[發明專利]結構未知晶體衍射能力的計算方法及物相定量分析方法

在審

• 申請號: 202010949082.X
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112151122A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 李暉;賀蒙
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G01N23/207
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 郭亮

本發明提供一種結構未知晶體衍射能力的計算方法及物相定量分析方法，方法包括：S1，構建一假想晶體，假想晶體具有與所研究的晶體相同的晶胞參數，且僅在假想晶體的晶胞原點處具有一個原子，原子的種類與所研究晶體的晶胞中的其中一個原子的種類相同，計算出假想晶體的晶胞對X射線的衍射能力；S2，對所研究的晶體的晶胞中的每一個原子執行S1的計算過程，將得到的所有假想晶體的晶胞對X射線的衍射能力進行累加，即可得到所研究晶體的晶胞對X射線的衍射能力。本發明所提供的計算方法，可以利用X射線粉末衍射數據對包含結構未知晶相的混合物質進行物相定量分析。

技術領域

本發明涉及X射線晶體學技術領域，尤其涉及一種結構未知晶體衍射能力的計算方法及物相定量分析方法。

背景技術

利用X射線衍射技術，收集晶體樣品的粉末(多晶)衍射數據，可以根據衍射數據鑒別樣品的組成物相，還可以根據組成樣品的各個物相的衍射強度對樣品進行物相定量分析，確定各組成物相在樣品中的含量。這種利用X射線多晶衍射數據進行物相鑒定和物相定量分析的技術經過100余年的發展，目前已經在科研和生產中得到了廣泛的應用，已經是應用最廣泛、也是最權威的物相定量分析技術。

利用X射線衍射數據進行定量物相分析的基本原理是一個物相的X射線衍射強度與其在樣品中的含量成正比關系，一個物相在樣品中的相對含量越高，這個物相的衍射峰的強度也會相應提高。但是不同物相對入射X射線的衍射能力是不同的，因此不能通過直接比較不同物相的相對衍射強度來確定各個物相在樣品中的相對含量。為了解決這一問題，人們已經發展出了許多方法，例如吸收-衍射法、標準添加法(摻入法)、內標法等。這些方法不需要知道所分析物相的晶體結構數據就可以進行物相定量分析，但除了需要對進行定量分析的樣品做衍射實驗外，還需要制備標樣和/或一系列摻入了特定量的標樣或目標物相的樣品，并對上述系列樣品一一收集衍射數據，對系列樣品的衍射數據進行綜合分析，才可以進而導出目標物相在樣品中的含量。為了減少物相定量分析的實驗工作量，方便通過衍射方法進行物相定量分析，國際衍射數據中心(The International Centre forDiffraction Data,縮寫為ICDD)提出了參比強度法(reference intensity ratio法，簡稱RIR法)，即對每一種晶體物相，記錄該物相與參比物質(通常選剛玉)按照50％：50％的質量比混合時的粉末衍射圖譜，測量該物相與參比物質的最強衍射峰強度之比，記為RIR。如果一個混合物相的樣品中的每一種物相都有相應的RIR數據，就可以直接測量這個混合物相樣品的衍射譜，結合RIR數據，直接獲得物相定量分析結果。參比強度法的本質實際上是通過與同一種參比物質比較，測定出各物相的相對衍射能力，然后再根據混合樣品衍射譜中各物相的衍射強度之比得出各物相的含量。這種方法的局限性在于：首先，各個物相的RIR需要實驗一一測量并收集整理到數據庫中，很多物相的RIR數據缺失，尤其是未知的新物相，更不可能有RIR數據，此時無法利用RIR數據進行物相定量分析；其次，這種分析方法只利用最強衍射峰確定RIR和進行定量分析，定量的準確性比較差，尤其是當樣品中某個物相存在擇優取向的問題，定量分析結果會嚴重偏離真實值。

除了上述的利用X射線多晶衍射數據進行物相定量分析的方法，如果樣品中各個物相的晶體結構數據都是已知的，可以利用晶體結構數據計算出各個物相的晶胞對X射線的衍射能力，然后根據各個物相的晶胞對X射線的衍射能力和混合物的粉末衍射數據就可以進行物相定量分析。這種方法通常與全譜擬合或者全譜分解技術相結合，得到的定量分析結果較為可靠，而且不需要像吸收-衍射法、內標法、標準添加法等進行額外的實驗工作，就可以進行物相定量分析了。但是這種方法要求樣品中各物相的晶體結構數據已知，否則無法計算相應物相的晶胞對X射線的衍射能力，從而無法進行定量分析。

在實際工作中，樣品中常常會含有晶體結構未知的物相，尤其是在研發過程中，更是常常遇到新的晶相，其晶體結構更不可能已知。但是，在很多情況下，雖然某一物相的晶體結構未知，但其晶格參數和晶胞化學組成是已知的。即使是以前從來沒有報道過的新物相，利用粉末衍射數據的指標化技術通常也是可以確定其晶格參數的，而化學分析技術，尤其是電子探針等微區化學分析工具則有可能可以確定其化學組成。