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【每日一學(xué)】X射線(xiàn)衍射儀(XRD)相關(guān)術(shù)語(yǔ)解釋

點(diǎn)擊次數:8615 發(fā)布時(shí)間:2022-02-11
       X射線(xiàn)衍射儀技術(shù)(X-raydiffraction,XRD)。通過(guò)對材料進(jìn)行X射線(xiàn)衍射,分析其衍射圖譜,獲得材料的成分、材料內部原子或分子的結構或形態(tài)等信息的研究手段。
  因此,X射線(xiàn)衍射分析法作為材料結構和成分分析的一種現代科學(xué)方法,已逐步在各學(xué)科研究和生產(chǎn)中廣泛應用。
  那大家對于X射線(xiàn)衍射(XRD)相關(guān)術(shù)語(yǔ)又了解多少呢?
  01.非相干散射;當物質(zhì)中的電子與原子之間的束縛力較?。ㄈ缭拥耐鈱与娮樱r(shí),電子可能被X光子撞離原子成為反沖電子。因反沖電子將帶走一部分能量,使得光子能量減少,從而使隨后的散射波波長(cháng)發(fā)生改變。這樣一來(lái),入射波與散射波將不再具有相干能力,成為非相干散射。
  02.相干散射:物質(zhì)對X射線(xiàn)散射的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)中的電子與X光子的相互作用。當入射光子碰撞電子后,若電子能牢固地保持在原來(lái)位置上(原子對電子的束縛力很強),則光子將產(chǎn)生剛性碰撞,其作用效果是輻射出電磁波——散射波。這種散射波的波長(cháng)和頻率與入射波*相同,新的散射波之間將可以發(fā)生相互干涉——相干散射。X射線(xiàn)的衍射現象正是基于相干散射之上的。
  03.X射線(xiàn)管:衍射用的X射線(xiàn)管實(shí)際上都屬于熱電子二極管,有密封式和轉靶式兩種。前者最大功率不超過(guò)2.5KW,視靶材料的不同而異;后者是為獲得高強度的X射線(xiàn)而設計的,一般功率在10KW以上。
  04.密封式管:這是最常使用的X射線(xiàn)管,它的靶和燈絲密封在高真空的殼體內。殼體上有對X射線(xiàn)“透明”的X射線(xiàn)出射“窗孔”。靶和燈絲不能更換,如果需要使用另一種靶,就需要換用另一只相應靶材的管子。這種管子使用方便,但若燈絲燒斷后它的壽命也就*終結了。密封式X射線(xiàn)管的壽命一般為1000—2000小時(shí),它的報廢往往并不是與因燈絲損壞,而是由于靶面被熔毀或因受到鎢蒸氣及管內受熱部分金屬的污染,致使發(fā)射的X射線(xiàn)譜線(xiàn)“不純”而被廢用。
  05.可拆式管:這種X射線(xiàn)管在動(dòng)真空下工作,配有真空系統,使用時(shí)需抽真空使管內真空度達到10-5毫帕或更佳的真空度。不同元素的靶可以隨時(shí)更換,燈絲損壞后也可以更換,這種管的壽命可以說(shuō)是無(wú)限的。
  06.轉靶式管:這種管采用一種特殊的運動(dòng)結構以大大增強靶面的冷卻,即所謂旋轉陽(yáng)極X射線(xiàn)管,是目前實(shí)用的高強度X射線(xiàn)發(fā)生裝置。管子的陽(yáng)極設計成圓柱體形,柱面作為靶面,陽(yáng)極需要用水冷卻。工作時(shí)陽(yáng)極圓柱以高速旋轉,這樣靶面受電子束轟擊的部位不再是一個(gè)點(diǎn)或一條線(xiàn)段而是被延展成陽(yáng)極柱體上的一段柱面,使受熱面積展開(kāi),從而有效地加強了熱量的散發(fā)。所以,這種管的功率能遠遠超過(guò)前兩種管子。對于銅或鉬靶管,密封式管的額定功率,目前只能達到2KW左右,而轉靶式管最高可達90KW。
