[发明专利]结构未知晶体衍射能力的计算方法及物相定量分析方法

说明书

本发明提供一种结构未知晶体衍射能力的计算方法及物相定量分析方法，方法包括：S1，构建一假想晶体，假想晶体具有与所研究的晶体相同的晶胞参数，且仅在假想晶体的晶胞原点处具有一个原子，原子的种类与所研究晶体的晶胞中的其中一个原子的种类相同，计算出假想晶体的晶胞对X射线的衍射能力；S2，对所研究的晶体的晶胞中的每一个原子执行S1的计算过程，将得到的所有假想晶体的晶胞对X射线的衍射能力进行累加，即可得到所研究晶体的晶胞对X射线的衍射能力。本发明所提供的计算方法，可以利用X射线粉末衍射数据对包含结构未知晶相的混合物质进行物相定量分析。

技术领域

本发明涉及X射线晶体学技术领域，尤其涉及一种结构未知晶体衍射能力的计算方法及物相定量分析方法。

背景技术

利用X射线衍射技术，收集晶体样品的粉末(多晶)衍射数据，可以根据衍射数据鉴别样品的组成物相，还可以根据组成样品的各个物相的衍射强度对样品进行物相定量分析，确定各组成物相在样品中的含量。这种利用X射线多晶衍射数据进行物相鉴定和物相定量分析的技术经过100余年的发展，目前已经在科研和生产中得到了广泛的应用，已经是应用最广泛、也是最权威的物相定量分析技术。

利用X射线衍射数据进行定量物相分析的基本原理是一个物相的X射线衍射强度与其在样品中的含量成正比关系，一个物相在样品中的相对含量越高，这个物相的衍射峰的强度也会相应提高。但是不同物相对入射X射线的衍射能力是不同的，因此不能通过直接比较不同物相的相对衍射强度来确定各个物相在样品中的相对含量。为了解决这一问题，人们已经发展出了许多方法，例如吸收-衍射法、标准添加法(掺入法)、内标法等。这些方法不需要知道所分析物相的晶体结构数据就可以进行物相定量分析，但除了需要对进行定量分析的样品做衍射实验外，还需要制备标样和/或一系列掺入了特定量的标样或目标物相的样品，并对上述系列样品一一收集衍射数据，对系列样品的衍射数据进行综合分析，才可以进而导出目标物相在样品中的含量。为了减少物相定量分析的实验工作量，方便通过衍射方法进行物相定量分析，国际衍射数据中心(The International Centre forDiffraction Data,缩写为ICDD)提出了参比强度法(reference intensity ratio法，简称RIR法)，即对每一种晶体物相，记录该物相与参比物质(通常选刚玉)按照50％：50％的质量比混合时的粉末衍射图谱，测量该物相与参比物质的最强衍射峰强度之比，记为RIR。如果一个混合物相的样品中的每一种物相都有相应的RIR数据，就可以直接测量这个混合物相样品的衍射谱，结合RIR数据，直接获得物相定量分析结果。参比强度法的本质实际上是通过与同一种参比物质比较，测定出各物相的相对衍射能力，然后再根据混合样品衍射谱中各物相的衍射强度之比得出各物相的含量。这种方法的局限性在于：首先，各个物相的RIR需要实验一一测量并收集整理到数据库中，很多物相的RIR数据缺失，尤其是未知的新物相，更不可能有RIR数据，此时无法利用RIR数据进行物相定量分析；其次，这种分析方法只利用最强衍射峰确定RIR和进行定量分析，定量的准确性比较差，尤其是当样品中某个物相存在择优取向的问题，定量分析结果会严重偏离真实值。

除了上述的利用X射线多晶衍射数据进行物相定量分析的方法，如果样品中各个物相的晶体结构数据都是已知的，可以利用晶体结构数据计算出各个物相的晶胞对X射线的衍射能力，然后根据各个物相的晶胞对X射线的衍射能力和混合物的粉末衍射数据就可以进行物相定量分析。这种方法通常与全谱拟合或者全谱分解技术相结合，得到的定量分析结果较为可靠，而且不需要像吸收-衍射法、内标法、标准添加法等进行额外的实验工作，就可以进行物相定量分析了。但是这种方法要求样品中各物相的晶体结构数据已知，否则无法计算相应物相的晶胞对X射线的衍射能力，从而无法进行定量分析。

在实际工作中，样品中常常会含有晶体结构未知的物相，尤其是在研发过程中，更是常常遇到新的晶相，其晶体结构更不可能已知。但是，在很多情况下，虽然某一物相的晶体结构未知，但其晶格参数和晶胞化学组成是已知的。即使是以前从来没有报道过的新物相，利用粉末衍射数据的指标化技术通常也是可以确定其晶格参数的，而化学分析技术，尤其是电子探针等微区化学分析工具则有可能可以确定其化学组成。