分析,定量分析。广泛应用于冶金,石油,化工,科研,航空航天,教学,材料生产等领域。

三. X射线衍射仪应用

油田录井

Olympus便携式X 射线衍射仪BTX可能直接分析出岩石的矿物组成及相对含量,并形成了定性、定量的岩性识别方法,为录井随钻岩性快速识别、建立地质剖面提供了技术保障。

每种矿物都具有其特定的X 射线衍射图谱,样品中某种矿物含量与其衍射峰和强度成正相关关系。在混合物中,一种物质成分的衍射图谱与其他物质成分的存在与否无关,这就是X 射线衍射做相定量分析的基础。X 射线衍射是晶体的“指纹”,不同的物质具有不同的X 射线衍射特征峰值(点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子或分子的数目、位置等),结构参数不同则X 射线衍射线位置与强度也就各不相同,所以通过比较X 射线衍射线位置与强度可区分出不同的矿物成分。X 射线衍射仪主要采集的是地层中各种矿物的相对含量,并系统采集各种矿物的标准图谱,包括石英、钾长石、斜长石、方解石、白云石、黄铁矿等近30 种矿物成分,通过矿物成分的相对含量就可以确定岩石岩性,为现场岩性定名提供定量化的参考依据,提高特殊钻井条件下岩性识别准确度。

关键词 : X射线衍射仪
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