一、物相分析

根据晶体对X射线的衍射特征－衍射线的位置、强度及数量来鉴定结晶物质之物相的方法，就是X射线物相分析法。一张衍射图谱上衍射线的位置(方向)仅和原子排列周期性有关；衍射线的强度则取决于原子种类、含量、相对位置等性质；衍射线的位置和强度就完整地反映了晶体结构的二个特征，从而成为辨别物相的依据。

1、定性分析方法

(1)图谱直接对比法：直接比较待测样品和已知物相的谱图，该法可直观简单的对物相进行鉴定，但相互比较的谱图应在相同的实验条件下获取，该法比较适合于常见相及可推测相的分析。

(2)数据对比法：将实测数据(2θ、d、I/I1)与标准衍射数据比较，可对物相进行鉴定。

(3)计算机自动检索鉴定法：建立标准物相衍射数据的数据库(PDF卡片)，将样品的实测数据输入计算机，由计算机按相应的程序进行检索，但这种方法还在不断地完善。

2、定量分析方法

每种物相的衍射线强度随其相含量的增加而提高，由强度值的计算可确定物相的含量。定量分析可用来确定混合物中某一化合物的含量。

对于多相样品，当通过定性相分析确定了样品中所存在的物相后，就需要更深入的了解各相的相对百分含量。目前定量方法有：外标法、内标法、标准加入法、RIR值法，其中RIR值法最为简单方便。

RIR法定量是利用各种纯物质与α三氧化二铝按照重量比1:1混合，测试二者强度的比值K，制作成一个数据库，在日常多组分混合物定量分析时，将K值引入利用计算机拟合计算各物相组分含量。

需要说明的是此定量结果为半定量，当然在具体样品分析时，可以将ICP-OES、碳硫氧氮等元素分析方法结合起来，提高定量准确性。若样品又含有有机物，也可将FTIR、TGA、GC-MS结合起来进行定量分析。

测试样品：未知化合物成分分析、某化合物中不同物相定量分析（如二氧化钛中的锐钛矿物相和金红石物相含量）、辅助失效分析、辅助矿物分析、辅助高分子材料定量分析。

二、精密测定点阵参数

点阵常数是晶体物质的基本结构参数。点阵常数的测定是通过X射线衍射线的位置（θ）的测定而获得的。

确定点阵参数的主要方法是多晶X射线衍射法。

X射线衍射法测定点阵参数是利用精确测得的晶体衍射线峰位2θ角数据，然后根据布拉格定律和点阵参数与晶面间距d值之间的关系式计算点阵参数的值。

点阵参数精确测定的应用：可用于研究物质的热膨胀系数、固溶体类型及含量、固相溶解度曲线、宏观应力、化学热处理层的分析、过饱和固溶体分解过程等。

三、宏观应力的测定

宏观应力的存在使部件内部的晶面间距发生改变,所以可以借助X射线衍射方法来测定材料部件中的应力。

按照布拉格定律可知：在一定波长辐射发生衍射的条件下，晶面间距的变化导致衍射角的变化，测定衍射角的变化即可算出宏观应变，因而可进一步计算得到应力大小。

X射线衍射法来测定试样中宏观应力的优点:

(1)可以测量试样上小面积和极薄层内的宏观应力,如果与剥层方法相结合,还可测量宏观应力在不同深度上的梯度变化;

(2)不用破坏试样即可测量;           

(3)测量结果可靠性高；

四、晶粒尺寸大小的测定

材料中晶粒尺寸小于10nm时，将导致多晶衍射实验的衍射峰显著增宽。故根据衍射峰的增宽可以测定其晶粒尺寸。

在不考虑晶体点阵畸变的影响条件下，无应力微晶尺寸可以由谢乐(Scherrer)公式计算 ：

D：晶粒尺寸（nm）

q ：衍射角

b ：衍射峰的半高宽，在计算的过程中，需转化为弧度（rad）

l ：单色入射X射线波长

K ：为Scherrer常数

当B为峰的半高宽时 k=0.89

当B为峰的积分宽度时 k=0.94

五、取向分析

测定单晶取向和多晶的结构（择优取向）。测定硅钢片的取向就是一例。另外，为研究金属的范性形变过程，如孪生、滑移、滑移面的转动等，也与取向的测定有关。

择优取向度F参数的计算：

以计算一般的晶面如(hk1)的F因子为例，需计算出与该晶面方向平行的所有晶面的强度之和。

六、结晶度的测定

结晶性高聚物中晶体部分所占的百分比叫做结晶度。是一种重要的工艺指标。低分子晶体，由于完全结晶，没有结晶度问题。高分子晶体，由于长的链状结构不易完全整规排列，往往导致非完全结晶。

