NaCl单晶X射线衍射谱图的物相分析

摘 要：通过对X射线衍射的深入理解，晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即当一束 X射线通过晶体时将发生衍射，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。分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。当 X射线波长λ已知时（选用固定波长的特征X射线），采用细粉末或细粒多晶体的线状样品，可从一堆任意取向的晶体中，从每一θ角符合布拉格方程条件的反射面得到反射，测出θ后，利用布拉格方程即可确定点阵晶面间距、晶胞大小和类型；根据衍射线的强度，还可进一步确定晶胞内原子的排布。而在测定单晶取向的劳厄法中所用单晶样品保持固定不变动（即θ不变），以辐射束的波长作为变量来保证晶体中一切晶面都满足布拉格方程的条件，故选用连续X射线束。如果利用结构已知的晶体，则在测定出衍射线的方向θ后，便可计算X射线的波长，从而判定产生特征X射线的元素。

关键词：X射线衍射 单晶衍射 物相分析

1895年德国科学家伦琴（W.C.R?ntgen）在用克鲁克斯管研究阴极射线时，发现了一种人眼不能看到，但可以使铂氰化钡屏发出荧光的射线，称为X射线。

X射线具有很强的穿透物质的本领。X射线在电场磁场中不偏转，说明X射线是不带电的粒子流。1912年劳厄（M.Von Laue）等人发现了X射线在晶体中的衍射现象，才证实了X射线本质上是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为10nm到10-2nm之间。由于X射线波长与晶体中原子间的距离为同一数量级，至今它仍然是研究晶体结构的有力工具。

通过这次我们进行对NaCl单晶X射线衍射谱图的物相分析实验，主要是为了了解X射线的产生、特点和应用；以及了解X射线管产生连续X射线谱和特征X射线谱的基本原理；最后研究了X射线在NaCl单晶上的衍射，并通过测量X射线特征谱线的衍射角测定X射线的波长和晶体的晶格常数以及晶胞参数。

本次实验中用到的仪器是Y-4Q型X射线衍射仪，另外还用到了粉末压片、研钵、药匙、试剂瓶，主要的实验试剂为食盐颗粒。X射线衍射仪主要由X射线机、测角仪、X射线探测器、信息记录与处理装置组成。对于衍射仪的操作有如下几个步骤：a.开机前的准备和检查 将准备好的食盐试样研磨制成压片插入衍射仪样品架，盖上顶盖关闭好防护罩，合上水泵电源，使冷却水流通，检查X光管窗口应关闭，管流管压表指示最小位置，接通总电源，打开稳压电源；b.开机操作 开启衍射仪总电源，启动循环水泵，接通X光管电源，缓慢升高电压和电流至需要值（通常设定电压为30kv，电流为20mA），设置适当的衍射条件（扫描速度为0.06°/sec，最高扫描角度为90°），打开X光管窗口，使计数管在设定条件下扫描。C.停机操作 测量完毕，关闭X光管窗口和记录仪电源，利用快慢旋转使测角仪计数管恢复至初始状态，缓慢顺序降低管电流、电压至最小值，关闭X光管电源，取出试样，15min后关闭循环水泵电源，关闭衍射仪总电源。X射线衍射仪通常使用X光管来产生X射线。在抽成真空的X光管内，当由热阴极发出的电子经高压电场加速后，高速运动的电子轰击由金属做成的阳极靶时，靶就发射X射线。

X射线在晶体中光波经过狭缝将产生衍射现象。狭缝的大小必须与光波的波长同数量级或更小。下面讨论X射线打在这样的晶格上所产生的结果。

当入射X射线与晶面相交θ角时，假定晶面就是镜面（即布拉格面，入射角与出射角相等），那么容易看出，图中两条射线1和2的光程差是，即2dsinθ。当它为波长的整数倍时（假定入射光为单色的，只有一种波长）

2dsinθ=nλ，n=1，2... 布拉格（Bragg）公式

在θ方向射出的X射线即得到衍射加强。

根据布拉格公式，即可以利用已知的晶体（d已知）通过测θ角来研究未知X射线的波长；也可以利用已知X射线（λ已知）来测量未知晶体的晶面间距。

在进行对NaCl晶体X射线衍射的同时，显示记录装置进行如下的数据采集操作：

Key XRD：

1.采集数据：点击桌面.XRD-system――选2.Data collection

――设置参数――开光闸――按F1开始采集――按5exit退出采集界面。

2.数据转换：点击桌面F2Y4toXD：源文件C：＼x（x为采集到的数据文件名）――目标文件F：＼x.

3.数据处理与分析：双击桌面XRDS进入界面调入F：＼x 后进行分析。完成出图、寻峰、检索。

根据晶体结构标准数据库，可得：NaCl晶体的标准晶胞参数如下。

面间距（d） 2.82 1.99 1.63 3.26

相对衍射强度 100 55 15 13

我们选择了两种X射线衍射谱图进行了分析：

面间距（d） 2.81 1.98 1.62 3.24

相对衍射强度 97 52 13 10

面间距（d） 2.82 1.99 1.63 3.26

相对衍射强度 100 55 15 13

根据 2dsinθ=nλ，n=1，2... 布拉格公式

在θ方向射出的X射线得到衍射加强。

根据标准NaCl晶体的标准晶胞参数可以求得sinθ，然后根据求得的sinθ求出相对衍射强度。

通过实验我们根据所得的试样的X射线衍射谱图以及和标准谱图的对照，利用布拉格方程确定点阵晶面间距、晶胞大小和类型；根据衍射线的强度，进一步确定晶胞内原子的排布确定该试样为NaCl。在实验过程中所得的X射线衍射谱图中出现了一些未知峰，可能是NaCl试样中的一些杂质造成的，也有可能是NaCl的晶体还有其他的结构形态，只不过与已经验证的NaCl晶体结构有很微小的差异，几乎观察不出。

参考文献：

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[3] 韩凤鸣，赖仕均，张敏.X射线衍射法检测氰化钾[J].光谱实验室，2009，4.

[4] 庞小丽，刘晓晨，薛雍.粉晶X射线衍射法在岩石学和矿物学研究中的应用[ J ].岩矿测试，2009，5.