X射線對硅元素的測定和圖譜分析

李芳+王少飛

摘 要：用X射線對硅元素進行測定，通過衍射①圖譜分析及數據處理，再根據峰值測出2θ值。計算出對應的d值，與相應的理論值進行對比。

關鍵詞：X射線衍射；硅元素；圖譜分析；2θ；d值

X射線是一種波長很短（約為0.06～0.1nm）的電磁波，能穿透一定厚度的物質。用電子束轟擊金屬“靶”產生X射線，其中包含與靶中各種元素對應的具有特定波長的X射線，稱為特征X射線。考慮到X射線的波長和晶體②內部原子間的距離（10-8cm）相近。晶體可以作為X射線的空間衍射光柵，即當一束X射線通過晶體時發生衍射，衍射波疊加的結果使衍射的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。分析在照相底片上得到的衍射花樣，便可確定晶體結構。本文運用X射線衍射對硅元素物質進行圖譜分析，根據峰值測出的2θ，通過布拉格方程：2*sinθ*d=nλ（n=1），計算出與其對應的d值，與相應的標準理論值進行對比。

一、實驗方法

1.X射線的產生

在真空管（10-6～10-8mmHg）陰陽兩極之間加高壓，陽極選用不同的重金屬材料制成，電子打在陽極上便得到X射線。λ<0.1nm稱硬X射線，λ>0.1nm稱軟X射線。

2.X射線的性質

（1）X射線本質上是一種電磁波，它具有反射、折射、衍射、偏振等性質；

（2）X射線有很大的貫穿本領；

（3）X射線能使某些物質的原子、分子電離；

（4）X射線是不可見光，它能使某些物質發出可見的熒光；

（5）X射線能使照相底片感光。

3.X射線實驗依據的理論原理

晶體的X射線衍射圖像實質上是晶體微觀結構形象的一種精細復雜的變換。由于每一種結晶物質都有其特定的結構參數，包括點陣類型、晶胞大小、單胞中原子（離子或分子）數目及位置等，而晶體物質的這些特定參數，反映在衍射圖上表現出的衍射線條的數目、位置及相對強度各不相同。因此，每種晶體物質與其X射線衍射圖之間有著一一對應的關系。運用X射線衍射對硅元素物質進行圖譜分析，根據峰值測出2θ，通過布拉格方程：nλ=2*sinθ*d（n=1），計算出與其對應的d值，與相應的標準理論值進行對比。任何一種晶體態物質都有自己獨特的X射線衍射圖，不會因為其他物質混聚在一起而產生變化。

4.實驗樣品的準備

先把檢測含有硅元素的混合物搗成粉末，取適量的硅元素混合物粉末放在載玻片上，將其放入X射線衍射儀中準備進行檢測。

5.實驗裝置

X射線衍射儀是一種大型精密的機械、電子儀器，它由X射線發生器系統、測角儀系統、X射線衍射強度測量記錄系統、衍射儀控制與衍射數據分析系統四大部分組成。X射線發生器是衍射儀的X光源，它配用衍射分析專用的X光管，具有一套自動調節和自動穩定X光管工作高壓、管電流的電路和各種保護電路等；測角儀系統是X射線衍射儀的核心，用來精確測量衍射角，它是由計算機控制的兩個相互獨立電機驅動樣品臺（θ軸）與檢測器轉臂旋轉軸（2θ），依預定的程序進行掃描工作的。X射線衍射強度記錄系統記下硅元素的衍射強度，而衍射儀控制與衍射數據采集分析是通過一個配有衍射儀操作系統的計算機系統以在線方式完成的。

二、圖譜分析數據處理

對在X射線衍射儀中的硅元素樣品檢測，并對結果進行圖譜分析，發現晶體具有原子排列周期性的特征，而我們所研究的硅元素也是一種晶體，并具有一定的周期性，硅元素結晶狀況和晶型是可以從峰值上看出來的。圖譜分析儀從左至右得到每一條衍射2θ及相應θ值如表1。

任何物質都具有反映該物質的衍射圖譜，即衍射線條具有一定d值。樣品為多相混合物時，其中各種成分都會在衍射圖譜中貢獻自己所特有的峰值。樣品的各種相分都有自己的d值和相對強峰，并且必定有該相分所特有的一組d值與相對的強峰相符合。我們僅僅研究混合物中硅元素的衍射圖譜的相對強峰和d值。

根據硅元素的峰值測出2θ，運用布拉格方程計算出d值。將計算出的d值與相應的標準理論值進行對比，研究得到結論：實驗值與理論值在誤差允許范圍內完全吻合。

參考文獻：

[1]張天喆，董有爾.近代物理實驗[M].科學出版社，2004.

