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江超华 著

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• X射线衍射
• 多晶材料
• 晶体结构
• 材料分析
• 粉末衍射
• XRD
• 材料科学
• 结构表征
• 衍射技术
• 晶相分析

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122191458

版次：1

商品编码：11476864

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-07-01

用纸：胶版纸

页数：353

编辑推荐

　　

　　《多晶X射线衍射技术与应用》是北京大学江超华教授50余年多晶X射线衍射技术与仪器研发和应用经验的总结，此书简明实用，对化学、化工、材料、矿冶等领域中从事固体物质材料分析鉴定的研究人员和工作于粉末衍射分析工作一线的操作技术人员调试仪器、提高技能很有帮助，推荐作为从业者的入门和工作指导，也可作为仪器制造厂家和有关机构的培训教材。

内容简介

　　《多晶X射线衍射技术与应用》系统地介绍了多晶X射线衍射技术的原理、仪器、方法和应用。全书内容循序渐进，在介绍X射线的物理基础、射线强度检测技术及其发展、晶体和晶体衍射的理论知识基础上，着重阐述了X射线衍射仪器和多晶衍射仪的原理，详细论述了如何获得正确的衍射数据、如何评估衍射实验数据的可信度以及仪器的工作状态等实验技术问题。之后，又在物相分析、晶面间距或晶胞参数精测、峰形分析三方面深入介绍了多晶衍射数据在各方面的实际应用，列举了一些实例和已发布的应用多晶衍射的测试方法标准。
　　《多晶X射线衍射技术与应用》凝结了作者50余年的X射线仪器研发和应用经验，具有很强的实用性，可供化学、化工、材料、矿冶等领域中从事固体物质材料分析鉴定的研究人员和X射线衍射仪器操作的技术人员参考。

