X射线衍射分析Jade使用教程之物相定量计算操作(四)

2021-04-22
铄思百检测

点击链接回顾下之前的课程吧:

jade简介及基本操作教程:

https://sousepad.com/h-nd-2409.html#_np=2_782


jade物相检索操作教程

https://sousepad.com/h-nd-2410.html#_np=2_782


本教程主要包括一下几个部分:

1、jade简介

2、jade基本操作教程

3、jade物相检索操作教程

4、jade物相定量计算操作教程

5、jade晶胞参数精确计算操作教程

6、jade晶粒尺寸计算操作教程

7、残余应力计算操作教程

8、全谱拟合精修教程






01物相定量的基本原理

物相的衍射强度(I)与该物质参与衍射的体积(V)成正比,对于衍射仪法,单相体系物相衍射线强度为:


02K值法



预先制备一个待测相j和标准物质(S)(不与试验样品发生化学反应,化学性质稳定)重量比为1:1的两相混合试样

测量两相某条衍射线强度比,令


■往待测试样中加入已知量的内标物质(S,Ws),制成复合试样

测定待测相(J)的指定衍射线强度与内标物质(S)某一衍射线强度之比


K值的物理意义



●K值与待测相和内标物质的含量无关

●只需要制备一个混合样就可以测量出一个相的K值

●只与待测相有关,与样品中的其它相(未知相,非晶相)无关

●K值具有常数意义,只要待测相、内标物、实验条件相同,无论相的含量如何变化都可以使用相同的K值

●在现有的许多PDF卡片上记录了相的K值(RIR, Ratio of Intensity Reference)。


●K值法实例●

样品中含有3个相,并且可能还含有少量“非晶体”物质,因此,用绝热法不能解决问题。采用K值法:

1)称取0.85g待测样品,再称取0.15g刚玉粉末(a-Al2O3),混合成一个混合样品;

2)测量混合样品的图谱,物相检索——确定相的种类和各相的K值(RIR);

3)拟合峰分离——确定各个相的衍射强度;

4)计算混合样品中各物相的质量分数(wt%)

上图中:单击Al2O3所在行,并在“Internal Standard"前的方框中加入对号,在Wt=后的方框中输入Al2O3在混合物中的质量分数(15%),再单击Calc wt按钮,就可计算出混合物中各个物相的质量分数

上图中:选择显示了”wt(n)%",这个结果是待测原始样品中各个物相的质量分数。注意样品中还存在1.7%的非晶体物质,而显示Al2O3的质量分数为0


03绝热法


待测相品中有多个相,每个相均为已知相,不加入标准物质,计算全部相的质量分数
要求

试样中不包含非晶相

各个相的K值为已知
优点

不需要加入标准物质,是块状试样定量分析的可选方法

不加入内标物质,不稀释样品中物质的含量,有利于减少测量误差

一个样品一次扫描就能计算出全部物相的含量

绝热法基本原理

●设一个样品中含有n个相,则n个相的质量分数之和等于1:


设n个样的编号为i=1,2,...s...n,以其中的S相设定为标准物质,可以写出(n-1)个方程:

●绝热法基本方程●

当一个样品中不存在非晶相,而且样品中每一物相的K值都为已知时,通过一次扫描可以计算出样品中的全部物相含量。计算公式为:



其中j可以是样品中任意指定的一个相

●绝热法实用方程●

下面这个公式推导了以j相为参比物时的RIR值。



!从PDF卡片上查找的RIR值可直接代入计算式

●绝热法实验步骤●

1、用慢速度测量样品的全谱并作出物相鉴定

2、测量各物相的衍射强度

3、查出各物相的RIR值

4、代入下面的公式完成计算


●绝热法定量实例-1●

样品中含有2个相: F3O4和F2O3

1)物相检索一确定相的种类和各相的K值(RIR)

2)拟合峰分离一确定各个相的衍射强度

3)删除不必要的峰一只留下最强峰

4)计算

根据RIR值的定义,只用最强峰的数据来计算质量分数


物相鉴定为两相样品

分别选择两个物相的最强峰作分峰处理,得到各个物相的“衍射强度”

选择Options | Easy Quantitative analysis菜单命令,打开定量分析窗口,按下“Calc wt%",可计算出两个物相的质量分数和体积分数

在“打印预览窗口”中按下“Setup”,并选择上图中的“Phase content"。在输出的图谱中,将显示各个物相的质量分数



●绝热法实例-2●

Al-Zn-Mg合金中析出相MgZn2含量计算

从样品的TEM图中可以看出,样品由基体相和析出相(图中的黑,白条状物)组成,需要鉴定出物相并计算质量分数


存在的问题:

样品中的AI相存在明显的择尤取向,各个衍射峰的强度明显与PDF卡片显示的强度不匹配,在实测衍射谱中,最强峰变成了一个弱峰,此时,不能只用一个峰来计算强度,而应当多选一些峰来做取向消除

解决办法:

每一个物相都可以选择多相衍射峰拟合,根据各个峰强与PDF卡片强度的不匹配性计算择优取向因子,Jade将根据择优取向因子重新计算物相的标准强度,从而减小择尤取向对含量计算的影响


对于存在择尤取向的样品还用单峰强度来计算质量分数:计算结果明显是不正确的


04定量分析中的误差

4.1 衍射强度的不准确性

Jade既可以按峰高也可以按峰面积作为衍射强度来计算质量分数,但是,在一般情况下,需要使用峰面积作衍射强度

●峰高和峰面积的关系:面积=峰高*FWHM

!峰高和面积并不等价


4.2 RIR值的不精确性和不唯一性

同一物相有多张PDF卡片与之对应,而且RIR值不同

不同晶粒度的同一物相,RIR值相差很大

不同研磨程度使RIR值相差较大

最关键的是选择与实测谱图最吻合的卡片


4.3 样品的有序性

两相合金样品,Al+MgZn2,存在择优取向



择优取向物相衍射强度的校正

若物相不存在择优取向,设某(HKL)衍射强度为I。存在择优取向时的衍射强度ItI=It/P

其中P为该晶面的极点密度


择优取向物相衍射强度的校正

当衍射范围内存在n条某物相的衍射线时,任意一条衍射线的极密度P可表示为(n为反射区内的衍射线数,N为反射面的多重因子,Iu为标准强度)


建议:

●不用或慎用重叠峰数据,避免拟合误差;

●不用或少用峰强低的数据,避免系统误差;

●同一物相有多张可选PDF卡片时,选择RIR值适中的

●传统定量方法只用于物相种类少于4个的样品



我们整理后会陆续推送给大家(文章略长,但都是精华),希望对大家有用。


1、jade简介

2、jade基本操作教程

3、jade物相检索操作教程

4、jade物相定量计算操作教程

5、jade晶胞参数精确计算操作教程

6、jade晶粒尺寸计算操作教程

7、残余应力计算操作教程

8、全谱拟合精修教程