הבנת תפקידם של דמויות דוגמיות ב- X-ray Diffraction

דיפרקציה רנטגן (XRD) היא אחת הטכניקות הנפוצות ביותר לקביעת מבנה קריסטל, שלב הרכב ותכונות מיקרו-מבנה של חומרים.איכות דפוס ההיקף תלוי ישירות על האופן שבו הדגימה מוכנה.אפילו מדחום מתקדם ביותר אינו יכול לפצות על דגימה מתקדמת ביותר, בין המשתנים הרבים תחת שליטתו של חוקר, הגודל והצורה של שני המידות המדויקות, מאפשר זיהוי מדויק של חומר מדויק, כלומר, מאפשר זיהוי מדויק של חומר מדויק של חומר מדויק של חומר מדויק, כלומר, כלומר, מאפשר זיהוי בעל השפעה מדויקת של חומר דרמטי, כלומר, כלומר, כלומר, בין משתנים.

מאמר זה בוחן את הסיבות הפיזיות מדוע גודל הדגימה וכושר החומר, מספק אסטרטגיות מעשיות עבור אופטימיזציה, ומחברת את השיקולים האלה ליישומים משותפים של XRD כגון זיהוי שלב, חדד, ומדידה של השמנה.

חשיבות גודל הדגימה ב XRD

גודל הדגימה משפיע על נתוני XRD באמצעות מספר מנגנונים הקשורים אליו.האפקט המיידי ביותר הוא על עוצמתם הכוללת של חומר מואר יותר מכיל בדרך כלל יותר גבישים שיכולים לתרום לאות הניתוק, שיפור היחס בין האות לרעש ולהפוך השתקפות חלשה לזיהוי.עם זאת, מעבר לנקודה מסוימת, הגדלת גודל הדגימה מביאה לירידה משמעותית בעלויות וניתן להציג בעיות חדשות.

אותות אינטנסיביות והכרך הבלתי ממומש

עוצמתו של שיא של דיפרציה היא פרופורציה למספר של קריסטלים המספקים את מצב Bragg. עבור סעיף צלב של קרן נתונה, מדגם עבה או רחב יותר מגביר את נפח הפיזור היעיל.זה חשוב במיוחד כאשר לומד חומרים עם כוח פיזור נמוך, כגון תרכובות אורגניות או פולימרים. במקרים אלה, באמצעות מדגם גדול יותר - בתוך גבולות מעשיים - יכול לעזור לייצר דפוס עם אפליה נאותה ⁇ .

עם זאת, היחסים אינם ליניאריים. צילומי רנטגן נספגים כאשר הם נוסעים דרך הדגימה.עבור דגימות עבות, הדבור עשוי להיות מוגדל לחלוטין לפני להגיע לשכבות העמוקות יותר, כך עומק חדירה יעיל הוא סופי.הדגימה האופטימלית היא בדרך כלל בין 0.1 מ"מ ל 2 מ"מ עבור אבקות אורגניות ביותר, בהתאם להפחתה ליניארית של חומר.

השפעות שליליות וצורך בתתיק אחיד

Absorption אינו אחיד בכל זוויות דיפרקציה.אורך הנתיב של קרן רנטגן בתוך הדגימה שינויים עם זווית diffraction 2 ⁇ . ב זוויות נמוכות, הדבורה עוברת מרחק ארוך יותר דרך החומר והוא נספג חזק יותר.זה מוביל עיוות אינטנסיביות אנגולרית תלוי הידוע בשם הגורם ספיגה.

If the sample is too thin, some of the beam passes through the specimen without interacting, reducing the diffracted intensity and potentially changing the apparent peak intensities. This can mislead quantitative phase analysis, especially when using the reference intensity ratio (RIR) method. A minimum sample thickness of about 3 / μ is recommended to achieve “infinite thickness” conditions for reflection‑mode XRD.

