D7 Mate 应用案例|同一种白糖,为什么XRD结果差这么多?

2026-05-25 10:44:53 安徽国科仪器科技有限公司



白砂糖是生活中再熟悉不过的甜味来源,咖啡、奶茶、烘焙、炒菜......都离不开它。肉眼看来,一粒粒白砂糖似乎没有什么区别:颜色相同、颗粒相近,仿佛只是甜味"代名词"。


事实上,每一粒白砂糖都是一个微小的晶体集合。在更微观的尺度下,肉眼看到的细小颗粒实则由大量规则排列的结构组成。不同的颗粒状态、堆积方式,甚至晶体的生长状态,都可能存在差异。这些肉眼难以察觉的微观特征,恰好可以被XRD(X-Ray Diffraction)精确表征。


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分析设备及条件


利用 D7 Mate 桌面X射线衍射仪对白砂糖研磨前后的样品进行测试。


仪器配备 1.2 kW Cu 靶光源、自动可调狭缝系统(0.05 mm–6 mm)及一维阵列探测器,以步长 0.02°(2θ)、积分时间 0.2 s、扫描范围 7°–51°为测试条件。在保证测试效率的同时,获得了良好的信噪比与峰形质量。



结果讨论

图1为未经处理白砂糖的XRD测试结果。测试发现其部分衍射峰强度与标准图谱存在明显差异,某些峰位甚至还出现了轻微偏移。从图谱上看,甚至会让人怀疑样品是否发生了变化。但实际上,白砂糖的主要成分并没有改变。

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图1:未研磨的白砂糖衍射图

那么,为什么同一种材料会出现不同的XRD结果?

问题的关键,并不在“糖”本身,而在于制样方式。虽然白砂糖看起来已经是较细的颗粒,但未经处理时,样品内部仍可能存在颗粒堆积不均、表面高低不平以及晶粒方向分布不均匀等情况。在XRD测试过程中,这些细微差异都会直接影响最终数据。

首先,颗粒状态会影响峰强比例。未经研磨的样品中,颗粒比较大,参与衍射的晶粒数量无法达到统计学上的完全随机化,从而导致某些晶面更多的参与衍射,最终造成部分衍射峰异常增强,而另一些峰由于没有足够的参与衍射的晶粒则明显减弱。简单说就是白糖颗粒内部的晶粒方向没有完全随机排列,导致某些方向上的衍射信号被"放大"了。

其次,除了峰强变化外,样品高度同样会影响测试结果。在XRD测试中,X射线默认样品位于固定测试高度。如果样品表面不平整、局部堆积过高,或者压样不均匀,实际测试位置就会发生偏移。这会导致:衍射峰位置(2θ)发生轻微偏移。因此,即使是同一种材料,也可能出现峰位不一致的情况。

当白砂糖经过充分研磨并重新压实后,样品颗粒分布更加均匀,晶粒方向更加随机,样品表面也更加平整。从图2的衍射结果可以看到,经过规范制样后,各特征峰的相对强度分布更加合理,峰位与峰形也更加稳定。与标准PDF卡片进行对比,特征峰位置及峰强比例均具有良好的一致性,能够更准确地反映样品真实的物相信息。

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图2:研磨后的白砂糖衍射图


总结

这说明,前期图谱中出现的差异并不是材料本身发生了变化,而是由样品状态与制样方式带来的影响。




国科 D7 Mate 搭载一维阵列探测器,即使在 1200W 低功率下,也能敏锐捕捉到白糖颗粒因制样方式不同而产生的峰强与峰位变化—让看不见的”操作误差”现出原形。




安徽国科仪器科技有限公司是一家专业从事X射线结构分析设备研发、生产、销售的创新型国家高新技术企业,在小角散射仪(SAXS)、X射线衍射仪(XRD)、高压衍射仪(HPXRD)、桌面X射线吸收精细结构谱仪(XAFS)、原位多外场样品环境、X射线源及国家大科学装置等高端X射线结构分析设备领域已顺利实现产品定型,并与各大科研院所和企业、事业单位取得合作,为客户提供全集成、高附加值的全方位解决方案。


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