X射线对硅元素的测定和图谱分析

李芳+王少飞

摘 要：用X射线对硅元素进行测定，通过衍射①图谱分析及数据处理，再根据峰值测出2θ值。计算出对应的d值，与相应的理论值进行对比。

关键词：X射线衍射；硅元素；图谱分析；2θ；d值

X射线是一种波长很短（约为0.06～0.1nm）的电磁波，能穿透一定厚度的物质。用电子束轰击金属“靶”产生X射线，其中包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征X射线。考虑到X射线的波长和晶体②内部原子间的距离（10-8cm）相近。晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即当一束X射线通过晶体时发生衍射，衍射波叠加的结果使衍射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。本文运用X射线衍射对硅元素物质进行图谱分析，根据峰值测出的2θ，通过布拉格方程：2*sinθ*d=nλ（n=1），计算出与其对应的d值，与相应的标准理论值进行对比。

一、实验方法

1.X射线的产生

在真空管（10-6～10-8mmHg）阴阳两极之间加高压，阳极选用不同的重金属材料制成，电子打在阳极上便得到X射线。λ<0.1nm称硬X射线，λ>0.1nm称软X射线。

2.X射线的性质

（1）X射线本质上是一种电磁波，它具有反射、折射、衍射、偏振等性质；

（2）X射线有很大的贯穿本领；

（3）X射线能使某些物质的原子、分子电离；

（4）X射线是不可见光，它能使某些物质发出可见的荧光；

（5）X射线能使照相底片感光。

3.X射线实验依据的理论原理

晶体的X射线衍射图像实质上是晶体微观结构形象的一种精细复杂的变换。由于每一种结晶物质都有其特定的结构参数，包括点阵类型、晶胞大小、单胞中原子（离子或分子）数目及位置等，而晶体物质的这些特定参数，反映在衍射图上表现出的衍射线条的数目、位置及相对强度各不相同。因此，每种晶体物质与其X射线衍射图之间有着一一对应的关系。运用X射线衍射对硅元素物质进行图谱分析，根据峰值测出2θ，通过布拉格方程：nλ=2*sinθ*d（n=1），计算出与其对应的d值，与相应的标准理论值进行对比。任何一种晶体态物质都有自己独特的X射线衍射图，不会因为其他物质混聚在一起而产生变化。

4.实验样品的准备

先把检测含有硅元素的混合物捣成粉末，取适量的硅元素混合物粉末放在载玻片上，将其放入X射线衍射仪中准备进行检测。

5.实验装置

X射线衍射仪是一种大型精密的机械、电子仪器，它由X射线发生器系统、测角仪系统、X射线衍射强度测量记录系统、衍射仪控制与衍射数据分析系统四大部分组成。X射线发生器是衍射仪的X光源，它配用衍射分析专用的X光管，具有一套自动调节和自动稳定X光管工作高压、管电流的电路和各种保护电路等；测角仪系统是X射线衍射仪的核心，用来精确测量衍射角，它是由计算机控制的两个相互独立电机驱动样品台（θ轴）与检测器转臂旋转轴（2θ），依预定的程序进行扫描工作的。X射线衍射强度记录系统记下硅元素的衍射强度，而衍射仪控制与衍射数据采集分析是通过一个配有衍射仪操作系统的计算机系统以在线方式完成的。

二、图谱分析数据处理

对在X射线衍射仪中的硅元素样品检测，并对结果进行图谱分析，发现晶体具有原子排列周期性的特征，而我们所研究的硅元素也是一种晶体，并具有一定的周期性，硅元素结晶状况和晶型是可以从峰值上看出来的。图谱分析仪从左至右得到每一条衍射2θ及相应θ值如表1。

任何物质都具有反映该物质的衍射图谱，即衍射线条具有一定d值。样品为多相混合物时，其中各种成分都会在衍射图谱中贡献自己所特有的峰值。样品的各种相分都有自己的d值和相对强峰，并且必定有该相分所特有的一组d值与相对的强峰相符合。我们仅仅研究混合物中硅元素的衍射图谱的相对强峰和d值。

根据硅元素的峰值测出2θ，运用布拉格方程计算出d值。将计算出的d值与相应的标准理论值进行对比，研究得到结论：实验值与理论值在误差允许范围内完全吻合。

参考文献：

[1]张天喆，董有尔.近代物理实验[M].科学出版社，2004.

[2]褚圣麟.原子物理学[M].高等教育出版社，1979-06.

[3]王宠，徐顺，张勇，等.X射线物相分析的微机模型[J].郑州大学学报：理学，2003（02）.

[4]杨传铮，王保国，张建.二维X射线衍射及其应用研究进展[J].物理学进展，2007（01）.

[5]吴健鹏，杨长安，贺海燕.X射线衍射物相定量分析[J].陕西科技大学学报，2005（05）.

[6]朱静，张树波，周祯来，等.粉末X射线衍射技术在实验教学中的应用[J].实验室科学，2009（02）.

