粉末 XRD 物相鉴定:制样、校准与整谱核查
从研究问题与采样代表性出发,建立能追溯到标样、数据库和原始谱的物相鉴定流程。
- 原始与校正后的衍射谱
- 候选相及数据库条目
- 未解释峰清单
- 检出能力与解释边界
专题 03 · 表征技术
同步辐射让我们看见什么?衍射峰又如何成为证据?从光源、晶格到原位实验,沿着一条可复核的路径学习。
面向材料科学学习与实验研究 · 公式附假设与单位 · 来源核对 2026-09-15
先分清光源与方法
同样的 Bragg 条件,可以在实验室或同步辐射束线上研究。选择哪种实验,取决于你要分辨的结构、位置与时间。
电子经磁场偏转,发出同步辐射。
选择能量、限定束斑与发散。
结构、取向与环境影响散射。
记录计数,经过校准与模型解释。
概念流程,省略了真空、联锁与其他束线设备。原理参考 IUCr 晶体学词典 ↗ 与 ESRF 光源介绍 ↗。
动手理解 · Bragg 几何
λ[Å] ≈ 12.3984 / E[keV]
2d sin θ = λ · q = 2π/d
教学计算,采用 n = 1 与含 2π 的 q 约定。满足几何条件不保证反射强度非零;此处未模拟仪器响应。
四步建立分析能力
每篇都有完整解释、相关方法与来源。
可顺序阅读,也可从当前问题进入。
分清光源和方法,能在波长、角度与晶面间距之间换算。
3 篇文章选择几何与束线,保存校准、二维图和可重放的处理记录。
3 篇文章判断相含量、展宽与应力结论是否受到数据支持。
3 篇文章理解原位、总散射与三维晶粒成像,能带着问题阅读论文。
3 篇文章带到实验台
从制样、校准到数据验收,
每一步都对应需要保留的证据。
从研究问题与采样代表性出发,建立能追溯到标样、数据库和原始谱的物相鉴定流程。
把束线能力与研究假设对应起来,完成标定、二维采集、环境对照和可重放的数据处理。
以可信结构与仪器参数建立全谱模型,逐步优化并报告差谱、约束、相关性和相分数边界。
以多方向晶格间距和衍射弹性常数计算适用模型下的应力,明确表层、相与深度范围。
记录光源、样品、标定、处理、模型和不确定度,保留观测与解释的区别。
经典方法与近年研究
以下为编辑精选,按学习主题组织。题名、作者、年份与 DOI 已核对期刊或研究机构记录;正文访问权限以出版方为准。
全谱精修的原始方法 · 1969
H. M. Rietveld · Journal of Applied Crystallography 2, 65–71
阅读重点:从逐点强度最小二乘理解全谱拟合;原文研究中子粉末衍射,方法后来广泛用于 XRD。
方法奠基论文;不能把精修当作自动发现未知结构的程序。
DOI: 10.1107/S0021889869006558IUCr 粉末衍射委员会精修指南 · 1999
L. B. McCusker, R. B. Von Dreele, D. E. Cox, D. Louër & P. Scardi · Journal of Applied Crystallography 32, 36–50
阅读重点:先读数据采集、参数相关性和 R 值解释;把差谱与结构合理性一起检查。
同行评议的方法指南,不是强制性检测标准。
DOI: 10.1107/S0021889898009856相干畴尺寸与峰宽定义 · 1978
J. I. Langford & A. J. C. Wilson · Journal of Applied Crystallography 11, 102–113
阅读重点:关注形状因子、尺寸分布和峰宽定义,避免把一个经验 K 值用于所有样品。
晶粒、颗粒与相干衍射畴必须分别定义。
DOI: 10.1107/S0021889878012844晶体学分析软件与数据流程 · 2013
B. H. Toby & R. B. Von Dreele · Journal of Applied Crystallography 46, 544–549
阅读重点:了解积分、索引与精修之间的关系;实际使用时另记软件版本与工程文件。
软件论文说明方法来源,软件输出仍需人工核查。
DOI: 10.1107/S0021889813003531二维探测器标定与方位积分 · 2015
G. Ashiotis 等 · Journal of Applied Crystallography 48, 510–519
阅读重点:追踪像素如何映射到散射角,记录几何、掩膜及归一化,而不只导出一条曲线。
积分会折叠方位信息;有织构或载荷方向时应保留分扇区结果。
DOI: 10.1107/S1600576715004306从总散射到原子对分布函数 · 2013
P. Juhás, T. Davis, C. L. Farrow & S. J. L. Billinge · Journal of Applied Crystallography 46, 560–566
阅读重点:理解结构信号与缓变背景的区分,保存 Q 范围和数据处理参数。