סטטיסטיקות גרלין והסיכון של תבניות ספוטיטי

בדגימה פוליקליתליין, כל גרגר הוא אחד קריסטל מוכווני בכיוון מסוים.כדי לייצר טבעת דיפרקציה חלקה ומתמשך (בגומטריה Debye-Scherrer) או פרופיל פסגה עקבי (ב Bragg-Brentano גיאומטריה), מספר גדול של דגנים עם אוריינטציה אקראית חייב להיות מואר.אם נפח הדגימה קטן מדי, מספר גרגרי שתורמים להשתקפות מוגבלת, או "גמישות" מובילת" מוגבלת.

כלל אצבע נפוץ הוא כי לפחות 106 - 108 גרגרי צריך להיות מדגימה כדי להשיג סטטיסטיקות אינטנסיביות. עבור אבקה טיפוסית עם גודל גרגר של 10 μm, נפח של בערך 1 מ"מ3 הוא מספיק. אם גודל הדגנים גדול יותר - לדוגמה, 100 מיקרומטר - נפח הנדרש עולה ל -100 מ"מ3 או יותר. זה מדגיש את המשחק בין גודל מדגם וחלקיק: חוקרים עובדים עם נפח cosotrome צריך גדול יותר כדי להשיג חומרים סטטיסטיים.

השפעת הדוגמת צורת הדגמה על איכות נתונים

צורת הדגימה קובעת כיצד קרן רנטגן אינטראקציה עם פני השטח של הדגימה וכיצד קרן diffracted נאסף.שלושת צורות הדגימה הנפוצות ביותר הן אבקות, צלחות מוצקות שטוחות (או בלוקים), ומכרסמים (או capillaries).

דוגמאות אבקות: תקן הזהב עבור אוריינטציה אקראית

אבקות קרקעיות יפות הן הצורה המועדפת ביותר עבור ניתוחים איכותיים וכמותיים של XRD. גרינינג מפחית כל גרגר לממדי קטן הרבה יותר מאשר החלקה של beam cross-סעיף ומבטיח כי הקריסטלים מוכוונים באופן אקראי ביחס לאת האירוע.חלוק אוריינטציה אקראית היא חיונית כי הגיאומטריה Bragg-Brentano מסתמכת על מדידה של כל ההשתקפות אפשרית.

בפועל, דגימות אבקה הם בדרך כלל לבעל שטוח או ארוז לתוך הר חלל.המטרה היא ליצור משטח חלק, שטוח כי הוא שופע עם קצה העליון של הבעלים. אם פני השטח הוא גס או לא אחיד, אפקט defocusing להפחית את האינטנסיבי ולהרחיב את השיאים.

פלטות שטוחות ודגימות סולידריות: אתגר הטיפוח-האופטימי

דגימות מוצקות כגון גליונות מתכת, אריחים קרמיקה, או דגימות גיאולוגיות לעתים קרובות ניתחו בצורתם כפי שמקובלת. בעוד זה משמר את המיקרו-מבנה הילידים, זה לעתים קרובות מציג אוריינטציה המועדפת (טקסטורה) בדגימה מרקם, מטוסים גבישיים מסוימים מתואמים באופן מועדף בכיוון אחד.זה מוביל לייצוג חזק של כמה פסגות של משקעים ודיכוי של אחרים.

אוריינטציה מועדפת הופכת את זיהוי השלבים לקשה יותר מכיוון שהיחסים העוצמתיים הצפויים מדפוסי ההתייחסות (כרטיסי PDF) אינם מתאימים עוד לנתונים שנמדדים.זה גם מסבך ניתוח כמותי וזיקוק ריטונד, אשר חייב לקחת בחשבון את הפונקציה ההפצה אוריינטציה (ODF) במקרים מסוימים, הבעיה יכולה להיות מנקה על ידי הפעלת הדגימה במהלך מדידה או על ידי איסוף נתונים מזווית מרובות.

