本文引用GB/T 50123-2019《土工试验方法标准》中土的X射线衍射矿物成分试验

1一般规定

1.1本方法是以X射线射入矿物晶格产生的衍射为基础，定性或半定量地判断土的矿物组成。

1.2土样为各种土类。

2仪器设备和试剂

2.1本试验使用的主要仪器设备应符合下列规定：

1 X射线衍射仪：X射线发生器、测角仪、计数器及自动记录装置。X射线衍射仪应按仪器说明书进行校准；

2载样玻璃片：平面的及开有试样孔槽的硬质玻璃片；

3离心机：5000r/min;

4高温电炉及电炉；

5干燥器：内盛饱和硝酸钙溶液，相对湿度约为50%;

6其他：烧杯、量杯、移液管、玻璃片、软毛刷等。

以上产品我公司均有生产和销售

2.2试剂应符合下列规定：

1 0.5mol●L⁻¹氯化镁(MgCl₂)溶液：将102g氯化镁溶于少量纯水中，移入1000mL容量瓶中，用纯水稀释至刻度，摇匀；

2 0.5mol●L⁻¹氯化钾(KCl)溶液：将74.5g氯化钾溶于少量纯水中，移入1000mL容量瓶中，用纯水稀释至刻度，摇匀；

3 1mol●L¹硝酸铵溶液：将80g硝酸铵溶于少量纯水中，稀释至1000mL;

4盐酸溶液(1+1);

5 95%乙醇；

6丙酮；

7甘油(1+1)。

3操作步骤

3.1常规鉴定用的试样制备应按下列规定进行：

1镁饱和试样制备应按下列步骤进行：

1)称取1g左右过0.15mm筛孔的风干土试样，放入离心管中，加人0.5mol●L¹氯化镁溶液50mL,用球状玻璃棒充分搅拌，然后用3000r/min以上的速度离心，弃去上部清液；再用0.5mol●L⁻¹氯化镁溶液处理两次；

2)分别用纯水和95%乙醇或丙酮洗涤，离心2次～3次；

3)将处理过的试样晾干，或在低于50℃下烘干，磨细备用。

2干粉末试样制备：应将开有试样孔的载样玻璃片，放在一块平整玻璃片上，向试样孔中填入经过风干磨细的土样，使其厚度略高出试样孔。盖上一块平整玻璃片，用手按压，将试样压实、压平，然后移去上下的玻璃片。用软毛刷小心地扫除试样孔周围多余的土样。

3水分散定向薄膜试样的制备：应称取0.05g镁饱和试样，加2mL～3mL纯水，充分搅拌使其分散。吸出1.5mL悬液，在3.5cm×5cm洁净的平面载样玻璃板上均匀铺开，静置晾干。

3.2试样的专门处理与制备应按下列规定进行：

1镁饱和试样甘油化扩展处理应按下列步骤进行：

1)供蒙脱石类矿物与蛭石、绿泥石区分，以及水化埃洛石与伊利石区分用；

2)将镁饱和试样50mg放入离心管中，加人5%甘油溶液10mL,用球状玻璃棒充分搅拌。用3000r/min以上的速度离心，弃去上部清液。按此操作用甘油溶液再处理一次，最后将离心管倒立于滤纸上，吸尽剩余的甘油溶液，按本标准第3.1条第3款的规定制成定向薄膜试样；

3)也可按本标准第3.1条第2款的规定压制的干粉末样，加入1滴～2滴的甘油溶液(1+1)湿润，稍干后即可供鉴定用。若试样加甘油后膨胀隆起，用玻璃片压实刮平。

2钾饱和试样的制备和热处理应按下列步骤进行：

1)供扩展性与非扩展性晶格的矿物区分，以及蛭石与蒙脱石类矿物区分用；

2)钾饱和试样制备：可按本标准第3.1条的规定制备，仅需将试剂相应地换成1mol●L-¹氯化钾溶液即可；

3)薄膜制备：可将钾饱和试样按本标准第3.1条第3款的规定制成定向薄膜试样，或风干磨成粉末后可按本标准第3.1条第2款的规定进行压制；

4)钾饱和试样的热处理：将钾饱和粉末试样或其定向薄膜放入300℃~350℃高温炉内加热2h(定向薄膜的玻璃片加热时应逐渐上升至所需温度，加热后应逐渐冷却)。然后冷却至60℃左右，取出贮于盛有无水氯化钙或五氧化二磷的干燥器中，直至进行X射线分析时取出使用。若是粉末试样，使用时应按本标准第3.1条第2款的规定进行压制。

3试样550℃热处理应按下列步骤进行：

1)供绿泥石与高岭石以及其他14×10⁻¹nm矿物区分用；

2)将钾或镁饱和粉末试样或其定向薄膜放入550℃高温炉中加热2h,然后冷却至60℃左右，取出贮于盛有无水氯化钙或五氧化二磷的干燥器中，直至进行X射线分析时取出使用。若是粉末试样，使用时应按本标准第3.1条第2款的规定进行压制。