两态分明体系的衍射图由两部分简单叠加而成。一部分是晶态产生的衍射峰，另一部分非晶态产生的弥散隆峰。理论上推导得出如下质量的结晶度公式：

通过软件计算的结晶度为相对结晶度，主要是针对晶态和非晶态差别明显的衍射图进行分析。常见四种结晶状态的XRD图谱：

（a）结晶完整的晶体，晶粒较大，内部原子的排列比较规则，衍射谱线强、尖锐且对称；（b）非晶样品没有衍射峰；

（b）结晶不完整的晶体，由于晶粒过于细小，晶体中有缺陷而使衍射峰形宽阔而弥散；

（d）结晶度越差，衍射能力越弱，峰形越宽。

七、XRD其他方面的应用

*对晶体结构不完整性的研究

包括对层错、位错、原子静态或动态地偏离平衡位置，短程有序，原子偏聚等方面的研究。

*结构分析

对新发现的合金相进行测定，确定点阵类型、点阵参数、对称性、原子位置等晶体学数据。

*液态金属和非晶态金属

研究非晶态、液态金属结构，如测定近程序参量、配位数等。

*合金相变

包括脱溶、有序无序转变、母相新相的晶体学关系等。

*特殊状态下的分析

在高温、低温和瞬时的动态分析。

*此外，小角度散射用于研究电子浓度不均匀区的形状和大小；X射线形貌术用于研究近完整晶体中的缺陷如位错线等。

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金相显微镜主要是通过对组织形貌的检查来分析钢材的组织与其化学成分的关系；可以确定各类钢材通过不一样的加工和热处理后的显微组织；以此来判断钢材的质量的好坏，如各类型的钢材夹杂物——氧化物、硫化物等在组织中的分布情况和数量以及金属晶粒度的大小等。

钢材组织及相的研究

浸蚀处理后的检测样品，可以利用金相显微镜观测到钢材的亚显微组织情况。大多数情况下，晶界处被漫反射所以不能进入物镜，因而晶界大多数情况呈现为黑色。被晶界分割的即为钢材的组织结构，可以依靠检测结果对钢材进行定性分析，包括：材料的组织形貌、晶粒大小、非金属杂质——氧化物、硫化物等在组织中的含量和分布情况；材料的组织结构与其化学成分之间的关系；可以确定各类材料经不同加工工艺处理后的显微组织；可以判别材料质量的优劣等。可锻铸铁为退火态，石墨是黑色团絮状组织，类似棉絮，外形较为规则。没有进行浸蚀，基体显示为白色。检测样品是白口铸铁生坯。通过退火的固态石墨化处理，使一次、二次、三次渗碳体经过充分的石墨化而得。在金相显微镜下石墨是黑色片状组织，因为没有对其进行浸蚀，故基本未显示，呈白色，石墨主要以单独的片状散布在基体上，主要是分开的，相互间不发生关联。片状石墨长度不尽相同，其性能也具有差异。

钢材杂质的分析

采用金相显微镜对杂质分析大多是是定量分析，采用明视场来对杂质的的颜色、形态、大小和分布进行观察；采用暗视场来对杂质的固有色彩与透明度进行观察；利用偏振光正交下的各种光学性质对杂质进行观察,进而对杂质的类型进行判断。大多数情况下硅酸盐单独呈现的是孤粒形状分布, 氧化铝、氧化亚铁和氢氧化氧锰等氧化物聚集成群呈现串状分布,而硫化亚铁及硫化亚铁·氧化亚铁则是沿晶界分布。

偏光显微镜的相差分析

在钢材组织中,有时会碰到反射光的性能相同或者相近,表面高低只有很小的组织。两种组织表明当入射光波射到其上经过反射后, 这两种的振幅基本相同,但其周相差。这种振幅相同但是周相差的反射光，肉眼是很难分辨。解决方法就是采用环形光光阑和相板,利用透过光线体现或滞后 1/4 的波长,从而产生正或者负的相差，就是将周相差的光转变为强度差的光，进而提高辨别能力。

传统的检测领域包括废料分拣与回收、合金材料成分辨别、贵金属、RoHS合规筛查、地球化学和矿业勘探、科研教育等。

其中的废料分拣和合金辨别利用的就是不同材料的X射线荧光光谱不同，同时设备能够自动进行数据匹配，以找到与该检测对象Z为匹配的材料型号。

而对于贵金属检测，可以得到贵金属的纯度级别

在合规与保障消费者安全的宗旨下，XRF技术可以迅速筛查出消费产品中的铅、镉、砷、汞、铬以及其它有毒金属，并做出正/负或通过/失败的判定结果。

勘探和环境评估中，XRF技术同样发挥着重要的作用，通过分析土壤中的重金属元素，可以得知整个区域的矿产分布和污染分布。

  XRF技术还可应用于管材与棒材的在线质量控制与材料成分的分析。

紫外分析仪应用域：
1、在生物化学、医学中，紫外分析仪可对DNA、RNA电泳凝胶样品进行观察分析，检测蛋白质、核甘酸等。
2、在制药工业中，紫外分析仪可用来检查**生物碱、维生素等能产生萤光的药品品质，特别适宜作薄层分析、纸层分析和检测。
3、在化工、染料工业中，紫外分析仪可辨别不同种类的原油和橡胶制品，测定多种萤光材料、萤光指示剂、添加剂等。
4、在纺织工业中可用在辨别棉花、合成纤维、真丝人造纤维、羊毛等多种原料。
5、在食品工业中可用在检验黄曲meisu、食品添加剂、以及粮食、蔬菜、水果、可可豆脂、糖、蛋等的品质。
6、在GA部门可用在法医鉴定等场合。