  07.粉末衍射儀是目前研究粉末的X射線(xiàn)衍射常用而又方便的設備。它的光路系統設計采用聚焦光束型的衍射幾何,一般使用普通的NaI(Tl)閃爍檢測器或正比計數管檢測器以電子學(xué)方法進(jìn)行衍射強度的測量;衍射角的測量則通過(guò)一臺精密的機械測角儀來(lái)實(shí)現。
  08測角儀.是粉末衍射儀上精密的機械部件,用來(lái)精確測量衍射角。
  09.發(fā)散狹縫:測角儀上用來(lái)限制發(fā)散光束的寬度。發(fā)散狹縫的寬度決定了入射X射線(xiàn)束在掃描平面上的發(fā)散角。
  10.接收狹縫:測角儀上用來(lái)限制所接收的衍射光束的寬度。接收狹縫是為了限制待測角度位置附近區域之外的X射線(xiàn)進(jìn)入檢測器,它的寬度對衍射儀的分辨能力、線(xiàn)的強度以及峰高/背底比有著(zhù)重要的影響作用。
  11.防散射狹縫:測角儀上用來(lái)防止一些附加散射(如各狹縫光闌邊緣的散射,光路上其它金屬附件的散射)進(jìn)入檢測器,有助于減低背景。防散射狹縫是光路中的輔助狹縫,它能限制由于不同原因產(chǎn)生的附加散射進(jìn)入檢測器。例如光路中空氣的散射、狹縫邊緣的散射、樣品框的散射等等。此狹縫如果選用得當,可以得到低的背底,而衍射線(xiàn)強度的降低不超過(guò)2%。如果衍射線(xiàn)強度損失太多,則應改較寬的防散射狹縫。
  12.Sollar狹縫測角儀上一組平行薄金屬片光闌,由一組平行等間距的、平面與射線(xiàn)源焦線(xiàn)垂直的金屬薄片組成,用來(lái)限制X射線(xiàn)在測角儀軸向方向的發(fā)散,使X射線(xiàn)束可以近似的看作僅在掃描圓平面上發(fā)散的發(fā)散束。
  13.脈沖計數率.在衍射儀方法中,X射線(xiàn)的強度用脈沖計數率表示,單位為每秒脈沖數(cps)。檢測器在單位時(shí)間輸出的平均脈沖數,直接決定于檢測器在單位時(shí)間接收的光子數。如果檢測器的量子效率為100%,而系統(放大器和脈沖幅度分析器等)又沒(méi)有計數損失(漏計),那么每秒脈沖數便是每秒光子數。
  14.能量分辨:是指檢測器接收某一能量的量子(某一波長(cháng)射線(xiàn)的光量子),所輸出脈沖信號的平均幅度與入射量子的能量成正比的特性。
  15.閃爍檢測器:是各種晶體X射線(xiàn)衍射工作中通用性能好的檢測器。它的主要優(yōu)點(diǎn)是:對于晶體X射線(xiàn)衍射使用的X射線(xiàn)均具有很高甚至達到100%的量子效率;使用壽命長(cháng),穩定性好;此外,它和PC一樣,具有很短的分辨時(shí)間(10-7秒數量級),因而實(shí)際上不必考慮由于檢測器本身的限制所帶來(lái)的計數損失;它和PC一樣,對晶體衍射工作使用的軟X射線(xiàn)也有一定的能量分辨本領(lǐng)。因此通常X射線(xiàn)粉末衍射儀配用的是閃爍檢測器。
  16.定速連續掃描:粉末衍射儀的一種工作方式(掃描方式),常用。試樣和接收狹縫以角速度比1:2的關(guān)系勻速轉動(dòng)。在轉動(dòng)過(guò)程中,檢測器連續地測量X射線(xiàn)的散射強度,各晶面的衍射線(xiàn)依次被接收。計算機控制的衍射儀多數采用步進(jìn)電機來(lái)驅動(dòng)測角儀轉動(dòng),因此實(shí)際上轉動(dòng)并不是嚴格連續的,而是一步一步地(每步0.0025°)跳躍式轉動(dòng),在轉動(dòng)速度較慢時(shí)尤為明顯。但是檢測器及測量系統是連續工作的。
  連續掃描的優(yōu)點(diǎn)是工作效率較高。例如以2θ每分鐘轉動(dòng)4°的速度掃描,掃描范圍從20~80°的衍射圖15分鐘即可完成,而且也有不錯的分辨率、靈敏度和精確度,因而對大量的日常工作(一般是物相鑒定工作)是非常合適的。但在使用長(cháng)圖記錄儀記錄時(shí),記錄圖會(huì )受到計數率表RC的影響,須適當地選擇時(shí)間常數。
