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XRD从原始数据到图

前言:

XRD是非常常用的表征手段,前面我们主要从它的用途,具体原理以及实际操作等几个方面进行了分享。今天我们将整个过程串起来,给大家一个直观的认识,看看XRD如何一步一步从样品到最后文章中的图。

有朋友提出让我们分享下XRD的结构精修,这个建议非常好,不过确实需要一定的时间。说实话,对于很多东西,我们确实也不是特别懂。XRD结构精修是我一直想要学习的知识,我争取早点学会,然后能够将它分享给大家。如果有会的朋友能够帮我们完成这个工作,那肯定是极好的,小编会幸福得笑晕在实验室的!

大家应该大致了解如何通过多晶衍射仪得到XRD原始数据(包括raw和txt两个文件)。今天就接着从这里开始分享,看看如何从这两个原始文件最后变成可用于文章的图。

1.    基于Jade的物相鉴定方法

简单的利用Jade进行物相分析的方法,我们在第二期已经分享过了,今天咱们更进一步,看看XRD如何分析复杂的物相,顺便对Jade进行较为全面的介绍。

Step 1. 采用jade来读取raw文件:如下图所示

打开Jade软件,File–>Read,在弹出来的窗口中找到目标文件所在文件夹,点击选取目标文件(raw文件),然后打开。XRD从原始数据到图
友情提示:如果觉得看不清楚,可以点击图片,然后就可以方便的放大查看了。

打开之后,得到下图所示界面:XRD从原始数据到图

Step 2: 物相检索匹配(search/match)

注:在有些教程中,也有说采用Jade自带扣背景功能先扣除背景和删除杂峰的。这里,小编不推荐,因为采用原始数据进行S/M得到的信息是最多的(请读者根据实际情况进行斟酌)

采用Jade的S/M功能大致可以分三步走:

A. 无条件自动检索,具体操作如下图所示。XRD从原始数据到图

点击Jade软件菜单中Identify–>Search/Match setup, 在弹出来的对话框中, 勾选上subfiles to search中需要的数据库(一般至少选中Inorganic, Minerals, ICSD patterns以及ICSD minerals这四个,其他的根据实际情况增加)

无条件自动检索中,不要勾选use Chemistry,直接点击OK就行。

此时将会得到下图所示界面:XRD从原始数据到图
自动匹配后,主要的物相往往能够识别出来,以上图为例,主要的物相为ZnO(识别结果中第一个即是,FOM值最小表面匹配度最好,从谱图匹配的情况也可以看出对应得很好)。但是,红色框中的几个峰并不能和ZnO吻合,表面含有其他物质,不是单一组成。

怎么办呢?

B. 这就要用到第二种检索方法,单峰检索(或者特定峰检索)

具体操作为:利用下图所示“积分”工具,在想要检索的峰下拉取基线。可以单选一个峰,也可以选多个峰(一般进行单峰检索)。选中该峰之后,再次点击Search and Match,让其自动检索。XRD从原始数据到图

自动检索的结果,如下图所示:XRD从原始数据到图 自动检索的结果中,FOM值最小(匹配度最好的)的为Ag,但实际上我们这里真实的组成是Au。这也是给大家提个醒,不要迷信FOM值以及自动匹配,Jade不是万能的,不能够区分很细小的差别。实际上Au和Ag在同一族,都是FCC结构,只是原子大小的差异,因此XRD衍射峰非常类似,差异性极小。

在完全不知道组成的情况下只通过Jade来断定物质的组成是武断的,一定要跟其他表征结果结合起来。

当然,实际上,更多的情况下,我们往往知道样品中含有哪些元素,为了更加准确地得到物相信息,Jade里面有一个非常有用的功能,就是限制元素组成,这是jade物相检索的第三种方法——C. 限定条件的检索。

这里依旧以刚才的Au那个峰为例,如果限制元素会得到怎样的结果呢?

如何限定条件?还是刚才的Identify–>Search/Match setup,在弹出来的框中,不是有个Use Chemistry吗?把它勾上就是限定条件了,那么限定的条件是什么呢?点击Chemistry,在弹出的元素周期表中,点选上你想要的元素(绿色为一定含该元素,灰色为不含该元素,蓝色为可能含有该元素。大家可以根据实际情况,灵活选用)XRD从原始数据到图

这里,由于我们确定里面含有Au,想要确定Au的峰,因此点击两次Au元素将其变成绿色,然后点击OK。匹配结果如下:XRD从原始数据到图 我们可以看到,图中的几个峰与Au完全能够匹配上,因此确定了整个物质的组成为ZnO+Au。

当然,这里只是举个比较简单的例子,在实际情况中可能有些情况会比较复杂。但是基本上,利用jade来进行物相分析的方法就是以上三种,大家在实际操作中要灵活使用,特别是单峰检索以及限定条件检索。(如果大家遇到问题,可以在QQ群里面求助,相信群里面有很多大牛能够解答大家的问题)

在完成检索之后,大家还会用到的一个功能是,如何提取表征卡片的信息?XRD从原始数据到图双击Search and Match结果中所匹配上的PDF卡片,会弹出一个宽口,窗口中reference栏中标记出了相应的参考文献,点群等信息;而点击line就可以得到标准卡片的信息值,包括2 theta, d值, hkl等,如上图所示。而点击export可以导出这个数据表。(主要看大家的实际需求)

以上为整个XRD的分析过程,希望能够让大家明白整个过程是怎么回事。

2.    基于origin的XRD数据作图

Origin作图我们前面已经分享很多了,本来不需要多说,但是为了让整个过程更加完整,这里补充一点内容,着重强调图中的一些注意点。

A. 数据导入(基于txt文件)以及做线性图是origin中最基本的,前面已经分享了,这里不多说。XRD从原始数据到图

B. XRD谱图格式

XRD定性分析中,纵坐标衍射峰强度的数值不是特别重要,在谱图中可以不显示,相应地其纵坐标为Intensity (a.u.),请注意Intensity和(a.u.)之间需要有空格。而横坐标是非常重要的,要显示数值且选择的间距要合适,横坐标为2 theta (degree).

origin如何优化谱图可以参见:图形美化之一。重点是:谱线与坐标轴线条大小(一般为3,显示四个边框,除底边外,其他轴均不含刻度),横纵坐标字体大小(一般为28, Arial, 粗体),谱线类型为B-spline。此外,要合理调整谱图显示范围。具体如下图所示:XRD从原始数据到图

C. XRD谱图中其他附加信息

有些情况下,人们为了让大家更加清晰样品的物相结构,会对样品的晶型结构进行标注(有些情况下,大家会直接将hkl值标记在峰上,这个视具体情况而定)。大家可以采用导出的PDF卡片,通过图层的形式做到谱图下面(直接显示标准卡片的XRD谱图或者采用竖线显示特征峰位置)。简单一点的,也可以直接采用符号(符号大小可以统一为12)标记出各个峰的归属(请根据标准卡片所示的2 theta值等进行标定),如下图所示:XRD从原始数据到图备注:以上所用字体大小等为我常用的设置,供大家参考。鉴于我们已经对origin进行了系统分享,这里不再赘述如何实现上面的标注以及如何通过图层将标准卡片做到谱图中。如有疑问,请留言,或者加群讨论,相信有很多大牛可以给出很好地解决方案。

至此,XRD数据采集,分析以及数据处理就完成了。而针对XRD的其他一些用途,包括结构精修等我们会推迟一点进行分享。而考虑到很多朋友希望分享XPS相关内容,我们下周同一时间会对XPS进行分享,敬请期待。

 

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