射線衍射儀及測量參數(shù)的選擇

1、X射線衍射儀及測量參數(shù)的選擇11、X射線衍射儀結(jié)構(gòu)第一，X射線發(fā)生器，用來產(chǎn)生穩(wěn)定的X射線光源； 第二，測角儀，用來測量衍射花樣三要素，使光源、試樣和探測器滿足一定的幾何和衍射條件； 第三，電子自動記錄系統(tǒng)用來記錄衍射花樣。它包括計數(shù)率儀、定標(biāo)器等；第四，電子計算機(jī)及其外圍附件，用來控制儀器運轉(zhuǎn)；收集處理和打印結(jié)果，或存貯于磁帶、磁盤，或用圖象屏幕顯示。22、 X射線的光源X光源的基本要求： 簡單地說，對光源的基本要求是穩(wěn)定、強(qiáng)度大、光譜純結(jié)。 光源的特性決定靶的種類、焦斑大小和施加在管子上的功率。選擇工作參數(shù)的目的在于提高衍射線的蜂背比、分辨率和靈敏度等。 實驗室一般應(yīng)具備有W、Mo、Cu、

2、Co、Fe、Cr六種靶子。選靶原則要考慮到樣品的組分，使之不產(chǎn)生X射線熒光，還要根據(jù)具體分析目的選靶。如要提高分辨率可選長波長靶。3焦斑的選用 在衍射儀衍射實驗中，大部分選用線焦斑(織構(gòu)測定例外)。和點焦斑相比線焦斑的主要優(yōu)點是，水平發(fā)散度小，分辨率高，從而記錄下來的衍射花樣較真實。缺點是，強(qiáng)度略低，垂直發(fā)散度可用索勒(Soller)狹縫來改善。目前，用于一般衍射儀管子的焦斑大小有細(xì)焦班0.48mm)、正常用焦斑(110mm)和寬焦斑(212mm)。4管壓和管流的選擇 當(dāng)管壓大于靶元素的臨界激發(fā)電壓時，才能激發(fā)特征輻射。實際工作中為了獲得清晰的衍射花樣，管壓應(yīng)選在激發(fā)電壓的35倍之間，這時蜂背

3、比最大。一般管流的選擇不超過最大允許管流的80。但是，管流越大，光源的穩(wěn)定度越差。5光源單色化的方法 (1) 過濾片法; (2) 晶體單色器; 它的工作原理頗為簡單，只要選擇反射本領(lǐng)很強(qiáng)的衍射晶面的單晶體使其與表面平行，當(dāng)入射束滿足布拉格選擇性反射時即可得到單色的K及其諧波(諧波可由脈沖高度分析器濾紙也可用降低管壓方法扣除)。 通常，它在測角儀上的安裝方法有兩種，一是裝在入射線一側(cè)，另一是裝在衍射線一側(cè)。目前大多數(shù)采用后一種裝法。這種裝法可以抑制樣品的熒光輻射、非相干散射以及空氣散射等引起的背景，還具有便于安裝和調(diào)整等優(yōu)點。63、X射線衍射儀的測角儀 衍射儀的測角儀按照布拉格-布倫塔諾(Bra

4、gg-Brentana)聚焦條件設(shè)計而成的。其原理及準(zhǔn)直光路如圖所示。7準(zhǔn)直光欄的選擇原則 光欄系統(tǒng)參數(shù)的選擇必須同時考慮到上述兩個方面，不能單從一方面出發(fā)。應(yīng)當(dāng)注意如下事實 1)發(fā)散狹縫對衍射強(qiáng)度的影響比起對分辨率的影晌要大； 2)由于采用平板試樣，發(fā)散狹縫增大引起散焦使得衍射峰向低角移動，從而引起峰的不對稱性，使得分辨率下降； 3)在掃描過程中衍射角是變化的，為比較各衍射線的相對強(qiáng)度必須用同一寬度的發(fā)放狹縫，且在任何角入射光束均能照射在試樣內(nèi)，以保證參與衍射體積恒定。8探測器的掃描方式 探測器裝在測角儀臂上，它和試樣臺以2：1的角速度繞測角儀軸心轉(zhuǎn)動，這樣，試樣臺上裝上分析試樣，探測器即可