4试样的盐酸溶蚀处理应按下列步骤进行：

1)供绿泥石与高岭石以及其他14×10¹nm矿物区分用；

2)盐酸溶蚀处理：将试样用盐酸溶液(1+1)在100℃下加热处理15min～20min,然后移至离心管中，离心，弃去上部清液，分别用纯水和95%乙醇或丙酮各处理两次，离心洗去多余的盐酸；

3)溶蚀过的试样应按本标准第3.1条第3款的规定制成定向薄膜，或风干磨细成粉末后应按本标准第3.1条第2款的规定进行压制。

5试样的硝酸铵处理应按下列步骤进行：

1)供镁质蛭石与其他14×10⁻'nm矿物区分用；

2)硝酸铵处理：将试样或其镁饱和试样用1mol●L-¹硝酸铵溶液煮沸10min,然后移至离心管中，离心，弃去上部清液，分别用纯水、95%乙醇或丙酮各处理两次，离心洗去多余的盐类；

3)处理过的试样应按本标准第3.1条第3款的规定制成定向薄膜，或风干磨细成粉末后应按本标准第3.1条第2款的规定进行压制。

3.3 X射线衍射分析应按下列规定进行：

1在分析前，各种试样(加热处理的试样除外)应在盛有饱和硝酸钙溶液的干燥器中放置3d。

2加热处理的试样从无水氯化钙干燥器中取出后，应加热至60℃左右或立即进行分析。若衍射仪试样台有加热装置，则加热处理的试样应在120℃温度下进行衍射分析。

3试验条件的控制和主要参数选择(因仪器型号、性能不同而有所差异，下列为参考值):

1)X射线管阳极一般为铜靶(CuKa辐射),含铁多的试样最好能用铁靶(FeKa辐射)。X射线管的工作电压为30kV～40kV,工作电流为10mA～15mA;

2)发射狭缝：1°或0.5°;散射狭缝：1°(加镍滤片或不加);接收狭缝：0.2mm或0.4mm。

3)扫描速度：可在0.5°~2°(20/min)内选择，一般用1°(28/min);

4)扫描范围：一般为2°~32°(2θ)。如果要研究矿物高角度的衍射谱线如(060)等，则应将扫描范围延续到65°(20)左右(都是对铜靶而言),同时要减小扫描速度，放宽狭缝；

5)灵敏度：满刻度400N/s～2000N/s;

6)时间常数：4s～8s;

7)记录纸移动速度：300mm/h～600mm/h。

4将载有试样的玻片插在X射线衍射仪的试验台上，选定技术参数和试验条件后，按仪器使用说明书启动仪器进行操作。当测角器转至所需角度(20)上限后，即可结束试验，关闭仪器。

4数据整理、鉴定和记录

4.1数据整理应符合下列规定：

1试验结束后所得到的试验结果为仪器记录的衍射图谱，它是以衍射角(20)为横坐标，以衍射谱线的衍射强度(衍射峰的高度)为纵坐标的曲线。为了鉴定矿物，必须进行整理求得晶面间距和衍射强度两种衍射数据。

2数据的整理方法：

1)由各衍射峰的峰尖向横坐标作垂线，确定衍射峰的衍射角(20);

2)根据衍射峰的衍射角查衍射角与晶面间距换算表(即θ-d对照表，可参照有关专著)求得相应的晶面间距(一般称作d值)。也可按布拉格公式求出d值，简化后的布拉格公式为：

d=λhx/2sinθ          (4.1)

式中：d——晶面间距(10⁻¹nm);

λhx——X射线波长(X射线管为铜靶时，λhx=1.5418×10⁻¹nm;

若是铁靶，λhx=1.9373×10⁻¹nm)(10⁻¹nm);

θ——衍射角(°)。

3)根据衍射峰的高度或面积，确定其衍射强度(一般用I表示)。衍射强度广为应用的是相对强度(I/I₀)。表示方法常用的有：100分制：以最强者为100,最弱者为0.5,然后对比其他衍射峰的强度；10分制：以最强者为10,最弱者为1,然后对比其他衍射峰的强度；五级制：将强度分为最强、强、中等、弱、最弱五个等级；

4)对于某些形状特殊的衍射峰，需注明宽散程度、对称程度等；

5)在衍射图谱上注明试验条件、主要参数及试样制备和处理方法。

4.2黏土矿物鉴定应符合下列规定：

1衍射数据整理后，便可与标准矿物的衍射数据对比，进行鉴定矿物。鉴定的要点如下：

1)应有3条强衍射谱线(即衍射峰)的d值和I/I₀[有的矿物在2°~32°(28)范围内可能只出现一条衍射谱线],与标准矿物的数据基本吻合，其中d值吻合程度要求高一些，I/I₀吻合程度可以差一些；

2)对比时，应以低角度谱线(值大的谱线)特别是(001)基面谱线为主，高角度衍射谱线为辅；

3)应注意特征谱线的对比(表4.2);

