幾種常用多晶X射線衍射法的試驗技術比較

幾種常用多晶X射線衍射法的試驗技術比較
研究粉末X 射線衍射最常用的實驗技術目前除衍射儀法外，還有粉末照相法和Guinier 照相法。粉末照相法（Debye-Scherrer 照相法），歷史最久遠，從1916 年Debye 與Scherrer 取得第一張粉末X 射線衍射圖，至今已近80 年了，但是它仍是普遍使用的最基本的粉末衍射實驗技術。聚焦型的Guinier 照相機分辨率好，應用了彎晶單色器，壓力表| 壓力計| 真空表| 硬度計| 探傷儀| 電子稱| 熱像儀能得到嚴格單色輻射的粉末衍射照片，其應用現(xiàn)在也越來越廣。粉末衍射儀以其取得的粉末衍射數(shù)據(jù)的高質量（精確、高分辨），測量的迅速、儀器的自動化與智能化程度高等優(yōu)異的性能，而成為目前應用最廣、最普遍的一種粉末衍射實驗技術。
　　粉末衍射儀法和粉末衍射照相法各有其優(yōu)點、特點，也各有其缺點，比較如下：
（1）方法的特點
　　粉末衍射儀法是用檢測器逐個測量每一個衍射的位置和強度，而照相方法則是用底片同時記錄可攝角度范圍內的全部衍射線。所以，若需檢查衍射環(huán)的外貌特點（是否不連續(xù)，樣品中是否存在擇優(yōu)取向等）時，則用照相法較為方便。
（2）對樣品的要求
　　樣品的最少用量兩種方法差別很大。要得到一張好的粉末圖，衍射儀所需的粉末的體積至少為0 . lml，如果對線條的強度數(shù)據(jù)要求不高，則有0.02ml體積的粉末也足使用，這和聚焦照相機所需的樣品起碼用量差不多。D-S．照相法樣品用量很少，用0.0015ml 便可以攝錄一張很好的粉末照片。因此D-S．照相法便于鑒定不均勻樣品的物相組成，通過顆粒外觀形狀的差別或硬度、顏色、光性等的差異，用手檢分離少量顆粒，便足供照相之用了。而對于成塊樣品，用衍射儀進行檢驗比較方便，樣品不一定要制成粉末，只需加工出一個平面則可使用。若樣品需要避免環(huán)境氣氛的影響（如樣品易潮和易氧化的情況）, 則似乎用D-S．照相法容易解決。
（3）強度數(shù)據(jù)的質量
　　用粉末衍射儀法獲得的衍射強度數(shù)據(jù)的準確度遠高于照相方法。用衍射儀能直接獲得衍射線的形狀；而照相法只能得到用測微光度計測量的底片上線條切面的黑度分布。衍射儀的X 射線強度測量系統(tǒng)，在自宇宙的背底計數(shù)（1 計數(shù)／秒）至105計數(shù)／秒這樣大的強度范圍內，有很好的線性；而在照相方法中同一底片上用眼力對比可測的強度范圍僅為10：1 ，而且黑度與X 射線強度一般不呈線性關系，需經(jīng)過黑度-強度校正后才能得到強度數(shù)據(jù)。用多重底片法可以擴展強度的測量范圍，但也增加了底片校正的復雜性。
　　使用晶體單色器能夠得到質量很好的衍射圖。在粉末衍射儀中單色器可以有兩種位置選擇：放在入射側或衍射側的路徑上；而在Guinler 相機中只能在入射側（D-S．法實際上不便使用晶體單色器）。把單色器放在衍射側可以避免由于單色器對入射線光譜輪廓的影響而產生的衍射線輪廓的畸變。衍射儀方法還可以應用電子學的脈沖幅度分析技術作為一種單色化手段，即使不用單色器，僅用正比檢測器或閃爍檢測器加脈沖輻度分析器，所得衍射圖的峰高／背底值常常可以和用單色器所得的衍射圖相媲美。
（4）衍射角θ測量的準確度
　　粉末衍射儀用雙重掃描法可以測準至0.005°（2θ），線形重心的測量可以準至0.001°（2θ）；而在照相法中若用114.6mm 直徑的照相機，用游標尺測量衍射線的位置，D-S．照片可做到士0.1mm （相當2θ準到士0.1° ) , Guinier 照片可做到士0.05 mm （相當2θ準到士0.025°）。前者的測量誤差是后者的四倍。用測微光度計掃描照片測定衍射線的位置，準確度能比游標尺測量時高些，但仍不及衍射儀法。但是2θ測量系統(tǒng)誤差的高精確校正，衍射儀法較其他方法都復雜。在進行高精確度2θ測量時，無論用衍射儀或照相方法，都要求精心的實驗步驟，都很費時間。
（5）2θ分辨能力
　　粉末衍射儀的圖和Guinier 照片都能達到很好的分辨程度。在良好的校直條件下， Cu Kα1、Kα2雙重線在衍射儀圖上于30°（2θ）附近的范圍上便能區(qū)分開來，而在D-S．照片上很少能在90°（2θ）以前的區(qū)域上能區(qū)分開來的。同一個樣品的衍射儀圖和Guinier 照片的光度計掃描圖，其衍射峰的半高度寬僅為D-S．照片的幾分之一（均在最佳分辨力條件下進行比較）。Guinier 照相機的分辨力幾乎是D-S．相機的五倍。
（6）速度
　　粉末衍射儀能立即得到數(shù)據(jù)，因此若只需觀測若干個衍射時，實驗時間時十分節(jié)省，而照相方法則不能按這種方式進行。衍射儀特別便于進行在動態(tài)過程中跟蹤測量某些衍射峰的變化。
（7）特殊條件
　　在衍射儀上，樣品周圍有較大的空間，較之照相方法易于添加一些附屬裝置以便在一些特殊條件下，（高溫、低溫、氣氛、高壓等）研究樣品的變化。
( 8 ）設備
　　照相法需要備一個暗室，需要做暗室工作。但它不要求高穩(wěn)定度的X 射線發(fā)生器，照相設備的使用、調整等也較簡單，設備費用較低。衍射儀法的設備復雜，費用昂貴，但技術先進，容易自動化、智能化。
　　通過上面的比較，可見粉末衍射實驗方法的選擇，要看樣品的形式與量以及對數(shù)據(jù)的要求而定。