粉末 XRD 物相鉴定：制样、校准与整谱核查
从研究问题与采样代表性出发，建立能追溯到标样、数据库和原始谱的物相鉴定流程。
- 原始与校正后的衍射谱
- 候选相及数据库条目
- 未解释峰清单
- 检出能力与解释边界
专题 03 · 表征技术
从一束光，
读懂材料结构。
同步辐射让我们看见什么？衍射峰又如何成为证据？从光源、晶格到原位实验，沿着一条可复核的路径学习。
面向材料科学学习与实验研究 · 公式附假设与单位 · 来源核对 2026-09-15
STUDY COLLECTION03
同步辐射与 X 射线衍射
- 知识文章
- 12
- 实验方法
- 4
- 精选论文
- 10
先分清光源与方法
同步辐射提供光，
衍射揭示结构。
同样的 Bragg 条件，可以在实验室或同步辐射束线上研究。选择哪种实验，取决于你要分辨的结构、位置与时间。
- 01光源
电子经磁场偏转，发出同步辐射。
- 02光学元件
选择能量、限定束斑与发散。
- 03样品
结构、取向与环境影响散射。
- 04探测与分析
记录计数，经过校准与模型解释。
概念流程，省略了真空、联锁与其他束线设备。原理参考 IUCr 晶体学词典 ↗ 与 ESRF 光源介绍 ↗。
动手理解 · Bragg 几何
同一个晶面，换能量会怎样？
- 波长 λ
- 0.61992 Å
- 衍射角 2θ
- 17.83 °
- 散射矢量 q
- 3.142 Å⁻¹
λ[Å] ≈ 12.3984 / E[keV]
2d sin θ = λ · q = 2π/d
教学计算，采用 n = 1 与含 2π 的 q 约定。满足几何条件不保证反射强度非零；此处未模拟仪器响应。
四步建立分析能力
从原理走向研究问题
每篇都有完整解释、相关方法与来源。
可顺序阅读，也可从当前问题进入。
光源与衍射原理
分清光源和方法，能在波长、角度与晶面间距之间换算。
3 篇文章从样品到数据
选择几何与束线，保存校准、二维图和可重放的处理记录。
3 篇文章从拟合到解释
判断相含量、展宽与应力结论是否受到数据支持。
3 篇文章走进同步辐射研究
理解原位、总散射与三维晶粒成像，能带着问题阅读论文。
3 篇文章带到实验台
把问题变成操作步骤
从制样、校准到数据验收，
每一步都对应需要保留的证据。
同步辐射衍射实验：束线准备、二维积分与原位时序
把束线能力与研究假设对应起来，完成标定、二维采集、环境对照和可重放的数据处理。
- 束线与采样配置
- 标定、掩膜和二维原图
- 一维或分扇区衍射序列
- 结构与运行量的时间对应
Rietveld 全谱精修：模型核验与多相定量
以可信结构与仪器参数建立全谱模型，逐步优化并报告差谱、约束、相关性和相分数边界。
- 观测／计算／差谱图
- 结构与峰形参数
- 模型内晶态相含量
- 精修工程与不确定度说明
XRD 残余应力：对中、方向采样与参考态核查
以多方向晶格间距和衍射弹性常数计算适用模型下的应力，明确表层、相与深度范围。
- 各 φ／ψ 方向的峰位与 d
- 应变或 sin²ψ 关系
- 指定相和方向的应力
- d₀、弹性常数与不确定度记录
让一条曲线可以追溯到一次实验
记录光源、样品、标定、处理、模型和不确定度，保留观测与解释的区别。
经典方法与近年研究
带着问题读专业论文
以下为编辑精选，按学习主题组织。题名、作者、年份与 DOI 已核对期刊或研究机构记录；正文访问权限以出版方为准。
- 01
全谱精修的原始方法 · 1969
A profile refinement method for nuclear and magnetic structures
H. M. Rietveld · Journal of Applied Crystallography 2, 65–71
阅读重点：从逐点强度最小二乘理解全谱拟合；原文研究中子粉末衍射，方法后来广泛用于 XRD。
方法奠基论文；不能把精修当作自动发现未知结构的程序。
DOI: 10.1107/S0021889869006558 - 02
IUCr 粉末衍射委员会精修指南 · 1999
Rietveld refinement guidelines
L. B. McCusker, R. B. Von Dreele, D. E. Cox, D. Louër & P. Scardi · Journal of Applied Crystallography 32, 36–50
阅读重点：先读数据采集、参数相关性和 R 值解释；把差谱与结构合理性一起检查。
同行评议的方法指南，不是强制性检测标准。
DOI: 10.1107/S0021889898009856 - 03
相干畴尺寸与峰宽定义 · 1978
Scherrer after sixty years: A survey and some new results in the determination of crystallite size