这里的 PDF 是 pair distribution function,与 ICDD Powder Diffraction File 不同。
DOI: 10.1107/S0021889813005190三维晶粒衍射衬度成像 · 2008
W. Ludwig, S. Schmidt, E. M. Lauridsen & H. F. Poulsen · Journal of Applied Crystallography 41, 302–309
阅读重点:比较吸收衬度与满足衍射条件造成的衬度,理解取向信息为何需要旋转采集。
DCT 与常规吸收 XCT 的测量对象和重建假设不同。
DOI: 10.1107/S0021889808001684增材制造的原位成像与衍射 · 2017
C. Zhao 等 · Scientific Reports 7, 3602
阅读重点:分别看熔池形貌和衍射结构证据,核对曝光、时序与激光加工条件。
特定装置与材料的研究案例,不是通用工艺窗口或验收阈值。
DOI: 10.1038/s41598-017-03761-2LaB₆ 标准物质与仪器线形 · 2020
D. R. Black 等 · Powder Diffraction 35(1)
阅读重点:把晶格参数认证、温度与不确定度联系起来,区分标样证书和实际仪器响应。
配合 NIST 660c 证书阅读;不能把标样的晶格常数不确定度当成整次实验的不确定度。
DOI: 10.1017/S0885715620000068原位 PDF 的重复性与参数敏感性 · 2025
R. B. Stubkjær 等 · Journal of Applied Crystallography 58, 495–503
阅读重点:以 ZrO₂ 纳米颗粒合成为例,检查处理参数变化是否改变最终化学解释。
近年方法研究;比较不同实验时需要一致且合理的数据处理条件。
DOI: 10.1107/S1600576725001694让结果有依据
方法标准规定怎样测,标样用于校准。
数据库与数据格式另有各自用途。
| 资料 | 用途 | 适用边界 | 版本记录 |
|---|---|---|---|
| ASTM E915-21 ↗仪器核查规范 | 用于残余应力 XRD 仪器的对中核查。 | 关注几何系统误差;不是物相鉴定或任意衍射实验的通用合格标准。 | 官网标为 Active;核对版本 E915-21 |
| ASTM E1426-14(2024) ↗试验方法 | 实验测定残余应力分析所需的 X 射线弹性常数。 | 对应材料、hkl 和弹性加载条件;宏观拉伸弹性模量不能不加说明地直接代替。 | 官网标为 Active;2024 年重新确认 |
| ASTM E975-22 ↗试验方法 | 近随机晶体学取向钢中残余奥氏体的 XRD 测定。 | 公开范围包括 Cr Kα 或 Mo Kα、体积分数 1% 及以上;强织构、峰重叠和高合金成分需要另核适用性。 | 官网标为 Active;核对版本 E975-22 |
| BS EN 15305:2008 ↗残余应力方法标准 | 无损检测中以 X 射线衍射分析残余应力的方法。 | 以 BSI 官方版本入口为准;实际测量应取得采用版本正文并核对适用条件。 | 已核对 BSI 2008 版本入口;采购时复核修订状态 |
| NIST SRM 660c · LaB₆ ↗有证标准物质 | 粉末衍射峰位、峰形与仪器展宽的校准参考。 | 使用所持批次证书,记录温度、存储和制样条件;它是实物校准参考,不是检测方法标准。 | NIST 官方证书;有效性以证书及保存条件为准 |
| NIST SRM 640f · Si ↗有证标准物质 | 硅粉末的衍射峰位与峰形校准参考。 | 此链接为归档批次证书,供已有 640f 标样追溯;不表示该批次仍可购买或是最新批次。 | 归档证书;匹配实际标样批次使用 |
核对日期 2026-09-15。本站提供公开范围导读和官方入口,不复制受版权保护的标准正文;开展检测前核对采用版本及完整条款。归档标样证书不表示当前供货状态。
停下来想一想
先独立判断,再展开解析。
θ = 30°,d = λ/(2 sin θ) = 1.5406 Å。把 60° 直接代入 sin θ 会算错;这里把衍射级次并入 hkl,采用 n = 1。
回到对应文章 →不能。先检查仪器响应、微应变、重叠与缺陷。尺寸展宽对应相干衍射畴,颗粒可以包含多个畴;需结合显微证据。
回到对应文章 →不一定。背景、权重、参数数目和数据区间都会影响 Rwp。需要同时检查差谱、漏相、参数相关性、化学合理性和独立数据。
回到对应文章 →不能。热膨胀、成分变化和几何漂移都可能改变峰位;先选匹配温度与成分的无应力 d₀,并测多个方向,才可讨论应力。
回到对应文章 →通常不够。PDF 需要足够的 Q 范围、可靠的背景与散射校正。有限 Qmax 会限制实空间分辨率并带来截断波纹,不能只把曲线做一次傅里叶变换就解释局域结构。
回到对应文章 →继续把结构证据与失效机制联系起来。
学习疲劳断裂与断口分析 →