目录

1绪论1
0.1X射线衍射分析法是研究物质微观结构的基本实验方法1
0.2物质的性质性能都是由它的结构决定的2
0.3多晶（粉末）X射线衍射分析法的应用2
参考文献6
第1章X射线基础7
1.1X射线性质概述7
1.2X射线的产生10
1.3X射线谱11
1.3.1连续光谱12
1.3.2特征光谱13
1.3.3X射线管的工作条件16
1.4物质对X射线的衰减17
1.4.1衰减公式17
1.4.2质量吸收系数18
1.4.3X射线的光电效应20
1.4.4吸收性质在X射线实验技术中的应用21
1.5X射线的散射22
1.5.1相干散射22
1.5.2非相干散射23
1.6X射线强度的检测技术24
1.6.1荧光板24
1.6.2照相方法25
1.6.3单点检测器25
1.6.4固体阵列检测器29
1.6.5位敏正比计数器30
1.6.6成像板30
1.6.7数字化X射线成像技术31
1.7X射线的防护32
参考文献33
第2章晶体学基础34
2.1晶体与晶体结构的基本知识34
2.1.1晶体的基本特征34
2.1.2点阵结构36
2.1.3晶体的对称性和晶系40
2.1.4晶胞43
2.1.5晶体学空间群和点群46
2.1.6晶体的外形47
2.1.7实际晶体与晶格缺陷48
2.2晶体对X射线的衍射54
2.2.1衍射方向55
2.2.2衍射强度58
2.2.3衍射线的峰形61
2.3准晶体的衍射64
2.3.1准晶体64
2.3.2准晶体的衍射65
参考文献65
第3章多晶X射线衍射仪66
3.1X射线衍射仪器设备概述66
3.1.1两种多晶衍射几何67
3.1.2X射线多晶衍射的记录方法69
3.1.3X射线源75
3.1.4单色化方法79
3.1.5X射线光学元件82
3.2X射线多晶衍射仪83
3.2.1X射线多晶衍射仪的构成83
3.2.2X射线发生器83
3.2.3测角仪84
3.2.4X射线强度测量记录系统90
3.2.5衍射仪控制及衍射数据采集分析系统93
3.2.6样品台附件95
3.3多晶粉末衍射数据库和软件95
参考文献96
第4章粉末X射线衍射图的获取98
4.1样品准备与制片98
4.1.1对样品粉末粒度的要求99
4.1.2样品试片平面的准备100
4.1.3样品试片的厚度101
4.1.4制样技巧102
4.1.5制样小结104
4.2数据收集105
4.2.1实验波长的选择105
4.2.2扫描条件的选择106
4.2.3关于实验条件选择的小结与示例110
4.3粉末衍射图的初步检查112
参考文献114
第5章粉末X射线衍射数据115
5.1粉末X射线衍射图的特征数据115
5.1.1粉末X射线衍射数据115
5.1.2衍射峰位置的确定116
5.1.3衍射峰强度的表示118
5.1.4衍射线的峰形数据119
5.2粉末衍射峰位与峰强度数据的提取120
5.2.1图谱的平滑121
5.2.2背景的扣除和弱峰的辨认123
5.2.3Kα2衍射的分离125
5.2.4平滑二阶导数法自动读出峰位，同时确定峰高和峰宽128
5.2.5峰处理程序的流程130
参考文献131
第6章粉末X射线衍射数据的不确定度132
6.1测量的不确定度132
6.1.1测量结果评价方法的沿革132
6.1.2测量不确定度与测量误差134
6.2衍射角测量的系统误差及其修正137
6.2.1几何因素引入的衍射角测量误差137
6.2.2测角仪的测角机械误差140
6.2.3物理因素引入的衍射角测量误差141
6.2.4粉末衍射角实验值的修正143
6.3粉末衍射仪衍射角的测量不确定度147
6.3.1衍射仪的衍射角测量不确定度来源的分析147
6.3.2衍射仪的衍射角标准测量不确定度各分量的评定148
6.3.3衍射仪测定的衍射角合成标准测量不确定度的评定150
6.4衍射仪衍射强度的测量误差及其测量不确定度150
6.4.1概述150
6.4.2计数损失及其修正151
6.4.3X射线强度测值不确定度的统计涨落分量152
6.4.4粉末衍射强度实验测值不确定的强度评定155
6.4.5粉末衍射强度数据运算中标准不确定度的传递156
6.5粉末X射线衍射图谱数据的品质指数157
6.6多晶衍射仪的验收、性能的评估与常规检查158
6.6.1问题的提出158
6.6.2衍射角校准用标准物质159
6.6.3衍射强度校准用标准物质161
6.6.4衍射仪性能指标的评估163
6.6.5衍射仪运行状态的质量控制165
参考文献166
第7章X射线衍射物相定性分析168
7.1何谓“物相”168
7.2何谓“物相分析”169
7.3方法的依据170
7.3.1原理170
7.3.2粉末衍射图数据库171
7.3.3PDF��2粉末衍射卡的内容173
7.4参考衍射图的检索与匹配177
7.4.1参考衍射图的检索、匹配177
7.4.2图、卡比对的方法178
7.4.3判定为“匹配”的要领183
7.5《MDI Jade》XRD图谱处理的检索�财ヅ�188
7.5.1基于峰形的S/M的一般步骤188
7.5.2物相检索的输出192
7.6检索�财ヅ浣崧鄣牟蝗范ㄐ�195
7.7物相检索�财ヅ涫道�197
7.8未知物相的鉴定201