5、按收到衍射信息并由記錄系統(tǒng)記錄下來。探測器的掃描方式可分連續(xù)掃描、步進(jìn)掃描與跳躍步進(jìn)掃描三種。掃描方式對探測記錄下衍射花樣的質(zhì)量有很大影響。91、連續(xù)掃描 掃描速度和方向的選擇對衍射線強(qiáng)度、峰位和線形有很大影響，快速掃描引起強(qiáng)度和分辨率下降，并使峰值向掃描方向偏移，引起線形的不對稱性；慢速掃描精度較高，但是耗費機(jī)時。 經(jīng)驗證明，掃描速度V，計記效率儀時間常數(shù)T和接收狹繞寬度 必須滿足下面關(guān)系： 1) 不論V和T如何改變，只要乘積VT數(shù)值相同，衍射花樣也相同。當(dāng)VT值增大時，峰的高度迅速下降，峰位移動，分辨率下降(向掃描方向非對稱性加寬)。 2) 接收狹縫的時間寬度(即接收狹綴的寬度與掃描速度的

6、比值)數(shù)值在原則上要比時間常數(shù)越大越好，這樣，計數(shù)率儀能真實地描繪出衍射峰的細(xì)節(jié)。 一般，測量峰位要求高，測量弱蜂以及線形時，采用于1/41/8 2/min的慢速掃描。此外，為節(jié)約時間和減少設(shè)備損耗，通常采用1/22 2 /min的掃描速度。10(2) 步進(jìn)掃描 為了克服連續(xù)掃描缺點，采用了步進(jìn)掃描(或稱階梯掃描)的方法。所謂步進(jìn)掃描，即以一定的步長(即角度間隔)對衍射峰強(qiáng)度進(jìn)行逐步測量，即對每一步進(jìn)行定時計數(shù)或定數(shù)計時測量之后探測器和樣品以2:1的角速度轉(zhuǎn)到下一步，再重復(fù)上述測量。 步進(jìn)掃描參數(shù)及其選擇： 1)步長大小(2/步)對明銳蜂選0.02/步能較好地反映衍射線形的細(xì)節(jié)，一般分析選0.

7、05/步，對漫散寬的衍射蜂步長選得更大些，如0.5/步。對線形分析，寬衍射蜂和尖銳衍射峰步長大小取為整數(shù)倍關(guān)系對數(shù)據(jù)處理是方便些。 2)每步計數(shù)時間或計數(shù)值 前者為定時計數(shù)法，后者為定數(shù)計時法。在定時計數(shù)法中，每步計數(shù)時間相同而累積計數(shù)值不等；在定數(shù)計時法中，每步計數(shù)值相同而累積計數(shù)時間不等。因為計數(shù)統(tǒng)計精度僅與總計數(shù)有關(guān)而與計數(shù)時間無關(guān)，所以定數(shù)計時法中各步測量的數(shù)據(jù)具有相同的統(tǒng)計精度，在定時計數(shù)法中每步測量的數(shù)據(jù)具有不同的統(tǒng)計精度。11(3) 跳躍步進(jìn)掃描 通過改變掃描速度，使得在有衍射峰分布區(qū)域范圍內(nèi)測角儀以較慢速度作步進(jìn)掃描，而在無衍射蜂的背底處作快速掃描的掃描方式。124、實驗與測量

8、方法(1) 樣品的制備 衍射儀用的試祥大都要求平板狀，由粉末壓制而成，或是由塊狀切割而成。由衍射理論，采用平板狀樣品其衍射線的相對累積強(qiáng)度是在樣品為無限厚的情況下得出的。無限厚是一個相對概念，它取決于測量強(qiáng)度的靈敏度。一般將無限厚定義為由樣品的背側(cè)一薄層與前側(cè)一層所衍射的強(qiáng)度比為1/600或1/1000時該樣品所具有的厚度。即厚度t 要求滿足：或式中，為粉末樣品的實際密度；為真實密度13 樣品的制備情況是影響實驗結(jié)果的重要因素，它對衍射線的強(qiáng)度、峰位的影響尤為明顯。然而，樣品制備技術(shù)常被人們所忽視。實驗者必須根據(jù)分析目的和要求制祥。一般說要考慮到樣品的均勻性、顆粒度大小、注意消除制樣過程引起結(jié)構(gòu)上的變化14(2) 試驗參數(shù)的選擇15(3) 定峰方法 實際上，衍射儀的布置是接近理想聚焦條件的，按照布拉格公式導(dǎo)出的衍射線方位不是只出現(xiàn)在一個特定的角度，而是在一定角度范圍內(nèi)展寬分布，在確定衍射線峰位時，常常隨著衍射線線形的不同或者出自誤差討論上的方便提出了各種不同的定峰值方法，通常，只有當(dāng)衍射線是完全對稱時，所確定的峰位值才相同。每一種方法只適用于某種特定情況。定峰位的方法有以下幾種：16 1) 峰值法 它以衍射線最高強(qiáng)度相應(yīng)的衍射角作為蜂位。此法適用線形蜂頂處明銳且光滑的衍射線。 2) 切線法 它以線峰兩側(cè)近