רוד-שפד ו- Capillary Samples: היתרונות של חומרים רגישים אוויר

דגימות Capillary משמשים בדרך כלל עבור שידור-Mode XRD, במיוחד עבור תרכובות אורגניות, תרופות וחומרים רגישים אוויר.הדגם ארוז לתוך זכוכית דקת חומה או quartz capillary עם קוטר פנימי של בדרך כלל 0.3 מ"מ ל 1.0 מ"מ.הצורה הצילינדינבית מבטיחה כי אורך beam הוא בערך קבוע עבור כל זוויות דיפרנציות, אשר מפשטות באופן טבעי את הגאומטריה.

האתגר העיקרי עם capillaries הוא נפח הדגימה המוגבל. כי כמות החומר הוא קטן, אינטנסיביות diffracted הוא נמוך יחסית, וזמני ספירה ארוכים יותר הם לעתים קרובות הכרחי.בנוסף, אריזה את האבקה באופן אחיד לתוך קפילארי ללא היכרות של ריקות או צפיפות ⁇ s דורש מיומנות וטכניקה זהירה.

עיגולים ו Flatness

ללא קשר לצורה המדגם, איכות פני השטח יש השפעה עמוקה על דפוס diffraction.עבור מדידות השתקפות-mode, האירוע beam מכה את פני השטח בזווית רדודה, וכל אי סדירות משטח גורמת לעקירה של מטוס ה diffraction היעיל.זה מסיט את עמדות השיא לכאורה, המוביל שגיאות בקביעת פרמטר lattice. aמשטח גדול יותר מ -10μm יכול לייצר קמצוץ נמוך.

שיטות נפוצות לשיפור איכות פני השטח כוללות לחיצה על האבקה עם שקופיות זכוכית, באמצעות בעל דגימה חד פעמית, או בעדינות חולף דגימות מוצק עם נייר רעוע דק.הדגימה עצמה חייבת להיות מכוונת בזהירות כך שמשטח הדגימה הוא בדיוק coplanar עם מטוס ההתייחסות בעלים - עיוות של אפילו 0.1 מ"מ יכול לגרום לשינוי של כמה מאות מעלות של תואר.

המונחים: Optimized Sample

אופטימיזציה של גודל הדגימה וצורה היא פעולה איזון תלויה בתכונות החומריות, תצורה של מכשיר XRD, ואת המטרה המדעית.

גודל חלקיקים וגידול

גודל החלקיקים האידיאלי עבור אבקה XRD הוא בדרך כלל בין 1 מיקרומטר ו 10 μm. חלקיקים קטנים יותר מ 1 μm יכול להציג שיא הרחבה בשל תרומות בגודל (Scherrer להרחיב), בעוד חלקיקים גדולים יותר מ 10 μm להגדיל את הסיכון של אוריינטציה מועדפת וסטטיסטיקות ספירת עניים.

עבור חומרים שקשה לטחון, כגון מתכות דוקטריות, הגשת או חיתוך עשויים להיות נחוצים.הדגם המתקבל יש למקם כדי להסיר שברים קוארזה שיכולים להפיג את איכות הנתונים.

תגיות: Thickness and Packing Density

בגאומטריה ההשתקפות, הדגימה צריכה להיות עבה מספיק כי קרן רנטגן נספג לחלוטין בתוך הדגימה.עבור חומר עם μ סגסוגת לינארי של רזולוציה של 100 ס"מ -1, עובי של בערך 0.3 מ"מ מספיק.עבור חומרים קליטורים באופן חלש כמו תרכובות אורגניות (μ ⁇ 10 ס"מ -1), עובי של 3 מ"מ או יותר הוא צורך.

בגאומטריה של שידור, קוטר capillary האופטימלי תלוי בקליטת הרקורד.נקודת התחלה טובה היא לבחור קוטר כזה μD ⁇ 1, שבו D הוא הקוטר הפנימי של capillary.זה נותן איזון סביר בין אינטנסיביות מלוטשת ואובדן ספיגה.