7.8.1两种情况201
7.8.2物相结构测定的一般步骤202
7.8.3粉末衍射图指标化203
7.8.4未知相晶体结构类型或空间群的确定205
7.8.5新标准衍射数据卡的建立206
7.9异常衍射图例206
参考文献208
第8章X射线衍射物相定量分析209
8.1衍射强度与物相组成的关系209
8.2比强度法211
8.2.1内标方程、比强度（K值）与内标法211
8.2.2外标方程与外标法213
8.2.3参考比强度数据库的建立和标准参考物质214
8.2.4应用实例217
8.3无标样法219
8.3.1方法的基本原理219
8.3.2样间同相消约的无标样法220
8.3.3内标消约的无标样法223
8.3.4样内异相消约的无标样法224
8.4外标消约无标样定量法226
8.4.1外标消约无标样法原理226
8.4.2定量参数（Ksj、μ*js）的测定229
8.4.3样品含量分析231
8.4.4外标消约增量法234
8.5特别方法234
8.5.1吸收�惭苌渲苯佣�量分析法234
8.5.2微量直接定量分析方法235
8.5.3Compton散射校正法237
8.6衍射全谱拟合物相分析法237
8.6.1衍射全谱拟合物相分析法的理论依据237
8.6.2衍射全谱拟合的技术要点238
8.6.3需要已知晶体结构数据之全谱拟合定量分析法240
8.6.4需要物相纯态的标准谱之衍射全谱拟合定量分析法241
8.7分析策略与衍射定量方法的构建242
8.7.1分析策略的概念242
8.7.2内标消约法244
8.7.3外标消约法244
8.7.4样内异相消约法245
8.7.5样间同相消约法245
8.7.6样间异相消约法246
8.7.7归并c值法246
8.7.8理论计算K值法247
8.8衍射定量实验技术要点247
8.8.1一般注意事项248
8.8.2制样249
8.8.3实验条件的选择250
8.8.4衍射峰“净”强度的求得250
8.8.5全谱拟合方法对实验的基本要求251
8.9衍射定量分析结果的不确定度与方法的检出限254
8.9.1衍射物相定量分析结果的不确定度254
8.9.2物相的检出限257
8.10非晶质相的定量259
8.10.1非晶质物相含量的估算259
8.10.2差值法测定非晶质物相含量260
8.10.3结晶度的测定261
参考文献264
第9章晶胞参数的精测及其应用266
9.1一般考虑266
9.1.1选用高角度的衍射峰266
9.1.2测定峰位的方法268
9.1.3获得衍射图方法的选择268
9.2系统误差的消除269
9.2.1图解外推法269
9.2.2柯亨最小二乘法270
9.2.3线对法273
9.2.4内标法273
9.3精确晶胞参数的实际测量273
9.3.1仪器及其调整和校验274
9.3.2制样274
9.3.3测量274
9.3.4结果计算275
9.4精确晶胞参数或晶面间距数据的应用275
9.4.1固溶体类型的研究275
9.4.2固溶体、类质同象矿物成分的测定277
9.4.3X型、Y型分子筛SiO2/Al2O3比的测定280
9.4.4固溶度的测定282
9.4.5晶体有序�参扌蚪峁棺刺�的表征283
9.4.6测定有关的晶体性质数据285
9.4.7金属材料中宏观应力的测量285
参考文献287
第10章峰形分析及其应用288
10.1概述288
10.2衍射线的实测峰形与“真实”峰形289
10.2.1卷积的概念289
10.2.2衍射线实测峰形的数学表示291
10.2.3影响实测峰形的其他因素及其修正291
10.3衍射线真实峰形的提取292
10.3.1用Fourier变换法解卷积292
10.3.2用迭代法解卷积294
10.4峰形宽化分析294
10.4.1真实峰形的积分宽294
10.4.2两种宽化效应的关系295
10.4.3峰形宽化分析的几种方法296
10.5峰形宽化分析的近似函数法297
10.5.1应用近似函数法的分析步骤297
10.5.2近似函数法求真实峰形的积分宽度297
10.5.3峰形近似函数的选择299
10.6衍射线真实峰形数据的应用300
10.6.1再论Scherrer公式301
10.6.2微观应力的测定302
10.6.3两种宽化效应同时存在的情况303
10.6.4《MDI Jade》的“由峰宽化估算晶粒大小和应变”选项304
10.6.5“球镍”307
10.6.6黏土矿物结构缺陷的表征313
参考文献321
附录323
附录1μt=1和衍射强度衰减为10%时试样的厚度(计算值)323
附录2常见矿物的质量吸收系数μ*（CuKα）324
附录3晶面间距与点阵参数的关系325
附录4多晶（粉末）的衍射强度326
附录5X射线衍射分析用X射线管的特征波长及有关数据330
附录6立方晶系的衍射指标331
附录7Si粉末试样衍射仪衍射角测值2θ的系统误差332
附录8衍射分析常用参考物质的衍射数据333
附录9常见矿物的RIR（K值）343
附录10黏土矿物结构分类表344
附录11测量不确定度报告及表示，测量结果及不确定度的有效位数345
附录12X射线晶体学资料及数据库资源简介347