[2]褚圣麟.原子物理學[M].高等教育出版社，1979-06.

[3]王寵，徐順，張勇，等.X射線物相分析的微機模型[J].鄭州大學學報：理學，2003（02）.

[4]楊傳錚，王保國，張建.二維X射線衍射及其應用研究進展[J].物理學進展，2007（01）.

[5]吳健鵬，楊長安，賀海燕.X射線衍射物相定量分析[J].陜西科技大學學報，2005（05）.

[6]朱靜，張樹波，周禎來，等.粉末X射線衍射技術在實驗教學中的應用[J].實驗室科學，2009（02）.

作者簡介：李芳，女，1988年5月出生，大學本科，就職于內蒙古新聞廣電局839臺。王少飛，男，1987年10月出生，大學本科，就職于內蒙古包頭市第八中學，致力于高中物理教學。

摘 要：用X射線對硅元素進行測定，通過衍射①圖譜分析及數據處理，再根據峰值測出2θ值。計算出對應的d值，與相應的理論值進行對比。

關鍵詞：X射線衍射；硅元素；圖譜分析；2θ；d值

X射線是一種波長很短（約為0.06～0.1nm）的電磁波，能穿透一定厚度的物質。用電子束轟擊金屬“靶”產生X射線，其中包含與靶中各種元素對應的具有特定波長的X射線，稱為特征X射線。考慮到X射線的波長和晶體②內部原子間的距離（10-8cm）相近。晶體可以作為X射線的空間衍射光柵，即當一束X射線通過晶體時發生衍射，衍射波疊加的結果使衍射的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。分析在照相底片上得到的衍射花樣，便可確定晶體結構。本文運用X射線衍射對硅元素物質進行圖譜分析，根據峰值測出的2θ，通過布拉格方程：2*sinθ*d=nλ（n=1），計算出與其對應的d值，與相應的標準理論值進行對比。

一、實驗方法

1.X射線的產生

在真空管（10-6～10-8mmHg）陰陽兩極之間加高壓，陽極選用不同的重金屬材料制成，電子打在陽極上便得到X射線。λ<0.1nm稱硬X射線，λ>0.1nm稱軟X射線。

2.X射線的性質

（1）X射線本質上是一種電磁波，它具有反射、折射、衍射、偏振等性質；

（2）X射線有很大的貫穿本領；

（3）X射線能使某些物質的原子、分子電離；

（4）X射線是不可見光，它能使某些物質發出可見的熒光；

（5）X射線能使照相底片感光。

3.X射線實驗依據的理論原理

晶體的X射線衍射圖像實質上是晶體微觀結構形象的一種精細復雜的變換。由于每一種結晶物質都有其特定的結構參數，包括點陣類型、晶胞大小、單胞中原子（離子或分子）數目及位置等，而晶體物質的這些特定參數，反映在衍射圖上表現出的衍射線條的數目、位置及相對強度各不相同。因此，每種晶體物質與其X射線衍射圖之間有著一一對應的關系。運用X射線衍射對硅元素物質進行圖譜分析，根據峰值測出2θ，通過布拉格方程：nλ=2*sinθ*d（n=1），計算出與其對應的d值，與相應的標準理論值進行對比。任何一種晶體態物質都有自己獨特的X射線衍射圖，不會因為其他物質混聚在一起而產生變化。