表4.2常见的黏土矿物粉晶衍射数据表

4)注意衍射峰的形状特征：黏土矿物衍射峰形状大多宽散，非黏土矿大多较尖锐。扩展性晶格矿物如蒙脱石等衍射峰具有明显的宽散特征；

5)先鉴别出主要的黏土矿物类型，然后再作细分，最后鉴定伴存矿物。

2高岭石与埃洛石的衍射图谱相似，可用下列方法区分：

1)高岭石为片状结晶，易于形成定向集合体，故d(001)=7.0×10⁻¹nm～7.2×10⁻¹nm,衍射强度大，4.4×10-¹nm附近谱线强度弱，谱线均无宽散现象。埃洛石的(001)基面间距略大些，d=7.4×10¹nm～7.6×10-¹nm,谱线宽散且强度较弱，但4.4×10⁻¹nm附近谱线强度大，并有向小的晶面间距扩散的趋势；

2)埃洛石在甘油饱和后，d(001)可扩展至10×10⁻¹nm左右，高岭石不扩展；

3)高岭石(001)与绿泥石(002)基面间距相似，均在7×10⁻¹nm左右，可用下列方法区分：将试样按酸的溶蚀处理后，绿泥石因分解，衍射谱线全部消失(绿泥石的特征反应),而高岭石无变化。故处理后7×10⁻¹nm谱线仍然存在，示有高岭石；反之，说明原有7×10⁻¹nm附近谱线是绿泥石的。将试样进行550℃热处理后，高岭石因晶格破坏，衍射谱线全部消失。绿泥石衍射谱线仅稍有变化，往往是(001)基面谱线增强，而(002)、(003)和(004)基面的衍射谱线减弱。高岭石与绿泥石还可按下列谱线对比来区分：

3蒙脱石、蛭石、绿泥石这三种矿物都有14×10⁻¹nm附近的谱线，可按下列方法区分：

1)在镁饱和甘油化定向薄膜试样的衍射图谱中，仅蒙脱石的(001)基面间距由14×10⁻¹nm附近扩展至17.7×10⁻¹nm(蒙脱石的特征反应)。据此易于将蒙脱石与其他14×10⁻¹nm矿物区分开来；

2)将试样进行热处理后，三者之中仅绿泥石(001)基面间距无显著变化，且衍射强度往往有所增大，而蒙脱石和蛭石均由14×10⁻¹nm附近收缩至10×10⁻¹nm附近。此可作为绿泥石与其他14×10⁻¹nm附近矿物相区别的特征反应；

3)将试样进行酸的溶蚀处理后，三者之中仅绿泥石衍射线全部消失，其余两者的谱线基本上不变；

4)将试样制成钾饱和定向薄膜，其中绿泥石的14×10⁻¹nm谱线无变化，蛭石14×10⁻¹nm谱线收缩至10×10⁻¹nm,而蒙脱石则收缩至12×10-⁻¹nm附近(有的亦可收缩至10×10⁻¹nm)。若再进行300℃~350℃加热处理，三者中仅有绿泥石谱线无变化，其余二者均可收缩至10×10-⁻¹nm左右；

5)将试样进行硝酸铵处理后，三者之中仅绿泥石衍射线无变化。镁质蛭石14×10⁻¹nm谱线将收缩至10×10⁻¹nm,蒙脱石则收缩至12×10⁻¹nm附近；

6)伊利石与水化埃洛石这两种矿物都有10×10⁻¹nm附近谱线，可按下列方法区分：试样处理成镁饱和甘油化定向薄膜后，伊利石谱线无变化，水化埃洛石的10×10⁻¹nm谱线将扩展至11×10⁻¹nm附近。试样进行300℃~350℃加热处理后，伊利石谱线无变化，水化埃洛石的10×10⁻¹nm谱线将收缩至7.2×10⁻¹nm附近。

7)伊利石类矿物d(003)=3.32×10⁻¹nm～3.36×10⁻¹nm,

石英d(101)=3.34×10⁻'nm左右。这两种矿物都是土中常见的，在判读d=3.34×10⁻¹nm左右谱线时容易混淆，应当注意。石英以d(100)=4.26×10⁻¹nm附近谱线为依据较为适宜；

8)二八面体和三八面体的黏土矿物，可用(060)晶面间距大小以及(002)谱线的强弱来鉴别。通常二八面体的黏土矿物d(060)=1.48×10⁻¹nm～1.51×10⁻¹nm,并且(002)谱线较强；三八面体的黏土矿物d(060)=1.52×10⁻¹nm～1.53×10⁻¹nm,(002)谱线较弱或没有。应当注意不要将石英的1.53×10⁻¹nm附近的谱线加以误判。

4.3本试验系定性的鉴定而不是定量分析，所以鉴定结果依据主要衍射峰的高度和面积粗略地加以估计后，按各种黏土矿物大致含量由多到少依次排列。至于伴存的非黏土矿物，宜按其含量由少到多依次排列在黏土后面。

4.4试验记录中除了将鉴定出的矿物依次排列外，还应将整理后的衍射数据列入记录表中，同时应将试样的X射线衍射图谱附在成果鉴定表后。

4.5本试验的记录格式应符合本标准附录D表D.104的规定。

在我单位整理过程中有可能会出现部分错误，仅供参考，建议购买正版试验标准。