辅助进行物相鉴定
注此处所说的“辅助”用于物相鉴定之所以为“辅助”,是因为物相鉴定工作相当繁杂,技术含量较高。鉴定之难,源于如下:
(1)微观层面的物相太小,如果用打能谱分析元素的办法,很可能打到的区域会有偏离或区域偏大,能谱的结果不够准确。
(2)物相太小又无法做XRD。
(3)通过形貌观查判断,这个太主观,而且经验要求极高,不从事个十来年的研究很难做出准确的推断。
因此物相鉴定十分困难,无法依靠上述手段中的某一种来给出令人信服的论证,因此采用多种方法来协助联合论证以增强说服力成为必然,TEM便是其中的一个重要方法。
但是TEM也不能作为鉴定物相一招制敌的法宝,因为标定过程中会引入多种误差(拍摄系统误差,测量误差,计算误差),没法百分百保证标定的精度,所以结果也就是在误差范围内参考。
因此物相鉴定十分困难,无法依靠上述手段中的某一种来给出令人信服的论证,因此采用多种方法来协助联合论证以增强说服力成为必然,TEM便是其中的一个重要方法。
怎样标定
这是一个大问题,可以先从宏观上对这个问题进行把握。
打个简单比喻,民警想寻找犯罪嫌疑人的身份,发现犯罪现场有作案者小拇指指纹存在,为了查清楚这个人的情况,必须把这个小拇指指纹从公安局数据库里拿出来匹配,一旦这小拇指和其中一男子小拇指指纹配对成功,就极有可能是此人实施犯罪。
衍射斑点校准过程同上,同样使用物相遗留衍射斑点获取晶面数据然后和标准物相库比对,物相库中若存在较一致的晶面数据则极有可能为该物相。
![01.jpg 01.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162108xuaootfggz1sdodo.jpg)
标定三步法
在搞清楚上面我们提到的两个问题后,接下来的工作就可以简单的归结为3个步骤:
1、计算晶面数据;
2、得到物相的晶面间距数据库;
3、开始比对。
计算晶面数据
第一步是很容易的,但是我们仍然需要对晶面间距的计算方法进行详细解释。如今我们手里只剩下一个衍射斑点图了,图中还有一些圆点,它们就是晶体中的倒易点。另外还有标尺,标尺的单位是1/nm(1/nm在倒空间中为一个长度单位)。
这样说可能有点生涩,形象点说,每个人在阳光下一站就会有影子,这个人就好比是晶体本身,而影子就好比是倒易点阵。人是立体的,人的影子是平面的。
同理,晶体具有立体性,所映射出的倒易点阵,我们只能在平面上观察到。影子体现了人物轮廓,测量影子长度及影子与人物比例尺可得人物真实身高。同样倒易点阵也体现了晶体中晶面间距的大小,测量倒易点阵的间距然后借助于标尺可以获得真实晶体中晶面的间距。
![02.jpg 02.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162109s67822m86482otxp.jpg)
由衍射斑点计算晶面间距d有这么一个公式:
![03.jpg 03.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162110zhnkmf8lhkd9i89d.jpg)
l1、l0的长度是下面图中量出的实际长度,不管你是用米尺还是游标卡尺测量,只要l1、l0的单位一致就可以了,而“标尺”就是图中的51/nm。图片可以等比例放大测量,并不影响结果。由此计算出的晶面间距d的单位就是nm。
![04.jpg 04.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162110xp0xphkz0h019pro.jpg)
一般情况下,我们不仅要计算单个晶面间距还需要计算与平行四边形相对应晶面数据信息。其中包括与两侧面和一对角线相对应的晶面间距和各侧面之间夹角与正空间晶面夹角相对应。这些资料放在一起,就等于指纹资料。为便于表示,我们将平行四边形中的每条边都用矢量R1,R2和R3表示。
![05.jpg 05.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162111in22nv33jtnu92y2.jpg)
由尺子我们可以测量l1、l2、l3、l4的长度,由量角器我们可以测量各边对应的夹角。由此我们可以得到这样六个数值:
![06.jpg 06.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162112wv2r4queevudqpwp.jpg)
获取物相数据库
现在我们终于进行到第二步了。我们先以Al为例来说明如何获得晶面数据库。
通过查找PDF中Al的点阵参数,我们得到Al是面心立方晶体,6个点阵参数是a=0.4049nm,b=0.4049nm,c=0.4049nm,α=90°,β=90°,γ=90°。所有Al的晶面数据库都是通过这6个参数计算得到的,即晶面指数所对应(h,k,l)的晶面间距。
因为大多数是低指数的衍射斑点,所以-5≤h≤5、-5≤k≤5、-5≤l≤5,且通常取整数。这个数据库是不是瞬间变得非常大了,也就是(h,k,l)组合有11×11×11=1331种。莫要慌,这次你还得静下心来慢慢计算。立方晶系的晶面间距计算公式为:
![07.jpg 07.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162112jlnyhi1g4dg1yi3g.jpg)
通常计算出来的结果会是:
![08.jpg 08.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162113d51l111n7877ulud.jpg)
数据库共有1331条。接着,留意有接着,重新算出每个两晶面间的角度。立方晶系夹角公式是:
![09.jpg 09.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162114iq1bzjuzbnieg5mk.jpg)
这有多少个组合呢?相信大家都学过排列组合,两两组合是C21331= 8851115,现在这个数据库有多大了看明白了吧。
![010.jpg 010.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162114jnk8q77q7clocpzq.jpg)
比对数据库
将我们之前计算的d1、d2、d3,、、拿到数据库中比对,如果误差较小就挑选出来,挑出来晶面指数还要满足另外一个条件,就是R3=R1+R2,矢量的加法法则。如果能够从数据库里面找到这样的晶面指数满足了以上所有条件,那么恭喜你,你已经可以标定你的衍射斑点图了。
![011.jpg 011.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162115kyvmxmyquiu30yu3.jpg)
![012.jpg 012.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162116ubsw6y65776bsu77.jpg)
标定虽然是好不容易才做出来的,但你肯定感觉挺不容易的,计算量也是万没想到的。然而校准的原则是这一过程,现实中我们总是会在校准过程中利用现有数据对部分计算进行精简。
PDF卡片中已列出一些晶面指数所对应晶面间距,相当于小型数据库。你计算出的d值找进去会不错,幸运的是有可能会发现d值附近的指标。
此后,将你挑选出来的指数代入公式进行晶面夹角计算(文末附有所有类型的晶体的晶面间距公式和晶面夹角公式)。
下一步是依据夹角条件与矢量加法条件,重新甄别。从而还完成衍射斑点校准过程。计算量减少很多,但工作量仍然很多!
综上所述,衍射斑点的校准过程是这三步,1由照片计算晶面数据,2找出对应数据库,3比较,将合格指数校准到照片中。
在标定过程中会用到很多晶体学公式,我们列举如下:
![013.jpg 013.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162117r3kr95nnbz68eexi.jpg)
![014.jpg 014.jpg](data/attachment/forum/202309/08/162118rphw8td7w0rpphn0.jpg)