4.實驗樣品的準備

先把檢測含有硅元素的混合物搗成粉末，取適量的硅元素混合物粉末放在載玻片上，將其放入X射線衍射儀中準備進行檢測。

5.實驗裝置

X射線衍射儀是一種大型精密的機械、電子儀器，它由X射線發生器系統、測角儀系統、X射線衍射強度測量記錄系統、衍射儀控制與衍射數據分析系統四大部分組成。X射線發生器是衍射儀的X光源，它配用衍射分析專用的X光管，具有一套自動調節和自動穩定X光管工作高壓、管電流的電路和各種保護電路等；測角儀系統是X射線衍射儀的核心，用來精確測量衍射角，它是由計算機控制的兩個相互獨立電機驅動樣品臺（θ軸）與檢測器轉臂旋轉軸（2θ），依預定的程序進行掃描工作的。X射線衍射強度記錄系統記下硅元素的衍射強度，而衍射儀控制與衍射數據采集分析是通過一個配有衍射儀操作系統的計算機系統以在線方式完成的。

二、圖譜分析數據處理

對在X射線衍射儀中的硅元素樣品檢測，并對結果進行圖譜分析，發現晶體具有原子排列周期性的特征，而我們所研究的硅元素也是一種晶體，并具有一定的周期性，硅元素結晶狀況和晶型是可以從峰值上看出來的。圖譜分析儀從左至右得到每一條衍射2θ及相應θ值如表1。

任何物質都具有反映該物質的衍射圖譜，即衍射線條具有一定d值。樣品為多相混合物時，其中各種成分都會在衍射圖譜中貢獻自己所特有的峰值。樣品的各種相分都有自己的d值和相對強峰，并且必定有該相分所特有的一組d值與相對的強峰相符合。我們僅僅研究混合物中硅元素的衍射圖譜的相對強峰和d值。

根據硅元素的峰值測出2θ，運用布拉格方程計算出d值。將計算出的d值與相應的標準理論值進行對比，研究得到結論：實驗值與理論值在誤差允許范圍內完全吻合。

參考文獻：

[1]張天喆，董有爾.近代物理實驗[M].科學出版社，2004.

[2]褚圣麟.原子物理學[M].高等教育出版社，1979-06.

[3]王寵，徐順，張勇，等.X射線物相分析的微機模型[J].鄭州大學學報：理學，2003（02）.

[4]楊傳錚，王保國，張建.二維X射線衍射及其應用研究進展[J].物理學進展，2007（01）.

[5]吳健鵬，楊長安，賀海燕.X射線衍射物相定量分析[J].陜西科技大學學報，2005（05）.

[6]朱靜，張樹波，周禎來，等.粉末X射線衍射技術在實驗教學中的應用[J].實驗室科學，2009（02）.

作者簡介：李芳，女，1988年5月出生，大學本科，就職于內蒙古新聞廣電局839臺。王少飛，男，1987年10月出生，大學本科，就職于內蒙古包頭市第八中學，致力于高中物理教學。

摘 要：用X射線對硅元素進行測定，通過衍射①圖譜分析及數據處理，再根據峰值測出2θ值。計算出對應的d值，與相應的理論值進行對比。

關鍵詞：X射線衍射；硅元素；圖譜分析；2θ；d值

X射線是一種波長很短（約為0.06～0.1nm）的電磁波，能穿透一定厚度的物質。用電子束轟擊金屬“靶”產生X射線，其中包含與靶中各種元素對應的具有特定波長的X射線，稱為特征X射線。考慮到X射線的波長和晶體②內部原子間的距離（10-8cm）相近。晶體可以作為X射線的空間衍射光柵，即當一束X射線通過晶體時發生衍射，衍射波疊加的結果使衍射的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。分析在照相底片上得到的衍射花樣，便可確定晶體結構。本文運用X射線衍射對硅元素物質進行圖譜分析，根據峰值測出的2θ，通過布拉格方程：2*sinθ*d=nλ（n=1），計算出與其對應的d值，與相應的標準理論值進行對比。

一、實驗方法

1.X射線的產生

在真空管（10-6～10-8mmHg）陰陽兩極之間加高壓，陽極選用不同的重金屬材料制成，電子打在陽極上便得到X射線。λ<0.1nm稱硬X射線，λ>0.1nm稱軟X射線。

