多晶体X射线衍射分析方法课件.ppt

X射線衍射儀法衍射儀記錄花樣與德拜法有很大區別。首先，接收X射線方面衍射儀用輻射探測器，德拜法用底片感光；其次衍射儀試樣是平板狀，德拜法試樣是細絲。衍射強度公式中的吸收項μ不一樣。第三，衍射儀法中輻射探測器沿測角儀圓轉動，逐一接收衍射；德拜法中底片是同時接收衍射。相比之下，衍射儀法使用更方便，自動化程度高，尤其是與電腦結合，使得衍射儀在強度測量、花樣標定和物相分析等方面具有更好的性能。測角儀測角儀圓中心是樣品臺H。樣品臺可以繞中心O軸轉動。平板狀粉末多晶樣品安放在樣品臺H上，並保證試樣被照射的表面與O軸線嚴格重合。測角儀圓周上安裝有X射線輻射探測器D，探測器亦可以繞O軸線轉動。工作時，探測器與試樣同時轉動，但轉動的角速度為2：1的比例關係。測角儀設計2:1的角速度比，目的是確保探測的衍射線與入射線始終保持2θ的關係，即入射線與衍射線以試樣表示法線為對稱軸，在兩側對稱分佈。這樣輻射探測器接收到的衍射是那些與試樣表示平行的晶面產生的衍射。當然，同樣的晶面若不平行與試樣表面，儘管也產生衍射，但衍射線進不了探測器，不能被接受。測角儀X射線源由X射線發生器產生，其線狀焦點位於測角儀周圍位置上固定不動。線上狀焦點S到試樣O和試樣產生的衍射線到探測器的光路上還安裝有多個光闌以限制X射線的發散。當探測器由低θ角到高θ角轉動的過程中將逐一探測和記錄各條衍射線的位置（2θ角度）和強度。探測器的掃描範圍可以從-20o到+165o，這樣角度可保證接收到所有衍射線。衍射儀中的光路佈置X射線經線狀焦點S發出，為了限制X射線的發散，在照射路徑中加入S1梭拉光欄限制X射線在高度方向的發散，加入DS發散狹縫光欄限制X射線的照射寬度。試樣產生的衍射線也會發散，同樣在試樣到探測器的光路中也設置防散射光欄SS、梭拉光欄S2和接收狹縫光欄RS，這樣限制後僅讓聚焦照向探測器的衍射線進入探測器，其餘雜散射線均被光欄遮擋。經過二道光欄限制，入射X射線僅照射到試樣區域，試樣以外均被光欄遮擋。聚焦圓當一束X射線從S照射到試樣上的A、O、B三點，它們的同一﹛HKL﹜的衍射線都聚焦到探測器F。圓周角∠SAF=∠SOF=∠SBF=π-2θ。設測角儀圓的半徑為R，聚焦圓半徑為r，根據圖3-10的衍射幾何關係，可以求得聚焦圓半徑r與測角儀圓的半徑R的關係。在三角形⊿SOO’中，則r=R/2sinθ聚焦圓在式3-4中，測角儀圓的半徑R是固定不變的，聚焦圓半徑r則是隨θ的改變而變化的。當θ→0o，r→∞；θ→90o，r→rmin=R/2。這說明衍射儀在工作過程中，聚焦圓半徑r是隨θ的增加而逐漸減小到R/2，是時刻在變化的。又因為S、F是固定在測角儀圓同一圓周上的，若要S、F同時又滿足落在聚焦圓的圓周上，那麼只有試樣的曲率半徑隨θ角的變化而變化。這在實驗中是難以做到的。通常試樣是平板狀，當聚焦圓半徑r試樣的被照射面積時，可以近似滿足聚焦條件。完全滿足聚焦條件的只有O點位置，其他地方X射線能量分散在一定的寬度範圍內，只要寬度不太大，應用中是容許的。探測器與記錄系統X射線衍射儀可用的輻射探測器有正比計數器、蓋革管、閃爍計數器、Si（Li）半導體探測器、位敏探測器等，其中常用的是正比計數器和閃爍計數器。正比計數器正比計數器是由金屬圓筒（陰極）與位於圓筒軸線的金屬絲（陽極）組成。金屬圓筒外用玻璃殼封裝，內抽真空後再充稀薄的惰性氣體，一端由對X射線高度透明的材料如鈹或雲母等做窗口接收X射線。當陰陽極間加上穩定的600-900V直流高壓，沒有X射線進入窗口時，輸出端沒有電壓；若有X射線從窗口進入，X射線使惰性氣體電離。氣體離子向金屬圓筒運動，電子則向陽極絲運動。由於陰陽極間的電壓在600-900V之間，圓筒中將產生多次電離的“雪崩”現象，大量的電子湧向陽極，這時輸出端就有電流輸出，計數器可以檢測到電壓脈衝。X射線強度越高，輸出電流越大，脈衝峰值與X射線光子能量成正比，所以正比計數器可以可靠地測定X射線強度。多晶體X射線衍射分析方法德拜照相法粉末多晶中不同的晶面族只要滿足衍射條件都將形成各自的反射圓錐。如何記錄下這些衍射花樣呢？一種方法是用平板底片被X射線衍射線照射感光，從而記錄底片與反射圓錐的交線。如果將底片與入射束垂直放置，那麼在底片上將得到一個個同心圓環，這就是針孔照相法。但是受底片大小的限制，一張底片不能記錄下所有的衍射花樣。如何解決這個問題？德拜和謝樂等設計了一種新方法。將一個長條形底片圈成一個圓，以試樣為圓心，以X射線入射方向為直徑放置圈成的圓底片（見圖3-2）。這樣圓圈底片和所有反射圓錐相交形成一個個弧形線對，從而可以記錄下所有衍射花樣，這種方法就是德拜-謝樂照相