前言/序言

现代材料分析的基石：先进光谱技术与数据解析 本书内容简介 在材料科学、化学、物理学以及工程技术等多个领域的前沿探索中，对物质微观结构的精确表征是推动技术进步的关键。本书《现代材料分析的基石：先进光谱技术与数据解析》聚焦于一系列在当代科研和工业质量控制中占据核心地位的先进光谱分析方法及其背后的数据处理哲学。 本书并非聚焦于单一的晶体学衍射技术，而是系统性地梳理了从基础原理到复杂应用中，用于揭示材料化学成分、分子结构、电子态和表面形貌的多种互补性光谱技术。全书内容旨在为读者构建一个全面的“材料结构探查工具箱”，强调如何根据特定的分析需求，选择并组合使用最合适的分析手段，并对所得数据进行深入、可靠的解释。 --- 第一部分：光谱分析基础与理论框架 本部分首先为读者奠定坚实的理论基础，阐述电磁波与物质相互作用的基本规律，这是所有光学和光谱技术的核心。 第一章：电磁波谱与物质的相互作用 本章详细介绍了电磁波的性质，包括光子的能量、波长与频率的关系，以及物质吸收、发射、散射和透射电磁辐射的量子力学基础。重点分析了不同能量区域（如紫外-可见光、红外、X射线和伽马射线）的辐射与物质内部电子能级、分子振动、原子转动以及核能级之间的能级跃迁机制。理解这些基本相互作用是正确解读后续所有光谱数据的先决条件。 第二章：数据采集的仪器原理与优化 本章深入探讨现代光谱仪器的通用组件，包括光源的稳定性、样品的制备与耦合技术（如透射、反射、衰减全反射ATR）、分光元件（如棱镜、光栅）的选择与设计，以及高灵敏度探测器的原理（如光电倍增管、CCD、CMOS）。特别强调了如何通过优化仪器参数（如扫描速度、分辨率、信号平均次数）来平衡信噪比与时间分辨率，以满足不同实验场景的需求。 --- 第二部分：核心分子与化学结构表征技术 这一部分集中讨论用于确定分子组成、官能团和化学键合环境的分子光谱学方法。 第三章：傅里叶变换红外光谱（FTIR）与拉曼散射光谱 本章对比分析了红外吸收光谱和拉曼散射光谱这两种互补的分子振动分析技术。 FTIR分析： 详细阐述了分子振动模式（伸缩振动、弯曲振动）与红外吸收峰的对应关系，重点讲解了不同化学键（C=O, O-H, C-H等）的特征吸收峰区域。此外，深入讨论了样品制备（如KBr压片法、薄膜制备）对吸收谱线的影响。 拉曼光谱： 聚焦于拉曼效应的理论基础（极化率变化），阐释了其在检测非极性分子和晶格振动方面的优势。结合实例分析了表面增强拉曼散射（SERS）技术，展示了其在痕量分析中的巨大潜力。 第四章：紫外-可见光（UV-Vis）吸收与荧光光谱 本章聚焦于电子能级跃迁： UV-Vis光谱： 讲解了生色团和助色团如何影响吸收波长和摩尔消光系数。内容涵盖了朗伯-比尔定律的应用、溶液浓度测定、配位化合物的电子结构分析，以及利用光谱动力学研究反应速率。 荧光光谱技术： 深入探讨了激发态与基态的能量差异、斯托克斯位移、量子产率的测量方法，以及时间分辨荧光技术在研究分子环境和生物大分子构象变化中的应用。 --- 第三部分：元素分析与电子态结构探测 本部分转向对材料的元素组成、价态信息以及近程原子环境的探测。 第五章：电子能谱学（XPS与UPS） 本章详细解析了X射线光电子能谱（XPS）和紫外光电子能谱（UPS）作为表面敏感技术的核心地位。 XPS： 重点讲解了光电效应的物理模型，如何通过精确测量光电子的动能来确定元素的种类和化学态（化学位移）。内容涵盖了俄歇电子谱（AES）的原理，以及在半导体、催化剂表面氧化还原态分析中的关键应用。 UPS： 阐述了其在确定材料功函数、价带结构和高能级电子分布方面的独特价值，尤其是在有机电子学和界面物理中的重要性。 第六章：原子发射与吸收光谱技术（OES与AAS/ICP-MS） 本章侧重于元素的定性和定量分析。 原子发射光谱（OES）： 探讨了等离子体激发源的原理，如何通过谱线强度与元素浓度建立定量关系，适用于快速、多元素分析。 原子吸收光谱（AAS）与等离子体质谱（ICP-MS）： 详细对比了这两种高灵敏度技术。AAS的基线吸收原理和火焰/石墨炉技术；ICP-MS对多元素分析的卓越能力、同位素稀释法以及碰撞/反应池技术在高复杂基体样品前处理中的应用。 --- 第四部分：高级数据解析与多维分析 本部分是全书的精髓所在，强调如何从复杂的原始数据中提取有意义的物理和化学信息，实现综合判断。 第七章：光谱数据处理与校正技术 本章是技术整合的关键。详细介绍了光谱数据的预处理步骤，包括：基线漂移校正、噪声消除（如Savitzky-Golay平滑）、峰面积与峰高的计算、归一化方法。深入讨论了光谱的去卷积技术（如最小二乘法拟合、非负矩阵分解NMF），用于分离重叠的特征峰，精确确定各组分的贡献。 第八章：化学计量学与多变量数据分析 面对现代高通量光谱实验产生的大量数据，本章介绍了必要的化学计量学工具： 主成分分析（PCA）： 用于数据降维和识别主要变化趋势。 偏最小二乘回归（PLS）： 用于建立可靠的定量预测模型。 聚类分析（Clustering）： 用于对光谱特征进行分类和分组。 多维校正： 探讨如何利用二维相关分析（2D-COS）来确定谱峰之间的相互依赖关系，揭示分子或原子环境变化的顺序性。 --- 总结与展望 本书的最终目标是培养读者将光谱技术视为一个整体系统进行思考的能力。通过对上述多种先进技术的系统学习和数据解析方法的掌握，读者将能够跨越单一技术的局限性，设计出更全面、更具洞察力的材料表征方案，从而在材料发现、过程控制和失效分析等领域取得突破。全书侧重于实际操作中的难点与解决方案，辅以丰富的案例分析，确保理论与实践的紧密结合。