作者简介：李芳，女，1988年5月出生，大学本科，就职于内蒙古新闻广电局839台。王少飞，男，1987年10月出生，大学本科，就职于内蒙古包头市第八中学，致力于高中物理教学。

摘 要：用X射线对硅元素进行测定，通过衍射①图谱分析及数据处理，再根据峰值测出2θ值。计算出对应的d值，与相应的理论值进行对比。

关键词：X射线衍射；硅元素；图谱分析；2θ；d值

X射线是一种波长很短（约为0.06～0.1nm）的电磁波，能穿透一定厚度的物质。用电子束轰击金属“靶”产生X射线，其中包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征X射线。考虑到X射线的波长和晶体②内部原子间的距离（10-8cm）相近。晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即当一束X射线通过晶体时发生衍射，衍射波叠加的结果使衍射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。本文运用X射线衍射对硅元素物质进行图谱分析，根据峰值测出的2θ，通过布拉格方程：2*sinθ*d=nλ（n=1），计算出与其对应的d值，与相应的标准理论值进行对比。

一、实验方法

1.X射线的产生

在真空管（10-6～10-8mmHg）阴阳两极之间加高压，阳极选用不同的重金属材料制成，电子打在阳极上便得到X射线。λ<0.1nm称硬X射线，λ>0.1nm称软X射线。

2.X射线的性质

（1）X射线本质上是一种电磁波，它具有反射、折射、衍射、偏振等性质；

（2）X射线有很大的贯穿本领；

（3）X射线能使某些物质的原子、分子电离；

（4）X射线是不可见光，它能使某些物质发出可见的荧光；

（5）X射线能使照相底片感光。

3.X射线实验依据的理论原理

晶体的X射线衍射图像实质上是晶体微观结构形象的一种精细复杂的变换。由于每一种结晶物质都有其特定的结构参数，包括点阵类型、晶胞大小、单胞中原子（离子或分子）数目及位置等，而晶体物质的这些特定参数，反映在衍射图上表现出的衍射线条的数目、位置及相对强度各不相同。因此，每种晶体物质与其X射线衍射图之间有着一一对应的关系。运用X射线衍射对硅元素物质进行图谱分析，根据峰值测出2θ，通过布拉格方程：nλ=2*sinθ*d（n=1），计算出与其对应的d值，与相应的标准理论值进行对比。任何一种晶体态物质都有自己独特的X射线衍射图，不会因为其他物质混聚在一起而产生变化。

4.实验样品的准备

先把检测含有硅元素的混合物捣成粉末，取适量的硅元素混合物粉末放在载玻片上，将其放入X射线衍射仪中准备进行检测。

5.实验装置

X射线衍射仪是一种大型精密的机械、电子仪器，它由X射线发生器系统、测角仪系统、X射线衍射强度测量记录系统、衍射仪控制与衍射数据分析系统四大部分组成。X射线发生器是衍射仪的X光源，它配用衍射分析专用的X光管，具有一套自动调节和自动稳定X光管工作高压、管电流的电路和各种保护电路等；测角仪系统是X射线衍射仪的核心，用来精确测量衍射角，它是由计算机控制的两个相互独立电机驱动样品台（θ轴）与检测器转臂旋转轴（2θ），依预定的程序进行扫描工作的。X射线衍射强度记录系统记下硅元素的衍射强度，而衍射仪控制与衍射数据采集分析是通过一个配有衍射仪操作系统的计算机系统以在线方式完成的。

二、图谱分析数据处理

对在X射线衍射仪中的硅元素样品检测，并对结果进行图谱分析，发现晶体具有原子排列周期性的特征，而我们所研究的硅元素也是一种晶体，并具有一定的周期性，硅元素结晶状况和晶型是可以从峰值上看出来的。图谱分析仪从左至右得到每一条衍射2θ及相应θ值如表1。

任何物质都具有反映该物质的衍射图谱，即衍射线条具有一定d值。样品为多相混合物时，其中各种成分都会在衍射图谱中贡献自己所特有的峰值。样品的各种相分都有自己的d值和相对强峰，并且必定有该相分所特有的一组d值与相对的强峰相符合。我们仅仅研究混合物中硅元素的衍射图谱的相对强峰和d值。

根据硅元素的峰值测出2θ，运用布拉格方程计算出d值。将计算出的d值与相应的标准理论值进行对比，研究得到结论：实验值与理论值在误差允许范围内完全吻合。

参考文献：

[1]张天喆，董有尔.近代物理实验[M].科学出版社，2004.

[2]褚圣麟.原子物理学[M].高等教育出版社，1979-06.

[3]王宠，徐顺，张勇，等.X射线物相分析的微机模型[J].郑州大学学报：理学，2003（02）.

[4]杨传铮，王保国，张建.二维X射线衍射及其应用研究进展[J].物理学进展，2007（01）.

[5]吴健鹏，杨长安，贺海燕.X射线衍射物相定量分析[J].陕西科技大学学报，2005（05）.

[6]朱静，张树波，周祯来，等.粉末X射线衍射技术在实验教学中的应用[J].实验室科学，2009（02）.

