矿物结构分析(mineral structure analysis)

利用晶体对高能量电磁辐射的衍射效应来研究矿物晶体结构(如晶体的晶胞参数、空间群、各原子在晶胞中位置等)的工艺矿物学研究技术。矿物的性能由其化学成分和内部结构所决定，研究矿物成分、结构与性能的关系，对于选冶工艺和开发利用矿产资源都具有重要的意义。利用射线研究矿物结构的方法，按入射源和激发过程的不同，可分为X射线衍射法、电子衍射法和中子衍射法等。

X射线衍射法   X射线是一种波长短、能量高的电磁波，它遇到晶体时产生的衍射现象称为衍射，衍射条件服从布拉格方程式：λ=2dsinθ(式中λ为X射线波长，d为面网间距、θ为布拉格角)。对于一定的晶体，面网间距d为一系列定值，当连续改变λ或θ角，就能使许多面网达到最大的衍射强度，满足布拉格衍射条件，获得所需的衍射数据。此法主要用于区别品质与非晶质、晶质矿物所属晶族和对称程度、查定矿石中矿物相和相对含量，并可区分同质异象和类质同象。X射线衍射法分照相法与衍射仪法两种，试样有单晶与多晶(粉末)之分。用于单晶的照相法有旋转晶体法与固定晶体的劳埃法，也称布拉格法；衍射法有单晶四圆衍射法和转靶衍射法。用于多晶的，有粉末照相法和粉末衍射法。

随着新技术的应用和不同用途的要求，开发了多种专用和多功能的新型衍射仪及其组合仪器。如高温、低温和高压微束X射线衍射仪等，可分别进行不同物理条件下的微区(30um)单晶结构分析；差热X射线衍射仪适合于相变及结构变化的综合研究；全自动遥控X射线衍射仪，由于使用电子同步加速器作强辐射源，比封闭式X射线强度增加10000～100000倍；单波道高分辨分析器及半导体检测器(SSD)，分辨能力可达100A。同步加速器技术的应用，进一步拓宽了结构分析的前景，此种衍射仪可以同时一次进行100个样品的结构分析。

电子衍射法   与X射线衍射法一样，电子衍射法的几何原理都遵循布拉格公式，不同的是它忽略了衍射波与入射波之间，以及衍射波之间的相互作用。电子衍射仪结构与透射电子显微镜相似(见“矿物微束分析”)。电子衍射按电子加速电压的不同，分高能(HEED，数万至十万伏)、中能(MEED，数千至数万伏)和低能(LEED，数十至数千伏)3种。按电子散射方式又分透射式和反射(背散射)式电子衍射。由于电子束波长为0．5A，在相同电压下，远较X射线波长短，电子易被空气吸收，穿透样品能力较低。因此电子衍射除了研究晶体结构外，在研究结晶程度差及小于50A微细矿物，尤其在研究矿物表面结构方面，也优于x射线衍射。1960年以来，电子微束分析向多功能方向发展、很多透射电子显微镜、扫描透射电子显微镜、分析电子显微镜和表面分析仪器带电子衍射附件，可进行形貌观察、结构或成分的综合研究。

中子衍射法   中子波长为1～2A，与X射线同一数量级，通过晶体发生布拉格衍射原理也与X射线衍射原理相似。但与X射线和电子束不同的是中子与晶体作用时，同原子序数Z无关；中子具有磁距，能与原子磁距作用产生中子所特有的磁衍射；而且中子衍射还能够区别同一元素中不同的同位素；中子的穿透力强，因此利用中子衍射可以对X射线衍射和电子打射难以分析的结构，如碳、氢等轻元素化合物进行定位分析、同位素分析、磁结构研究，以及高温、低温和高压条件下装置于厚容器的样品结构研究。