  17.步進(jìn)掃描:粉末衍射儀的一種工作方式(掃描方式)。試樣每轉動(dòng)一步(固定的Δθ)就停下來(lái),測量記錄系統開(kāi)始測量該位置上的衍射強度。強度的測量也有兩種方式:定時(shí)計數方式和定數計時(shí)方式。然后試樣再轉過(guò)一步,再進(jìn)行強度測量。如此一步步進(jìn)行下去,完成角度范圍內衍射圖的掃描。
  用記錄儀記錄衍射圖時(shí),采用步進(jìn)掃描方式的優(yōu)點(diǎn)是不受計數率表RC的影響,沒(méi)有滯后及RC的平滑效應,分辨率不受RC影響;尤其它在衍射線(xiàn)強度極弱或背底很高時(shí)特別有用,在兩者共存時(shí)更是如此。因為采用步進(jìn)掃描時(shí),可以在每個(gè)θ角處作較長(cháng)時(shí)間的計數測量,以得到較大的每步總計數,從而可減小計數統計起伏的影響。
  步進(jìn)掃描一般耗費時(shí)間較多,因而須認真考慮其參數。選擇步進(jìn)寬度時(shí)需考慮兩個(gè)因素:一是所用接收狹縫寬度,步進(jìn)寬度至少不應大于狹縫寬度所對應的角度;二是所測衍射線(xiàn)線(xiàn)形的尖銳程度,步進(jìn)寬度過(guò)大則會(huì )降低分辨率甚至掩蓋衍射線(xiàn)剖面的細節。為此,步進(jìn)寬度不應大于最尖銳峰的半高度寬的1/2。但是,也不宜使步進(jìn)寬度過(guò)小。步進(jìn)時(shí)間即每步停留的測量時(shí)間,若長(cháng)一些,可減小計數統計誤差,提高準確度與靈敏度,但將損失工作效率。
  18.能量色散型X射線(xiàn)衍射儀:粉末衍射儀的一種工作方式(掃描方式),常用。試樣和接收狹縫以角速度比1:2的關(guān)系勻速轉動(dòng)。在轉動(dòng)過(guò)程中,檢測器連續地測量X射線(xiàn)的散射強度,各晶面的衍射線(xiàn)依次被接收。計算機控制的衍射儀多數采用步進(jìn)電機來(lái)驅動(dòng)測角儀轉動(dòng),因此實(shí)際上轉動(dòng)并不是嚴格連續的,而是一步一步地(每步0.0025°)跳躍式轉動(dòng),在轉動(dòng)速度較慢時(shí)尤為明顯。但是檢測器及測量系統是連續工作的。
  連續掃描的優(yōu)點(diǎn)是工作效率較高。例如以2θ每分鐘轉動(dòng)4°的速度掃描,掃描范圍從20~80°的衍射圖15分鐘即可完成,而且也有不錯的分辨率、靈敏度和精確度,因而對大量的日常工作(一般是物相鑒定工作)是非常合適的。但在使用長(cháng)圖記錄儀記錄時(shí),記錄圖會(huì )受到計數率表RC的影響,須適當地選擇時(shí)間常數。
  19.位敏正比檢測器衍射儀:位敏正比檢測器(PSPC)是一種新型射線(xiàn)檢測器。它不僅能進(jìn)行粒子計數測量,而且通過(guò)與它配合的一套時(shí)間分析系統能夠同時(shí)得到粒子進(jìn)入檢測器窗口的位置坐標。因此用PSPC進(jìn)行測量可以獲得如用感光軟片進(jìn)行記錄時(shí)同樣豐富的信息。PSPC得到的信息直接實(shí)時(shí)地由計算機系統進(jìn)行處理,能立即得到實(shí)驗結果。應用PSPC已經(jīng)成功地發(fā)展了一種新型的衍射儀——PSPC衍射儀,它能對整個(gè)可測量范圍內的衍射進(jìn)行同時(shí)記錄,是一種高速多晶衍射設備,特別適用于跟蹤動(dòng)態(tài)過(guò)程的衍射研究。
  20.微區衍射儀:是按平行光束型衍射幾何設計的,使用特殊的大窗口閃爍檢測器或環(huán)形窗口的正比檢測器。工作時(shí),檢測器沿入射線(xiàn)方向移動(dòng),通過(guò)固定直徑的環(huán)形狹縫對各衍射錐面的總強度依次地進(jìn)行測量。由于它使用細平行光束,故能對樣品的一個(gè)微區(直徑可小至30μm)進(jìn)行衍射分析。
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