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x射線衍射儀的工作原理和應用
閱讀：3253 發布時間：2020-5-7
隨著各種工業和科研項目的要求提高，需要對X射線衍射對物質內部結構進行分析，那么x射線衍射儀的使用原理是什么，它的應用領域呢？
什么是x射線衍射儀
X射線衍射儀(X-ray diffractometer，XRD)是利用X射線衍射原理研究物質內部結構的一種大型分析儀器。令一束X射線和樣品交互，用生成的衍射圖譜來分析物質結構。它是在X射線晶體學領域中在原子尺度范圍內研究材料結構的主要儀器，也可用于研究非晶體。
x射線衍射儀的原理
X射線的波長和晶體內部原子面之間的間距相近，晶體可以作為X射線的空間衍射光柵，即一束X射線照射到物體上時，受到物體中原子的散射，每個原子都產生散射波，這些波互相干涉，結果就產生衍射。衍射波疊加的結果使射線的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。分析衍射結果，便可獲得晶體結構。以上是1912年德國物理學家勞厄提出的一個重要科學預見，隨即被實驗所證實。1913年，英國物理學家布拉格父子在勞厄發現的基礎上，不僅成功的測定了NaCl，KCl等晶體結構，還提出了作為晶體衍射基礎的著名公式——布拉格方程：2dsinθ=nλ。
特征X射線及其衍射X射線是一種波長(0.06-20nm)很短的電磁波，能穿透一定厚度的物質，并能使熒光物質發光、照相機乳膠感光、氣體電離。用高能電子束轟擊金屬靶產生X射線，它具有靶中元素相對應的特定波長，稱為特征X射線。如銅靶對應的X射線波長為0.154056 nm。對于晶體材料，當待測晶體與入射束呈不同角度時，那些滿足布拉格衍射的晶面就會被檢測出來，體現在XRD圖譜上就是具有不同的衍射強度的衍射峰。對于非晶體材料，由于其結構不存在晶體結構中原子排列的長程有序，只是在幾個原子范圍內存在著短程有序，故非晶體材料的XRD圖譜為一些漫散射饅頭峰。
應用領域
X 射線衍射儀可能直接分析出巖石的礦物組成及相對含量，并形成了定性、定量的巖性識別方法，為錄井隨鉆巖性快速識別、建立地質剖面提供了技術保障。
每種礦物都具有其特定的X 射線衍射圖譜，樣品中某種礦物含量與其衍射峰和強度成正相關關系。在混合物中，一種物質成分的衍射圖譜與其他物質成分的存在與否無關，這就是X 射線衍射做相定量分析的基礎。X 射線衍射是晶體的“指紋”，不同的物質具有不同的X 射線衍射特征峰值(點陣類型、晶胞大小、晶胞中原子或分子的數目、位置等)，結構參數不同則X 射線衍射線位置與強度也就各不相同，所以通過比較X 射線衍射線位置與強度可區分出不同的礦物成分。X 射線衍射儀主要采集的是地層中各種礦物的相對含量，并系統采集各種礦物的標準圖譜，包括石英、鉀長石、斜長石、方解石、白云石、黃鐵礦等近30 種礦物成分，通過礦物成分的相對含量就可以確定巖石巖性，為現場巖性定名提供定量化的參考依據，提高特殊鉆井條件下巖性識別準確度。