XRD圖怎麼看？

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XRD圖怎麼看？

建議樓主能明確一下問題的細節？

這個「怎麼看」太大了

XRD是指x-ray diffraction，採用X光在晶體中的衍射信號來進行晶體結構的分析

做XRD的目的就是獲得未知晶體的結構

XRD圖譜一般由二維圖譜組成

橫坐標為角度縱坐標為強度

正常情況下在特定的角度會有特定的衍射峰位出現，對應於特定的晶面

需要留意的信息如下：衍射峰角度、強度、半高寬

常用的晶體都有特徵的標準XRD圖譜在測試獲得XRD信息之後可在XRD標準圖庫（JCPDs）中檢索以得到對應的標準圖譜

一般來說檢索從「三強峰」也就是信號最強的三個峰位開始檢索也可以通過MDI Jade等專業軟體來進行計算機輔助檢索

下圖為一個常見的XRD圖譜

顯示以下兩個物質為標準的銳鈦礦相TiO2 對應JCPDs編號為21-1272

其中最強衍射峰出現在25°左右對應於(101)晶面此外還有(103) (112) (200)等晶面也可產生衍射峰

* J. AM. CHEM. SOC. 9 VOL. 132, NO. 19, 2010

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前言：作為結構研究的一種重要方法，XRD在催化材料和其他材料的研究中都具有非常重要的應用。本著溫故知新的態度，研之成理刻意抽出幾期來簡單地梳理下XRD的一些基礎知識，希望能夠幫助大家更加全面地了解這一表徵手段。（註：本次分享只討論多晶衍射，單晶衍射後期會出獨立的專題，敬請期待）

本次分享我們從實用開始，原理的分析放到後面，今天的內容很簡單，簡單聊聊XRD到底可以做什麼？

1. XRD研究的是材料的體相還是表面相？

XRD採用單色X射線為衍射源，一般可以穿透固體，從而驗證其內部結構，因此XRD給出的是材料的體相結構信息。

2. XRD是定性分析手段還是定量分析手段？

XRD多以定性物相分析為主，但也可以進行定量分析。通過待測樣品的X 射線衍射譜圖與標準物質的X 射線衍射譜圖進行對比,可以定性分析樣品的物相組成;通過對樣品衍射強度數據的分析計算,可以完成樣品物相組成的定量分析.

3. XRD進行定性分析時可以得到哪些有用信息？

A. 根據XRD譜圖信息，可以確定樣品是無定型還是晶體：無定型樣品為大包峰，沒有精細譜峰結構；晶體則有豐富的譜線特徵。把樣品中最強峰的強度和標準物質的進行對比，可以定性知道樣品的結晶度。

B. 通過與標準譜圖進行對比，可以知道所測樣品由哪些物相組成（XRD最主要的用途之一）。基本原理：晶態物質組成元素或基團如果不相同或其結構有差異,它們的衍射譜圖在衍射峰數目、角度位置、相對強度以及衍射峰形上會顯現出差異（基於布拉格方程，後面會詳細解析）。

C. 通過實測樣品和標準譜圖2θ值的差別，可以定性分析晶胞是否膨脹或者收縮的問題，因為XRD的峰位置可以確定晶胞的大小和形狀。

4. XRD可以用於定量分析哪些內容？

A. 樣品的平均晶粒尺寸，基本原理：當 X 射線入射到小晶體時，其衍射線條將變得彌散而寬化，晶體的晶粒越小， x 射線衍射譜帶的寬化程度就越大。因此晶粒尺寸與XRD譜圖半峰寬之間存在一定的關係, 即謝樂公式（Scherrerequation），下期會詳細分析其原理與注意事項。

對於對於負載型催化劑表面的金屬顆粒，其顆粒大小 d（單位 nm）與其分散度 D 之間可以簡單地換算：d ≈ 0.9/D (註：0.9這個常數是經驗值) 。

B. 樣品的相對結晶度：一般將最強衍射峰積分所得的面積（As）當作計算結晶度的指標，與標準物質積分所得面積(Ag)進行比較，結晶度=As/Ag*100%。

C. 物相含量的定量分析：主要有K值法也叫RIR方法和Rietveld全譜精修定量等。其中，RIR法的基本原理為1:1混合的某物質與剛玉(Al2O3),其最強衍射峰的積分強度會有一個比值，該比值為RIR值。通過將該物質的積分強度/RIR 值總是可以換算成Al2O3的積分強度。對於一個混合物而言，物質中所有組分都按這種方法進行換算，最後可以通過歸一法得到某一特定組分的百分含量。