2.X射線的性質

（1）X射線本質上是一種電磁波，它具有反射、折射、衍射、偏振等性質；

（2）X射線有很大的貫穿本領；

（3）X射線能使某些物質的原子、分子電離；

（4）X射線是不可見光，它能使某些物質發出可見的熒光；

（5）X射線能使照相底片感光。

3.X射線實驗依據的理論原理

晶體的X射線衍射圖像實質上是晶體微觀結構形象的一種精細復雜的變換。由于每一種結晶物質都有其特定的結構參數，包括點陣類型、晶胞大小、單胞中原子（離子或分子）數目及位置等，而晶體物質的這些特定參數，反映在衍射圖上表現出的衍射線條的數目、位置及相對強度各不相同。因此，每種晶體物質與其X射線衍射圖之間有著一一對應的關系。運用X射線衍射對硅元素物質進行圖譜分析，根據峰值測出2θ，通過布拉格方程：nλ=2*sinθ*d（n=1），計算出與其對應的d值，與相應的標準理論值進行對比。任何一種晶體態物質都有自己獨特的X射線衍射圖，不會因為其他物質混聚在一起而產生變化。

4.實驗樣品的準備

先把檢測含有硅元素的混合物搗成粉末，取適量的硅元素混合物粉末放在載玻片上，將其放入X射線衍射儀中準備進行檢測。

5.實驗裝置

X射線衍射儀是一種大型精密的機械、電子儀器，它由X射線發生器系統、測角儀系統、X射線衍射強度測量記錄系統、衍射儀控制與衍射數據分析系統四大部分組成。X射線發生器是衍射儀的X光源，它配用衍射分析專用的X光管，具有一套自動調節和自動穩定X光管工作高壓、管電流的電路和各種保護電路等；測角儀系統是X射線衍射儀的核心，用來精確測量衍射角，它是由計算機控制的兩個相互獨立電機驅動樣品臺（θ軸）與檢測器轉臂旋轉軸（2θ），依預定的程序進行掃描工作的。X射線衍射強度記錄系統記下硅元素的衍射強度，而衍射儀控制與衍射數據采集分析是通過一個配有衍射儀操作系統的計算機系統以在線方式完成的。

二、圖譜分析數據處理

對在X射線衍射儀中的硅元素樣品檢測，并對結果進行圖譜分析，發現晶體具有原子排列周期性的特征，而我們所研究的硅元素也是一種晶體，并具有一定的周期性，硅元素結晶狀況和晶型是可以從峰值上看出來的。圖譜分析儀從左至右得到每一條衍射2θ及相應θ值如表1。

任何物質都具有反映該物質的衍射圖譜，即衍射線條具有一定d值。樣品為多相混合物時，其中各種成分都會在衍射圖譜中貢獻自己所特有的峰值。樣品的各種相分都有自己的d值和相對強峰，并且必定有該相分所特有的一組d值與相對的強峰相符合。我們僅僅研究混合物中硅元素的衍射圖譜的相對強峰和d值。

根據硅元素的峰值測出2θ，運用布拉格方程計算出d值。將計算出的d值與相應的標準理論值進行對比，研究得到結論：實驗值與理論值在誤差允許范圍內完全吻合。

參考文獻：

[1]張天喆，董有爾.近代物理實驗[M].科學出版社，2004.

[2]褚圣麟.原子物理學[M].高等教育出版社，1979-06.

[3]王寵，徐順，張勇，等.X射線物相分析的微機模型[J].鄭州大學學報：理學，2003（02）.

[4]楊傳錚，王保國，張建.二維X射線衍射及其應用研究進展[J].物理學進展，2007（01）.

[5]吳健鵬，楊長安，賀海燕.X射線衍射物相定量分析[J].陜西科技大學學報，2005（05）.

[6]朱靜，張樹波，周禎來，等.粉末X射線衍射技術在實驗教學中的應用[J].實驗室科學，2009（02）.

作者簡介：李芳，女，1988年5月出生，大學本科，就職于內蒙古新聞廣電局839臺。王少飛，男，1987年10月出生，大學本科，就職于內蒙古包頭市第八中學，致力于高中物理教學。