טכניקות הרהורים ליעילות

שיטות שונות של עלייה מתייחסות לאתגרים ספציפיים:

  • (FLT:0) העלאה של ההרחבה: אבקת ה-FLT:1: אבקת ארוזה לתוך חלל מהצד הקדמי.זה מהיר אבל יכול להציג אוריינטציה המועדפת כי החלקיקים נוטים להתאים את הכיוון הדוחק.
  • (ב) [ה]: [ה]הההתב"ה]: ה"האבקה" נארזת מן גבו של בעל השטח המחוספס, ואז בעל השטח מקטין את הכיוון המועדף ומייצר משטח חלק יותר מומלץ לעבודה כמותית.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ (ב) , (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [ה]: [ה], [ה],] [ה], [ה],] [ה], [ה],] ה[[המאה ה-20], היא ה[[המאה ה-20]], ו[[1924]],]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]

המונחים: Sample Geometry

מעבר לגודל הבסיסי ולפרמטרי הצורה, יש תופעות עדינות יותר המשפיעות על איכות הנתונים.אלה כוללים מיקרו-תזונה, ניתוח מרקם ותנאים סביבתיים.

מיקרו-חומרה והשפעתה על ניתוח Quantitative Analysis

מיקרו-חומרה מתעוררת כאשר הדגנים הבודדים במדגם רב-phase יש באופן משמעותי משככי ספיגה ליניארית.שלב הספוג יותר נוטה לספוג צילומי רנטגן שמקורם בשלב פחות סופג, המוביל להפחתה של אינטנסיביות המנוכרת של השלב המנופח מן השלב הספוג.אפקט זה הוא בעייתי במיוחד לניתוח שלב כמותי באמצעות שיטת RIR או Rietveltveld.

ניתוח טקסט וקידום

כאשר אוריינטציה מועדפת לא ניתן להימנע - לדוגמה, כאשר ניתוח סרטים דקים או גלידות מתגלגל - הדגימה חייבת להימדד בזווית הטיה מרובות ( ⁇ ) וזווית הסיבוב ( ⁇ ) כדי לאפיין את המרקם. a מרקם goniometer משמש לאסוף דמויות קטנטנות, המתארות את הפצת הכיוון.הנתונים האלה חיוניים עבור מבנה מדויק של מבנה מדויק במונומנטים פולומנטים.

טמפרטורה, הומור ואיכות הסביבה

גודל וצורה יכולים גם אינטראקציה עם תנאים סביבתיים.כאשר משתמשים בשלב עתירי גבוה, הדגימה היא לעתים קרובות דיסק דק או גלולה מלחיצה כי חייב להישאר יציב תחת רכיבה תרמית.ההתרחבות הירומית עלולה לגרום לדגימה להשתנות יחסית למרכז הגיאומטר, הדורשת היערכות זהירה.עבור חומרים רגישים לחות, הדגימה עשויה להיות חתומה או מוגן עם פולימר, אשר יש צורך לשנות את התמונה יעילה עבור תיקון יעיל עבור שינויים.

אסטרטגיות מעשיות לשיפור איכות נתונים

שיפור איכות הנתונים של XRD באמצעות הכנת הדגימה אינו דורש ציוד יקר.רבים מהאסטרטגיות היעילות ביותר הן פשוטות ועלויות נמוכות.