J. I. Langford & A. J. C. Wilson · Journal of Applied Crystallography 11, 102–113
阅读重点：关注形状因子、尺寸分布和峰宽定义，避免把一个经验 K 值用于所有样品。
晶粒、颗粒与相干衍射畴必须分别定义。
DOI: 10.1107/S0021889878012844 - 04
晶体学分析软件与数据流程 · 2013
GSAS-II: the genesis of a modern open-source all purpose crystallography software package
B. H. Toby & R. B. Von Dreele · Journal of Applied Crystallography 46, 544–549
阅读重点：了解积分、索引与精修之间的关系；实际使用时另记软件版本与工程文件。
软件论文说明方法来源，软件输出仍需人工核查。
DOI: 10.1107/S0021889813003531 - 05
二维探测器标定与方位积分 · 2015
The fast azimuthal integration Python library: pyFAI
G. Ashiotis 等 · Journal of Applied Crystallography 48, 510–519
阅读重点：追踪像素如何映射到散射角，记录几何、掩膜及归一化，而不只导出一条曲线。
积分会折叠方位信息；有织构或载荷方向时应保留分扇区结果。
DOI: 10.1107/S1600576715004306 - 06
从总散射到原子对分布函数 · 2013
PDFgetX3: a rapid and highly automatable program for processing powder diffraction data into total scattering pair distribution functions
P. Juhás, T. Davis, C. L. Farrow & S. J. L. Billinge · Journal of Applied Crystallography 46, 560–566
阅读重点：理解结构信号与缓变背景的区分，保存 Q 范围和数据处理参数。
这里的 PDF 是 pair distribution function，与 ICDD Powder Diffraction File 不同。
DOI: 10.1107/S0021889813005190 - 07
三维晶粒衍射衬度成像 · 2008
X-ray diffraction contrast tomography: a novel technique for three-dimensional grain mapping of polycrystals. I. Direct beam case
W. Ludwig, S. Schmidt, E. M. Lauridsen & H. F. Poulsen · Journal of Applied Crystallography 41, 302–309
阅读重点：比较吸收衬度与满足衍射条件造成的衬度，理解取向信息为何需要旋转采集。
DCT 与常规吸收 XCT 的测量对象和重建假设不同。
DOI: 10.1107/S0021889808001684 - 08
增材制造的原位成像与衍射 · 2017
Real-time monitoring of laser powder bed fusion process using high-speed X-ray imaging and diffraction
C. Zhao 等 · Scientific Reports 7, 3602
阅读重点：分别看熔池形貌和衍射结构证据，核对曝光、时序与激光加工条件。
特定装置与材料的研究案例，不是通用工艺窗口或验收阈值。
DOI: 10.1038/s41598-017-03761-2 - 09
LaB₆ 标准物质与仪器线形 · 2020
Certification of Standard Reference Material 660c for powder diffraction
D. R. Black 等 · Powder Diffraction 35(1)
阅读重点：把晶格参数认证、温度与不确定度联系起来，区分标样证书和实际仪器响应。
配合 NIST 660c 证书阅读；不能把标样的晶格常数不确定度当成整次实验的不确定度。
DOI: 10.1017/S0885715620000068 - 10