作者简介：李芳，女，1988年5月出生，大学本科，就职于内蒙古新闻广电局839台。王少飞，男，1987年10月出生，大学本科，就职于内蒙古包头市第八中学，致力于高中物理教学。

摘 要：用X射线对硅元素进行测定，通过衍射①图谱分析及数据处理，再根据峰值测出2θ值。计算出对应的d值，与相应的理论值进行对比。

关键词：X射线衍射；硅元素；图谱分析；2θ；d值

X射线是一种波长很短（约为0.06～0.1nm）的电磁波，能穿透一定厚度的物质。用电子束轰击金属“靶”产生X射线，其中包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征X射线。考虑到X射线的波长和晶体②内部原子间的距离（10-8cm）相近。晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即当一束X射线通过晶体时发生衍射，衍射波叠加的结果使衍射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。本文运用X射线衍射对硅元素物质进行图谱分析，根据峰值测出的2θ，通过布拉格方程：2*sinθ*d=nλ（n=1），计算出与其对应的d值，与相应的标准理论值进行对比。

一、实验方法

1.X射线的产生

在真空管（10-6～10-8mmHg）阴阳两极之间加高压，阳极选用不同的重金属材料制成，电子打在阳极上便得到X射线。λ<0.1nm称硬X射线，λ>0.1nm称软X射线。

2.X射线的性质

（1）X射线本质上是一种电磁波，它具有反射、折射、衍射、偏振等性质；

（2）X射线有很大的贯穿本领；

（3）X射线能使某些物质的原子、分子电离；

（4）X射线是不可见光，它能使某些物质发出可见的荧光；

（5）X射线能使照相底片感光。

3.X射线实验依据的理论原理

晶体的X射线衍射图像实质上是晶体微观结构形象的一种精细复杂的变换。由于每一种结晶物质都有其特定的结构参数，包括点阵类型、晶胞大小、单胞中原子（离子或分子）数目及位置等，而晶体物质的这些特定参数，反映在衍射图上表现出的衍射线条的数目、位置及相对强度各不相同。因此，每种晶体物质与其X射线衍射图之间有着一一对应的关系。运用X射线衍射对硅元素物质进行图谱分析，根据峰值测出2θ，通过布拉格方程：nλ=2*sinθ*d（n=1），计算出与其对应的d值，与相应的标准理论值进行对比。任何一种晶体态物质都有自己独特的X射线衍射图，不会因为其他物质混聚在一起而产生变化。

4.实验样品的准备

先把检测含有硅元素的混合物捣成粉末，取适量的硅元素混合物粉末放在载玻片上，将其放入X射线衍射仪中准备进行检测。

5.实验装置

X射线衍射仪是一种大型精密的机械、电子仪器，它由X射线发生器系统、测角仪系统、X射线衍射强度测量记录系统、衍射仪控制与衍射数据分析系统四大部分组成。X射线发生器是衍射仪的X光源，它配用衍射分析专用的X光管，具有一套自动调节和自动稳定X光管工作高压、管电流的电路和各种保护电路等；测角仪系统是X射线衍射仪的核心，用来精确测量衍射角，它是由计算机控制的两个相互独立电机驱动样品台（θ轴）与检测器转臂旋转轴（2θ），依预定的程序进行扫描工作的。X射线衍射强度记录系统记下硅元素的衍射强度，而衍射仪控制与衍射数据采集分析是通过一个配有衍射仪操作系统的计算机系统以在线方式完成的。

二、图谱分析数据处理

对在X射线衍射仪中的硅元素样品检测，并对结果进行图谱分析，发现晶体具有原子排列周期性的特征，而我们所研究的硅元素也是一种晶体，并具有一定的周期性，硅元素结晶状况和晶型是可以从峰值上看出来的。图谱分析仪从左至右得到每一条衍射2θ及相应θ值如表1。

任何物质都具有反映该物质的衍射图谱，即衍射线条具有一定d值。样品为多相混合物时，其中各种成分都会在衍射图谱中贡献自己所特有的峰值。样品的各种相分都有自己的d值和相对强峰，并且必定有该相分所特有的一组d值与相对的强峰相符合。我们仅仅研究混合物中硅元素的衍射图谱的相对强峰和d值。

根据硅元素的峰值测出2θ，运用布拉格方程计算出d值。将计算出的d值与相应的标准理论值进行对比，研究得到结论：实验值与理论值在误差允许范围内完全吻合。

参考文献：

[1]张天喆，董有尔.近代物理实验[M].科学出版社，2004.

[2]褚圣麟.原子物理学[M].高等教育出版社，1979-06.

[3]王宠，徐顺，张勇，等.X射线物相分析的微机模型[J].郑州大学学报：理学，2003（02）.

[4]杨传铮，王保国，张建.二维X射线衍射及其应用研究进展[J].物理学进展，2007（01）.

[5]吴健鹏，杨长安，贺海燕.X射线衍射物相定量分析[J].陕西科技大学学报，2005（05）.

[6]朱静，张树波，周祯来，等.粉末X射线衍射技术在实验教学中的应用[J].实验室科学，2009（02）.

作者简介：李芳，女，1988年5月出生，大学本科，就职于内蒙古新闻广电局839台。王少飞，男，1987年10月出生，大学本科，就职于内蒙古包头市第八中学，致力于高中物理教学。