【摘要】 XRD定性定量是测试+分析一体化服务产品，根据样品信息和分析目的综合开发测试方法，从更专业的角度给到更加符合样品实际情况的分析报告。

 

XRD定性定量是测试+分析一体化服务产品，根据样品信息和分析目的综合开发测试方法，从更专业的角度给到更加符合样品实际情况的分析报告。报告内容包括测试参数、测试方法、分析方法简介、分析结果和扩展资料。

作为一个材料人，在拿到一个新材料之后，都要先确认材料的结构，才能确保后续关于该材料的应用方向是正确的，所以结构的正确是后续科研行为的基石。自然界中99%的物质都是晶体，而X射线的高能量和与晶胞大小相近的波长，使X射线用于研究晶体结构成为可能，布拉格方程巧妙的将两者结合起来，自此，XRD成为晶体结构中必不可少的一种研究技术。在矿物，水泥，混凝土，药物等方向都能看见XRD的身影。下面会逐一介绍XRD的适用场景和分析方法。

 

01定性分析（物相鉴定）

通过三强峰（特征峰）原则，和标准衍射花样进行对比，然后根据已有信息和经验从若干个相似的卡片中选择合适的出来，进行确认，最后得到PDF卡片号。

一般使用的鉴定软件是JADE或highs core，常用的数据库如ICDD的PDF4+卡片库或PDF5数据库（2024年开始发行）、ICSD无机物库、剑桥结构数据库（CSDS）、晶体学开放数据库（COD）等。

 

图1 XRD物相鉴定示例

 

物相鉴定一般有3种方法：

  • 无限制检索法：无限制检索就是对图谱不作任何处理，不规定检索卡片库，不作元素限定，检索对象选择为主相。特点：一般可检测出主要的物相在对样品无任何已知信息的情况下，可用再考虑样品受到污染、反应不完全的情况可试用，检索出来的物相可能与实际存在的物相偏差较大，需要其它实验室作进一步证明。

  • 限定样品成份的方法：只选样品中的主要元素，只选不多于4个元素，然后尝试非金属元素C，H，O，尝试不同的元素组合，元素越多，检索结果越不准确。

  • 单峰搜索法：选择“计算峰面积”按钮(Peak Paint) 按钮，选定一个角度范围进行检索。单峰搜索法检索出来的物相是在指定角度范围内有衍射峰的物相，可以同时选择几个衍射峰，加上其它限定，可以检索出样品中全部物相。

 

02定量分析

定量分析即在制样阶段，加入已知量的标准物，拿到谱图后，先做物相简单，然后通过谱图拟合分析得到的一个准确的含量数据。如果制样阶段没有加入一定量的标准物质，也可以继续对谱图进行rietveld拟合/K值计算做含量分析，这种方法是半定量分析。定量分析结果模板如下（rietveld法，JADE版）：

 

表1 Rietveld法定量结果示例

 

图2 Rietveld定量结果示例

方法说明：Rietveld精修能够提取多晶衍射谱图中的全部信息，越来越成为主流的XRD数据处理方式。通过Rietveld精修，可以获得精确的晶胞参数、晶粒尺寸、微观应变、温度因子、占位率、物相含量等信息。

数据要求：确保衍射图最强峰强度大于10000counts，中等强度的衍射峰强度大于3000counts。

Rietveld精修结果的判断：使用Rwp因子、χ2来监测Rietveld精修过程，在整个精修过程中，这些因子应该一直是下降的（蒙托卡罗模拟过程例外）。通过误差线的平直程度和结构模型的化学合理性来判断Rietveld精修结果的好坏。

精修结果图因为软件不同，有些差异，但是晶体结构信息都是完整的。

定量分析结果（K值法）：K值即指等重量的纯物质与内标物（亦称“参比物”或“冲洗剂”）衍射强度的比值。在欲测样品中，加入任意重量的内标物（样品中不含此物相），求出待测物相与内标物衍射强度的比值，利用已知该待测物相的K值，即可计算出其含量。

本方法适用于不含非晶相的样品。将试样放入X射线衍射仪样品载片中，制成试样片，测定试样的X射线衍射图。测量衍射图谱上各种矿物所选定衍射峰的积分强度，用以下计算各种矿物含量。

式中：Xi —— i相的质量分数，%；Ii ——i相的衍射峰强度；Ki ——i相的K值。

样品编号

石英

钾长石

斜长石

方解石

1

37.3%

34.1%

25.9%

0.6%

2

2.4%

51.8%

39.3%

0.0%

3

8.6%

40.6%

30.8%

0.0%

表2  K值法定量结果示例

 

03石墨化度

现在动力电池的负极材料以石墨为主，但这个石墨并不是天然石墨，是用无定形碳在高温下烧出来的。无定形碳转变成石墨的“石墨化”过程是一个由非晶向晶体转变的过程，通常用所谓“石墨化度”来表征碳原子接近理想石墨晶体结构的程度。

分析方法：石墨化度使用富兰克林公式计算，其中d(002) 由布拉格公式2dsinθ = λ计算，所以问题转化为怎么把C(002)衍射峰的角度位置测试准确。《GB/T 24533-2019 锂离子电池石墨类负极材料附录E 》采用的是内标法。由于C(002)和Si(111)出峰角度位置很接近，Si(111)峰标准角度位置是28.44°，如果实测Si(111)峰出现在28.36°，那就是Si峰角度偏小了0.08°，我们就认为C(002)峰也偏小了0.08°，就把C(002)峰的实测角度加上0.08°，从而得到准确的C(002)峰角度位置。

 

图3 石墨化度示例

更多关于XRD定性定量分析方法的介绍，可移步官网仪器预约—https://www.shiyanjia.com/buffet-976.html 查询，以下是XRD测试方法简介。

 

XRD是一项用途非常广泛的技术，目前无机物的定性定量分析，基本都离不开XRD。XRD也是一项具有悠久历史的技术，本人水平有限，目前对XRD也还在学习精进阶段，可以推荐大家读一些经典书籍，例如梁敬魁先生的《粉末衍射法测定晶体结构》，李树棠先生的《晶体X射线衍射学基础》，黄继武先生的《多晶材料X射线衍射__实验原理、方法与应用》，马礼敦先生的《近代X射线多晶体衍射-实验技术与数据分析》，欢迎各位一起了解讨论XRD