原位 PDF 的重复性与参数敏感性 · 2025
Reliability of pair distribution function analysis in in situ experiments
R. B. Stubkjær 等 · Journal of Applied Crystallography 58, 495–503
阅读重点：以 ZrO₂ 纳米颗粒合成为例，检查处理参数变化是否改变最终化学解释。
近年方法研究；比较不同实验时需要一致且合理的数据处理条件。
DOI: 10.1107/S1600576725001694
让结果有依据
标准、校准与数据规范
方法标准规定怎样测，标样用于校准。
数据库与数据格式另有各自用途。
| 资料 | 用途 | 适用边界 | 版本记录 |
|---|---|---|---|
| ASTM E915-21 ↗仪器核查规范 | 用于残余应力 XRD 仪器的对中核查。 | 关注几何系统误差；不是物相鉴定或任意衍射实验的通用合格标准。 | 官网标为 Active；核对版本 E915-21 |
| ASTM E1426-14(2024) ↗试验方法 | 实验测定残余应力分析所需的 X 射线弹性常数。 | 对应材料、hkl 和弹性加载条件；宏观拉伸弹性模量不能不加说明地直接代替。 | 官网标为 Active；2024 年重新确认 |
| ASTM E975-22 ↗试验方法 | 近随机晶体学取向钢中残余奥氏体的 XRD 测定。 | 公开范围包括 Cr Kα 或 Mo Kα、体积分数 1% 及以上；强织构、峰重叠和高合金成分需要另核适用性。 | 官网标为 Active；核对版本 E975-22 |
| BS EN 15305:2008 ↗残余应力方法标准 | 无损检测中以 X 射线衍射分析残余应力的方法。 | 以 BSI 官方版本入口为准；实际测量应取得采用版本正文并核对适用条件。 | 已核对 BSI 2008 版本入口；采购时复核修订状态 |
| NIST SRM 660c · LaB₆ ↗有证标准物质 | 粉末衍射峰位、峰形与仪器展宽的校准参考。 | 使用所持批次证书，记录温度、存储和制样条件；它是实物校准参考，不是检测方法标准。 | NIST 官方证书；有效性以证书及保存条件为准 |
| NIST SRM 640f · Si ↗有证标准物质 | 硅粉末的衍射峰位与峰形校准参考。 | 此链接为归档批次证书，供已有 640f 标样追溯；不表示该批次仍可购买或是最新批次。 | 归档证书；匹配实际标样批次使用 |
核对日期 2026-09-15。本站提供公开范围导读和官方入口，不复制受版权保护的标准正文；开展检测前核对采用版本及完整条款。归档标样证书不表示当前供货状态。
IUCr 晶体学词典：Bragg’s law ↗Bragg 条件、θ 定义、衍射级次和系统消光的基础入口。ESRF：同步辐射光源介绍 ↗光源与多尺度研究的机构教学资料；具体实验能力须查目标束线。ESRF ID22：高分辨粉末衍射技术说明 ↗比较高分辨粉末衍射的束线几何与样品平均要求。IUCr：CIF 晶体学信息框架 ↗数据交换规范；CIF 文件存在并不意味着结构已经验证。IUCr：晶体学数据库目录 ↗COD、ICSD 等数据库的官方学术导航，下载时记录条目和原始论文。ICDD：Powder Diffraction File 数据库说明 ↗商业衍射数据库入口，使用相应授权；与原子对分布函数 PDF 区分。
停下来想一想
这些衍射结论，成立吗？
先独立判断，再展开解析。
01λ = 1.5406 Å、峰位 2θ = 60°，一级衍射的 d 是多少？＋
θ = 30°，d = λ/(2 sin θ) = 1.5406 Å。把 60° 直接代入 sin θ 会算错；这里把衍射级次并入 hkl，采用 n = 1。
回到对应文章 →02峰变宽后，能直接写成“颗粒变小”吗？＋
不能。先检查仪器响应、微应变、重叠与缺陷。尺寸展宽对应相干衍射畴，颗粒可以包含多个畴；需结合显微证据。
回到对应文章 →03Rwp 更低的精修，一定更真实吗？＋
不一定。背景、权重、参数数目和数据区间都会影响 Rwp。需要同时检查差谱、漏相、参数相关性、化学合理性和独立数据。
回到对应文章 →04加热后峰移向低角度，能证明拉应力增大吗？＋
不能。热膨胀、成分变化和几何漂移都可能改变峰位；先选匹配温度与成分的无应力 d₀，并测多个方向，才可讨论应力。
回到对应文章 →05只有窄角范围的普通 XRD 曲线，能直接得到可靠的 PDF 吗？＋
通常不够。PDF 需要足够的 Q 范围、可靠的背景与散射校正。有限 Qmax 会限制实空间分辨率并带来截断波纹，不能只把曲线做一次傅里叶变换就解释局域结构。
回到对应文章 →继续把结构证据与失效机制联系起来。
学习疲劳断裂与断口分析 →