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这本书的语言风格非常直白，没有过多的华丽辞藻，直击要点，这对我这种希望快速掌握知识的学习者来说简直是福音。我之前尝试过阅读一些同领域的其他书籍，但常常因为晦涩难懂的语言而感到沮丧，这本书则完全不同，它像是用大白话在讲解最前沿的科学技术，让人感觉亲切又易于理解。我尤其喜欢作者在解释一些核心概念时，会用一些非常形象的比喻，比如将晶格比作精心搭建的积木，将衍射比作光线经过障碍物后的散射，这些比喻一下子就点醒了我，让我茅塞顿开。而且，书中对一些关键步骤的阐述非常细致，像是手把手地指导你操作一样，让我觉得即使是初学者，也能根据书中的指导进行初步的尝试。我特别关注了书中关于样品制备的部分，发现作者在这方面提供了非常实用的建议，很多都是我在其他地方找不到的“干货”。这本书让我觉得，科学研究并非遥不可及，只要掌握了正确的方法和思路，人人都可以参与其中。

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这本书的视角非常独特，它不只是停留在技术本身，而是将多晶X射线衍射技术置于更广阔的应用场景中进行讲解。我发现书中不仅介绍了这项技术的基本原理和操作，还详细阐述了它在材料科学、矿物学、化学、地质学等多个领域的广泛应用。比如，在材料科学领域，书中通过具体的案例展示了如何利用X射线衍射来表征材料的晶体结构、相组成、晶粒尺寸、织构等重要性能，这对于理解材料的宏观性能与微观结构之间的关系非常有帮助。我还看到了书中关于X射线衍射在文物鉴定、药物研发等领域的应用介绍，这些内容让我大开眼界，原来这项技术在这么多与我们生活息息相关的领域都有着举足轻重的地位。这本书打破了我对技术书籍的刻板印象，它将理论与实践紧密结合，让我在学习技术的同时，也看到了科学研究的魅力和价值。

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这本书在介绍多晶X射线衍射技术时，确实展现出了作者深厚的学术功底和丰富的实践经验。书中对各种衍射仪器的原理、结构、性能以及操作要点都进行了详尽的阐述，而且还特别强调了不同仪器在实际应用中的优缺点。我特别赞赏作者在介绍数据采集和处理方面的内容，这部分通常是很多书籍的难点，但在这本书中，作者通过清晰的图示和具体的计算示例，将复杂的算法和处理流程变得易于理解。我仔细阅读了关于晶格常数测定、物相定量分析等章节，发现作者提供了多种方法，并且对每种方法的适用范围和注意事项都进行了深入的分析。这让我能够根据自己的实际需求，选择最合适的方法。此外，书中还探讨了衍射谱峰的拟合、展宽分析等高级主题，对于想要深入研究的读者来说，是非常宝贵的参考资料。这本书的专业性毋庸置疑，内容充实，条理清晰，是学习多晶X射线衍射技术的必备之作。

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