X 光繞射與結構解析

物相鑑定(phase identification)

每一個結晶物相都有自己獨一無二的一組峰位與相對強度——一枚如人類指紋般獨特的繞射指紋。物相鑑定就是那件日常工作:拿一份未知粉末,記錄它的圖樣,再把這枚指紋和已知者的資料庫比對,找出裡面有哪些結晶物質。這是 X 光繞射最常見的單一用途。

其機制是「搜尋與比對」。你量出圖樣,接著程式把它的峰位(d 值)與相對高度,拿去和參考資料庫比對——ICDD 粉末繞射檔(Powder Diffraction File)收錄了數十萬個已知物相。令人信服的比對需要 d 值與強度排序「都」對上,而非只對一個。若樣品是混合物,它的圖樣就只是各物相圖樣的疊加,軟體便一枚指紋接一枚地把各成分剝開。

這不只告訴你元素,還告訴你實際的化合物,尤其是你手上是哪一種同素異形——方解石與霰石都是碳酸鈣 CaCO3,化學相同卻結構不同,因此圖樣完全不一樣。再配上峰面積,此法就成為定量物相分析(各佔多少)。兩個誠實的極限:X 光繞射只看得到結晶物相,所以非晶或玻璃態成分只呈現為一片寬鼓包,很容易被忽略;而含量低於約百分之一到百分之五的微量相,可能產生弱到根本看不出來的峰。

面對一份未知白粉,搜尋比對回傳方解石(CaCO3)的完美命中——它在 2-theta = 29.4 度的 (104) 峰,加上整組排序好的較弱譜線,都與資料庫條目相符,排除了霰石這個同素異形。

化學相同、結構不同:在化學分析辦不到之處,XRD 分得出方解石與霰石。

XRD 鑑定的是結晶物相,不是元素——而且它看不見非晶成分(只是一片寬鼓包),也看不見含量低於約百分之一到百分之五的微量相。

又称
phase IDsearch-matchphase analysis物相分析