X射线衍射仪是一种基于X射线与物质相互作用的仪器,通过衍射现象揭示物质的晶体结构和晶体学信息。它广泛应用于材料科学、晶体学、结构分析和固体物理学等领域。其原理基于X射线与物质的相互作用。当X射线通过晶体或非晶体材料时,会发生衍射现象,即X射线的波动性导致它们在材料中被散射和干涉。X射线衍射仪利用探测器记录衍射X射线的强度和角度信息,并通过衍射图样的分析,推断出物质的晶体结构和晶体学参数。
在操作
X射线衍射仪时,掌握一些技巧可以有效提高测量的准确性和效率。以下是一些关键技巧:
1、样品制备
最佳粒度:确保样品粒度适中,过细或过粗的粒度都会影响衍射结果。通常推荐的粒度范围是1-5微米,这有助于获得更加清晰和准确的衍射图谱。
均匀分散:样品应在载玻片上均匀分散,避免聚集或分层,以确保X射线能够均匀照射到每个颗粒上,从而提高数据采集的代表性和准确性。
平整压实:使用玻璃板或类似工具轻轻压平样品,确保样品表面平整且与载玻片接触良好,减少测量误差。
2、仪器校准
标准样品校正:定期使用标准样品(如硅粉)进行仪器校准,以检查和调整仪器的测量精度。这一步骤对于长期使用的设备尤为重要,可以帮助发现并纠正设备的漂移和偏差。
光学系统检查:定期检查X射线光源、光路和探测器的状态,确保没有灰尘、污垢或其他遮挡物影响测量精度。必要时清洁光学元件,保持其干净无污。
软件更新:确保仪器控制和数据处理软件为最新版本,及时更新软件不仅能修复已知问题,还能提升整体性能和稳定性。
3、测量参数设置
扫描范围:根据待测样品的特性和研究目的,选择合适的扫描范围。例如,对于大多数无机材料,选择5-90°的2θ范围通常可以覆盖绝大多数衍射峰。
步进角度:设定适当的步进角度,一般情况下0.02°的步进角度能提供足够的分辨率和测量效率。对于某些需要更高分辨率的分析,可以将步进角度减小到0.01°。
扫描速度:扫描速度应根据实际需求和仪器性能来设定。较慢的扫描速度可以增加测量的准确性,但会增加测量时间。一般推荐使用每分钟1-2°的速度。
4、数据采集与处理
消除背景噪声:通过合理设置测量参数和使用基线校正技术,尽可能减少背景噪声对衍射数据的影响。必要时进行多次测量并取平均值,以提高数据的信噪比。
数据处理软件:使用专业的XRD数据处理软件,如MDI Jade或Topas,进行数据的平滑、去背底、寻峰和拟合操作。这些软件提供强大的数据处理功能,能帮助用户准确提取结构信息。
定性与定量分析:利用软件内建的数据库进行物相的定性分析,确定样品中的化合物种类。对于定量分析,可以使用参照强度比(RIR)方法或全谱拟合方法计算各相的含量。