D. XRD還可以用於點陣常數的精密計算，殘餘應力計算等（黃繼武老師主編的《多晶材料X射線衍射：實驗原理、方法與應用》）

5. 推薦參考書籍及分析軟體

參考書籍：李樹棠等主編《晶體X衍射學基礎》；黃繼武等主編《多晶材料X射線衍射：實驗原理、方法與應用》；辛勤等主編《現代催化研究方法》等

分析軟體：Jade 5.0或者6.5

6. XRD晶體資料庫

無機晶體結構資料庫（ICSD）：https://icsd.fiz-karlsruhe.de/search/

國際衍射數據中心（ICDD）: http://www.icdd.com/

劍橋晶體數據中心(CCDC): http://www.ccdc.cam.ac.uk/

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接下來，緊接上面的內容，將XRD的原理以及最基本的應用分享給大家，希望能夠對大家有所幫助。

1.XRD的基本原理

當一束單色 X射線照射到晶體上時，晶體中原子周圍的電子受X 射線周期變化的電
場作用而振動，從而使每個電子都變為發射球面電磁波的次生波源。所發射球面波的頻率與入射的 X 射線相一致。基於晶體結構的周期性，晶體中各個原子（原子上的電子）的散射波可相互干涉而疊加，稱之為相干散射或衍射。X射線在晶體中的衍射現象，實質上是大量原子散射波相互干涉的結果。每種晶體所產生的衍射花樣都反映出晶體內部的原子分布規律。

根據上述原理，某晶體的衍射花樣的特徵最主要的是兩個：1) 衍射線在空間的分布規律；2) 衍射線束的強度。其中，衍射線的分布規律由晶胞大小，形狀和位向決定，衍射線強度則取決於原子的品種和它們在晶胞的位置。因此，不同晶體具備不同的衍射圖譜。

2.布拉格方程

布拉格方程所反映的是衍射線方向與晶體結構之間的關係。對於某一特定晶體而言，只有滿足布拉格方程的入射線角度才能夠產生干涉增強，才會表現出衍射條紋。這是XRD譜圖的根本意義。

備註：對於不同晶系，晶面間距d與晶胞參數（a, b, c, α, β, γ）之間存在確定的對應關係，通過XRD譜圖知道θ和hkl之後，可以通過布拉格方程等推算出晶胞參數（本期暫時不講，後面會詳細說明）。

3. Scherrer公式

基本原理：當X 射線入射到小晶體時，其衍射線條將變得彌散而寬化，晶體的晶粒越小， X射線衍射譜帶的寬化程度就越大。Sherrer公式描述的就是晶粒尺寸與衍射峰半峰寬之間的關係。

4. XRD物相分析

基本原理：每一種晶體物質和它的衍射花樣都是一一對應的，不可能有兩種晶體給出完全相同的衍射花樣。

隨著XRD標準資料庫的日益完善，XRD物相分析變得越來越簡單，目前最常見的操作方式是將樣品的XRD譜圖與標準譜圖進行對比來確定樣品的物相組成。XRD標準資料庫包括JCPDS（即PDF卡片）,ICSD，CCDC等，分析XRD譜圖的軟體包括Jade，Xpert Highscore等，這裡推薦使用Jade。

在Jade軟體中，專門有一個功能叫Identify。裡面的Search/Match功能可以將樣品的衍射圖樣與標準譜圖進行對比，給出與所測樣品相吻合的標準譜圖信息。下圖所示，是TiO2樣品XRD譜圖在Jade軟體中的Search/Match操作。

如上圖所示，在Jade的Search/Match功能中會給出標準譜圖的衍射條紋，物相名稱，化學式，匹配程度（FOM），PDF卡片編號，點群，晶胞參數，ICSD編號等。

其中，FOM為匹配率的倒數，值越小，匹配越好。

雙擊選中的標準物質卡片，會彈出來標準物質詳細的references和衍射數據值，如下圖所示，該數據可以導出使用。圖中所示比較重要的數據包括晶面間距d, 晶面指數hkl以及標準譜圖衍射峰位置和相對強度等。

5. 如何在Jade中採用Sherrer公式計算晶粒尺寸？

Jade軟體中直接集成了採用半峰寬來計算樣品的晶粒尺寸這一功能，比較方便。要想使用該功能，首先必須在Edit--&>Preferences--&>Report裡面勾上，Estimate Crystallite Size from FWHM Values.如下圖所示：

勾上之後就可以很方便的進行粒徑分析了，如下圖所示，採用EditToolbar中的積分按鈕，在主峰下拉取基線，會自動彈出窗口，裡面包含晶粒尺寸信息。注意，這裡算出來的是平均尺寸，且使用範圍為3-200 nm.

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先寫這麼多，有時間繼續補充

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