馬爾文帕納科強大的XRD數(shù)據(jù)分析軟件Highscore(Plus)可基于兩種通用原理,通過四種不同的方法實現(xiàn)結(jié)晶度分析,用戶可根據(jù)標(biāo)樣情況、樣品特性、依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等不同情況選擇適合自己的結(jié)晶度分析方法。
本文將介紹基于另一種原理——Rietveld全譜擬合的定量計算的兩種分析方法,分別是:內(nèi)標(biāo)法和外標(biāo)法。
我們在上篇中介紹了給予全倒易空間X射線散射守恒原理的兩種計算結(jié)晶度的分析方法。下篇中,我們將講到另一種基本原理:Rietveld全譜擬合的定量計算,并介紹基于這種原理的另外兩種計算結(jié)晶度的分析方法。
通用原理二
Rietveld全譜圖擬合的定量計算方法
在一個可能含有非晶樣品的混合物中,某物相i的含量絕對值可通過儀器常數(shù)K將物相含量計算統(tǒng)一到絕對尺度上的絕對定量方法進行計算,公式為:
Weighti [%] = Scalei * (ZMV)i * μsample / K
其中:
Scalei:混合物中第i種物相的標(biāo)度因子;Z:物相i的每個晶胞中含有的化學(xué)式數(shù);
M: 物相i的相對分子質(zhì)量;
V:物相i的單個晶胞體積。
μsample:樣品的質(zhì)量吸收系數(shù);
K:儀器強度常數(shù),這個常數(shù)只與當(dāng)前的儀器狀態(tài)與測試條件有關(guān)
而常規(guī)的Rieveld全譜圖擬合無標(biāo)定量分析中,定量計算采用不考慮非晶物相的存在,將所有結(jié)晶物相總和歸一化為100%進行計算的相對定量方法,計算公式為:
Weighti [%] = (Scale* ZMV)i /Σp(Scale * ZMV)p
下文中的第三、四種方法(內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法)均是基于Rietveld全譜圖擬合得到各物相的標(biāo)度因子Scalei 并一句上述公式進行定量計算,通過內(nèi)標(biāo)物含量或儀器常數(shù)K得出各結(jié)晶相含量絕對值,最終由100%各結(jié)晶相含量綜合,得到非晶相含量,從而計算結(jié)晶度。
03丨內(nèi)標(biāo)法
內(nèi)標(biāo)法是通過摻入已知量的結(jié)晶度100%的純物質(zhì)內(nèi)標(biāo)樣S,通過Rietveld無標(biāo)定量得各結(jié)晶物相的相對含量,并通過已知的內(nèi)標(biāo)物含量將各結(jié)晶物相相對含量統(tǒng)一到絕對尺度上,得到各結(jié)晶物相的絕對含量,從而計算剩余的非晶物相含量與結(jié)晶度的分析方法。添加的內(nèi)標(biāo)物可以是任何已知結(jié)構(gòu)信息的100%結(jié)晶物質(zhì),不需要與待測樣成分一致。該方法適用于方便混入內(nèi)標(biāo)物的樣品,并且可用于有樣品熒光產(chǎn)生的樣品(如樣品含有大量Fe、Co元素)的分析。
內(nèi)標(biāo)法計算結(jié)晶度原理如下圖(Si內(nèi)標(biāo)添加量為17%):
應(yīng)用示例:
樣品:LFP生產(chǎn)過程中混合料
測試方法:樣品中加入25%硅粉做內(nèi)標(biāo)
分析結(jié)果:
如圖所示,通過內(nèi)標(biāo)法分析過程,得各結(jié)晶物相絕對含量、非晶相含量36.3%與結(jié)晶度63.7%。
04丨外標(biāo)法
外標(biāo)法通過與標(biāo)樣相同的測試條件下測試100%結(jié)晶度的外標(biāo)樣,通過Rietveld擬合計算得到儀器強度常數(shù)K值,并將K值帶入到待測樣的Rietveld擬合模型中得到待測樣各結(jié)晶物相的絕對含量,從而得出待測樣結(jié)晶度的分析方法。
與內(nèi)標(biāo)法類似,外標(biāo)樣同樣可以是任何已知結(jié)構(gòu)信息的100%結(jié)晶物質(zhì),不需要與待測樣成分一致。外標(biāo)法可用于不方便混入內(nèi)標(biāo)物的樣品(如固體樣品或不方便混入內(nèi)標(biāo)的粉末),但是不可用于有明顯樣品熒光產(chǎn)生的樣品(如樣品含有大量Fe、Co元素的情況)。
外標(biāo)法的原理:理論上,對于純晶相物質(zhì)(可能為純物質(zhì)或者混合物)來說,同種配置和測量條件下,測得的儀器強度常數(shù)數(shù)值K是一樣的。通過使用結(jié)晶度100%的外標(biāo)標(biāo)定K,應(yīng)用這個被標(biāo)定的k因子分析待測樣數(shù)據(jù),會使待測樣Rietveld精修所得各結(jié)晶相含量達(dá)到一個絕對尺度,而不再是默認(rèn)的總和100%。這個待測樣結(jié)晶相總含量與100%的差值就是非晶含量。
應(yīng)用示例:
氧化亞硅負(fù)極材料混合物結(jié)晶度的測定
外標(biāo)樣:硅粉,Rietveld擬合后得到其k值標(biāo)定待測樣
待測樣:帶入外標(biāo)k值Rietveld擬合后得到各結(jié)晶物相的絕對含量及非晶含量。
綜上所述,Highscore軟件可進行適用于應(yīng)用不同原理、各種不同樣品情況下的結(jié)晶度分析,用戶可依據(jù)自己的實際情況和分析需求方便地進行結(jié)晶度計算。
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