能量色散X射线谱（EDS）基于原子内层电子被激发后外层电子弛豫填充空位时发射的特征X射线，其能量严格等于两能级之差，即
$$ E_{X-ray}=h\nu=\Delta E=E_{\text{outer}}-E_{\text{inner}} $$
并遵循莫斯莱定律
$$ \sqrt{\nu}=k(Z-\sigma) $$
从而通过测量X射线能量实现元素“指纹”鉴定。实验采用Oxford SEM（JSM-6610，15 kV）对毫米级不规则块状样品进行SEM和EDS分析，样品表面粗糙、布满沟壑，5个分析点（谱图11–15）的定量结果显示主要成分为N（平均55.86 at%）和C（40.48 at%），并含少量Fe（3.68 at%），能谱中可见C、N的Kα峰重叠及Fe的Kα、Kβ和Lα峰。结合N/C比（约1.4）接近g-C₃N₄理论值（1.33）以及Fe含量远低于纯普鲁士蓝理论值，推断该样品为普鲁士蓝/石墨相氮化碳（PB/g-C₃N₄）复合材料，其中g-C₃N₄为多孔层状基体，普鲁士蓝纳米颗粒作为活性位点相对均匀地负载于表面及孔道中。报告最后提出两个问题：轻元素C、N因特征X射线能量低且峰重叠导致定量误差较大，而Fe的K层信号定量相对更准确；电子束聚焦于一点时EDS信息实际来自一个更大的三维作用体积，而非无限小的点。
2026年3月
原子力显微镜（AFM）通过测量极尖锐探针与样品表面原子间极微弱的相互作用力实现成像，其力随距离变化可由 Lennard-Jones 势描述为
$$ U(r)=4\varepsilon\left[\left(\frac{\sigma}{r}\right)^{12}-\left(\frac{\sigma}{r}\right)^{6}\right] $$
其中第一项为泡利不相容引起的短程强排斥，第二项为范德华吸引力，力为
$$ F(r)=-\frac{dU}{dr}=4\varepsilon\left[\frac{12\sigma^{12}}{r^{13}}-\frac{6\sigma^{6}}{r^{7}}\right] $$
探针远离时力近零，靠近先表现为吸引力，进一步靠近则转为巨大排斥力。实验在 $1614\ \text{nm}\times1614\ \text{nm}$ 区域内扫描，样品表面不平坦，由大量紧密堆积的颗粒或岛状结构组成，最大峰谷差 $R_t=222.95-7.90=215.05\ \text{nm}$，垂直起伏剧烈。截面分析显示，水平方向在 $X\approx908\ \text{nm}$ 处有尖锐但顶部圆润的主峰，左侧约 $200\ \text{nm}$ 处有高度约 $190\ \text{nm}$ 的次高峰，$400\text{-}800\ \text{nm}$ 间为相对平缓谷底；竖直方向主峰不对称，左侧为宽阔高原或肩部，右侧下降更陡；最低到最高截面表明，地形在约 $800\ \text{nm}$ 内处于 $100\text{-}150\ \text{nm}$ 的起伏平台，最后约 $200\ \text{nm}$ 急剧爬升至 $222.95\ \text{nm}$，说明最高峰是局部陡峭突起。粗糙度方面，水平剖面 $R_a=22.110\ \text{nm}$、$R_q=27.617\ \text{nm}$，垂直剖面 $R_a=27.904\ \text{nm}$、$R_q=34.707\ \text{nm}$，对角剖面 $R_a=23.842\ \text{nm}$、$R_q=33.348\ \text{nm}$；$R_q$ 显著大于 $R_a$，表明表面粗糙度主要由少数极高或极低异常点贡献，而非大量均匀小锯齿。
本实验围绕高效液相色谱中的吸光度检测原理展开：光作为电磁波，紫外-可见光照射物质时会引起电子由基态跃迁至激发态，不同分子结构吸收特定波长；根据朗伯-比尔定律 $A=\varepsilon c l$，吸光度与浓度成正比，但浓度过高会饱和，因此须在动态范围内定量。紫外检测器以氘灯为紫外光源，经衍射光栅分光后穿过流通池，再由光电二极管转换为电信号并处理为吸光度；紫外-可见检测器则配备氘灯和钨灯。光电二极管阵列检测器（PDA/DAD）采用包含 1024 个光接收元件的阵列，可测量连续紫外光谱，获得以时间、吸光度和波长为轴的三维数据及多波长色谱图；与仅比较保留时间的紫外检测器相比，PDA 还能通过比较标准品与待测成分的紫外光谱进行更可靠的定性分析，例如化妆品中紫外线吸收剂的检测。实验结果部分提供 UV-Vis 曲线，并给出附件在线预览与下载链接。
该实验围绕 XRD 分析软件原理与物相鉴定展开：XRDML 文件本质为 XML，可通过 Python 的 ElementTree 解析 `` 和 `` 获取角度与强度数据；自动寻峰利用 `scipy.signal.find_peaks`，结合峰高和峰间距约束寻找局部最大值；理论图谱模拟基于布拉格定律
$$ n\lambda=2d_{hkl}\sin\theta $$
并调用 pymatgen 的 `XRDCalculator` 与 Materials Project API 获取 CIF 数据生成理论谱。量化匹配采用峰位容差匹配和全谱余弦相似度
$$ \text{Similarity}=\frac{\sum_{i=1}^N A_iB_i}{\sqrt{\sum A_i^2}\sqrt{\sum B_i^2}} $$
其中理论谱先经高斯展宽。实验分析表明：BiSbGaTiAlNa 合金的主要结晶相为 BiSb（mp-1227290），其峰位与标准谱高度吻合，而 Bi3Sb（mp-23152）因峰位严重失配可判定不存在或低于检测限；MnFeCoNiO-Ru450 样品主要形成尖晶石结构 Mn₂FeO₄（mp-18750，雅各布矿），实验峰与标准谱全局匹配良好，但衍射峰明显宽化，说明形成了多元素共溶的单相固溶体，并具有纳米晶特征和晶格应变，可由谢乐公式
$$ \tau=\frac{K\lambda}{\beta\cos\theta} $$
描述。文中还展示了基于 Materials Project 大量数据的“指纹热图”相似度谱图可视化，并利用 Gemini 辅助分析与绘图导出。
本页面提供实验报告 PDF 扫描版下载，并说明报告可能存在问题、仅供参考。实验使用岛津 X 射线衍射仪 XRD-6100，步骤包括：采用常亮样品池，倒入约 1 g 粉末样品并用玻璃板铺平且厚度近似一致；将样品固定到样品台，关好舱门，启动 Setup 并复位；在 Condition Edit 中设置扫描参数，通常全扫描范围为 10~80°、步长 0.02°、扫描速度 4°/min（精扫为 2°/min）；输入 Group name 和 File name，默认存储路径为 C:\xddat\standard\sample，通过 Append 将样品名加入 Entry for analysis，并确保其中仅保留一个样品名，勾选 Stop 和 File 后点击 Right Gonio Analysis 中的 Start，等待扫描结束。实验结果中，BiSbGaTiAlNa 图谱背景噪声较平稳，20~35° 存在宽鼓包，表明含非晶态或纳米晶相，约 28.5° 处有尖锐强峰，40°、48°、58° 等处有较弱衍射峰；MnFeCoNiO-Ru450 图谱则由宽非晶鼓包与一系列尖锐衍射峰叠加组成，鼓包中心约在 20~30°，说明样品中晶态与非晶态共存。