הוראות שלב-בי-צעד לדגימות אבקה

  1. (ב) ⁇ :0) ⁇ את החומרי של ההרחבה 1 במטרת אגייט או tungsten carbide עד שהוא מרגיש כמו קמח דק.
  2. (ב) ויקרא יא"ד: "ה', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב', ב'.
  3. (ב) ,0) בחר את בעל המתאים FLT:1 - השתמש בעומס צד או גב מטען ניתוח כמותי.
  4. (ב) [15] ,0) , ⁇ (ב) את האבקה בחריפות ובמדים (ב"ג) ללא הפעלת לחץ מופרז שיגרום לנטייה.
  5. (ב) ויקרא י"ד: "ה', ב': "ה', ב'" (ב)" (ב"ב) "ה', ב"ה', ב') "ה', ב'"ה', ה', ה', ה'"ה', ה' יש לה'"ל" (בראשית כ"ד).
  6. (ב) עיין בפרשת ה[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]
  7. (FLT:0) Record סריקה מהירה מבחן 1 (FLT:1) ולבדוק את ההתעלות על פני התבנית הצפויה.

המונחים: instrument Setup

אופטימיזציה של המכשיר גיאומטריה יכול להשלים את שיפור הכנת הדגימה.שימוש בזחלת המבדילה את אורך הדגימה מבטיח כי קרן הכלולה לחלוטין בתוך פני השטח המדגם בכל 2 זוויות ⁇ .עבור דגימות עם שטח קטן, סליטה צרה צריך לשמש כדי להימנע overspill, אשר מוסיף רקע ולהפחית את האמינות.

סיבוב דגימות הוא כלי רב עוצמה לשיפור סטטיסטיקות דגנים. רוטט את הדגימה במהירויות של 30-60 ריאל במהלך הסריקה ממוצעים את התרומות מדגנים בודדים ומייצרת פסגות חלקה יותר.זה מועיל במיוחד עבור דגימות עם גרגרי קורקזה או אוריינטציה מועדפת קלה.

שיטות תיקון נתונים עבור דגימות Imperfect

גם עם הכנה זהירה, כמה אפקטים שאריות עשוי להישאר. המודרנית XRD התוכנה מספקת שגרות תיקון שיכולים להפחית את הבעיות האלה.

  • (ב) ,0) תיקון סליחות (ב) לדגימות דקות או ל- capillaries
  • (ב) ,0) תיקון קלפיות (לא כולל)
  • (ב) ,0) ,בחזרה ל[[1924]]
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תיקונים אלה צריכים להיות מיושם בזהירות.תיקון יתר יכול להציג שגיאות שיטתיות כי הם גרועים יותר מאשר הבעיה המקורית.הגישה הטובה ביותר היא למזער את הפריטים בשלב ההכנה של הדגימה ולהשתמש תיקונים רק ככלי משני.

חיבור איכות הדגימה ל-Scientology Outcomes

המטרה הסופית של קידוד גודל הדגימה וצורה היא להשיג נתונים התומכים במסקנות מדעיות חזקות. אי דיוק נחיתות שיא יכול להוביל לזיהוי של שלבים, פרמטרים לא נכונים, ותוצאות כמותיות שגויות.זה חשוב במיוחד בתחומים כגון תרופות, שבו נוכחות של כמות קטנה של פולימורפ שונה יכולה להשפיע על יעילות סמים והגנה על פטנטים.

השקעה של זמן בהכנה מדגם משלמת דיבידנדים בתדמית נתונים.דגימה מוכנה היטב ניתן למדוד שוב חודשים מאוחר יותר לייצר את אותה תבנית בתוך רעש סטטיסטי.ההתאמה מחדש מאפשרת לחוקרים להשוות נתונים בין מעבדות ולבנות מסדי נתונים אמינים.

מסקנה

גודל וצורה הם לא לאחר בדיקות בניתוח XRD - הם מבוססים על איכות נתונים. מדגם קטן מדי, קוהרזה מדי, או בצורת גרועה יפיקו חוקרים רועשים, מעוותים או לא-סבירים דפוסים כי בזבוז זמן ופירוש לא נכון, על ידי הבנת הפיזיקה הבסיסית של ספיגה, סטטיסטיקה עובי, נטייה המועדפת, החוקרים יכולים לעצב את הדגימה שלהם כדי להתאים את דרישותיהם ספציפיות כגון תרגול מדויק.