教程:如何用XRD數據進行物相定性分析

X射線衍射儀（XRD）是從事材料、化工、化學、分析測試等研究的用戶們常用的儀器設備之一，對物相的定性分析是其基本用途之一，那麼你知道要如何用XRD數據進行物相定性分析嗎？

首先讓我們來簡單了解下用XRD進行物相分析的基本原理。每種晶態物質都有其獨特的Ｘ射線衍射圖譜，二者之間存在一一對應的關係，物質不會因為與其它物質混合而引起衍射的變化，也就是說混合物中各物相的衍射互不幹擾，彼此獨立。因此混合物的衍射圖譜不過是其各組成物質物相圖譜的簡單疊加，只需要將待檢物相的衍射圖譜與已知物相的衍射圖譜進行比對，就可以鑑別出晶態物質的物相，對比工作往往需要藉助物相定性分析卡片PDF。

物相定性分析卡片起源於1938年，幾位科學家收集了1000種物質的衍射圖，並以d-I數據組代替衍射花樣，做了製備衍射數據卡片的工作。後來於1942年，「美國測試與材料協會」（ASTM）正式出版約1300張衍生數據卡片，開啟了物相定性分析卡片的職業生涯。隨著時間的推移，物相定性分析卡片也在不斷流變，1969年粉末衍射標準聯合委員會負責編輯和出版了JCPDS卡，後裝訂成冊，稱為PDF卡片（Powder Diffraction Files）。曾幾何時，卡片的比對工作都是科學家們人工進行的，到那時隨著計算機技術的發展，現如今科學家們已經可以讓檢索程序進行自動檢索，而物相定性分析卡片也進化成電子版，目前學界最常用的是ICDD提供的電子版PDF卡片資料庫。包括PDF-2和最新的PDF-4。

PDF-2單張卡片事例

因此用XRD進行物相分析一般需要進行如下幾個步驟，1）獲得衍射數據；2）計算面間距d值並測定相對強度；3）檢索PDF卡片；4）判定：找出PDF卡片，判定是否與卡片的衍射數據吻合，是否與該PDF卡片唯一對應。

在分析中需要注意以下幾大注意事項:

1、實測數據與PDF卡片上的數據不完全一致，如面間距d值和相對強度值，在進行數據對比時，d值的符合比相對強度符合更重要，相對強度值只做參考。

2、對於不同晶體，在低角度，d值相一致的機會很少，而在高角度不同晶體間衍射峰相似的機會較大。因此在相分析中低角區的衍射與卡片數據的符合比高角區的符合更重要。

3、在多相樣品中，不同相的某些衍射峰可能互相重疊，因此某些強線實際並不是某一物質的強衍射，需要仔細判斷。混合相樣品的分析是一項非常細緻的工作，一般要經過多次嘗試。

4、有些物質的結構相似，僅點陣常數有不大的差別，原子散射能力也很相似，這時它們的衍射峰差別很小。分析時必須和其他實驗方法，如化學分析、電子探針、能譜分析等相結合，才能得出正確結果。

5、不同編號的同一物質的卡片數據以發表較晚卡片上的數據為準。

6、混合試樣中某相的含量很少或該相的反射能力很弱時，在衍射圖上該相的衍射峰顯示不出來，因此無法確定該物相是否存在。

XRD是鑑定物質的重要依據，上文給出了通過XRD進行物相分析的基本方法，該方法不僅方便、快捷而且無損。但是XRD也有其不足之處，儀器的靈敏度較低，一般含量小於3%就很難檢出，而輕元素的物相及時高於3%也很難檢出。因此需要注意：XRD只能確定某相的存在，而無法確定某相的絕對不存在。

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