The Challenge of see the Unseen in X-ray דיפרנס

דיפרקציה רנטגן (XRD) היא אחת הטכניקות הנפוצות ביותר לזיהוי של שלבים גבישיים בחומרים מוצקים.ביישומים מעשיים רבים - כגון ניסוח תרופות, כימיה מלט, פיתוח זרז וניתוח גיאולוגי - החומר של העניין מכיל לא רק שלב דומיננטי אלא גם שלב אחד או יותר קטן.שלבים קטנים אלה יכולים להיות נוכחים בריכוזים כמו משקל קטן, אך עדיין יכול להפעיל השפעה מכנית על חומרים מכניים או אופטיים, ולכן, ולכן, ולכן, כגון בקרה כימית או יותר.

עם זאת, גילוי אמין של שלבים קטנים אינו רק עניין של גלאי רגיש או מקור רנטגן בהיר. גורם מפתח הקובע לעתים קרובות אם קו פיזור חלש משלב קטן יכול להיות נפתר מן התבנית החזקה יותר של שלב גדול הוא זיהוי:0instrumental resolutionFLT:1 החלטות לשלוט רוחב וצורה של פסגות דיפרנציות, באופן ישיר כיצד ניתן לראות את התכונות הפיזיות ביותר של רזולוציה גבוהה יותר של רזולוציה גבוהה או ירידה.

מה ההחלטה הבלתי נשכחת ב-XRD?

בהקשר של דיפרקציה רנטגן, החלטה אינסטרומנטלית מוגדרת כהיכולת של מדמטר להפריד שני שיאים של דיפרצה מעומקת היטב.כלי ברזולוציה גבוהה מייצר שיאים צרים המפוזרים בבירור אחד מהשני, בעוד כלי רזולוציה נמוכה מניב שיא רחב יותר שעשוי לחפוף או למזג לחלוטין את ההחלטה הוא בדרך כלל מאומת על ידי רוחב מקסימלי (Fraction) לאחר הרזולוציה גבוהה יותר; לאחר הרזולוציה גבוהה יותר; M.

חשוב להבדיל בין ⁇ :0 [הרזולוציה] של רזולוציה ⁇ 1:1 (הגבול התיאורטי שנקבע על ידי אורך הגל רנטגן, מונוכרמורמטור ואופטיקה) ו- FLT:2practical resolutionuaFLT:3 נמדד בתנאים ניסיוניים בלבד.

אחת הדרכים לדמיין את ההחלטה היא באמצעות הפונקציה של פתרון המכשיר, המתארת כיצד רוחב השיא משתנה עם זווית דיפרקציה.התמונים המודרניים המשמשים ברזולוציה גבוהה של אבקת רזולוציה להשיג ערכי FWHM על סדר של 0.02-0.08 ° 2 ⁇ , בעוד מכשירים מעבדה סטנדרטיים פועלים לעתים קרובות בטווח 0.1-0.3 מעלות צלזיוס.

כיצד החלטה בלתי נשכחת משפיעה על גילוי השלבים הקטנים

הבעיה של Peak Overlap

שלבים קטנים מייצרים שיאים של פיזור כי הם בדרך כלל אחד עד שלושה פקודות של גודל חלש יותר מאשר השיאים החזקים ביותר של השלב הגדול. כאשר FWHM של שיאי שלב העיקריים הוא גדול, אפילו פחות מופרד מדי עד בינוני יכול להיקבר מתחת לזנבים של השתקפות חזקה יותר.בתבנית רזולוציה נמוכה, שיא חלש כי הוא בתוך 2-3 פעמים FWHMUM עשוי להיות עמוק יותר ברור יותר גבוה יותר, כי הוא גבוה יותר, כי הוא חזק יותר גבוה יותר, כי הוא חזק יותר, כי הוא במהירות גבוהה יותר, כי הוא חזק יותר, כי הוא חזק יותר רזולוציה גבוהה יותר, כי הוא חזק יותר, כי הוא חזק יותר, כי הוא רזולוציה גבוהה יותר, 000.

שקול דוגמה קונקרטית: מדגם המכיל 2 wt% של quartz בשלב גדול של קורטונדום.השיא הגדול ביותר של quartz 26.6 ° 2 ⁇ (Cu Kα) קרוב למספר השתקפות קורטונדום.על שלב קונבנציונלי של diffractometer עם FWHM של 0.2 מעלות, שיא quartz עשוי להופיע רק כתף על פסגת קוקום.

אותות ל-Noise Ratio ו- Peak Visibility

ההחלטה גם אינטראקציה עם יחס אות-לא-מס (SNR) פסגות Narrower מתרכזת בעוצמה המנוכרת בטווח זווית angular קטן יותר, הגדלת גובה השיא ( עוצמת הרשת) בעוד הרעש הרקע נשאר קבוע בערך.זה משפר את עוצמת ה-FLT:0peak-to- ⁇ FLT:1, מה שהופך את קווי הפחתת הראייה הקטנים יותר גלויה.

התפקיד של מורכבות רקע

דגימות אמיתיות רבות יש תרומות שליליות, פלואורסנס, או מפוזרים כי להעלות את רמת הרקע. ברזולוציה נמוכה, הרקע יכול גם להציג פחתות ארוכות טווח כי לחקות שיאים נמוכים. רזולוציה גבוהה עוזר על ידי חדד את התכונות, ומאפשרת פסגות חלשות בראג לעמוד בבירור יותר נגד רקע קבוע יחסית. במקרים קיצוניים, בהחלטה נמוכה מאוד יכול לגרום לשיאים קטנים עד כדי כך הם רחבים כי הם מרקע רחב.

גורמים שהחלטה בלתי פוסקת

דיפרקציה גיאומטריה ואופטיקה

הגאומטריה הנפוצה ביותר במעבדה הם Bragg-Brentano (reset) ו- Debye-Scherrer (transmission) כלי Bragg-Brentano משתמשים לעתים קרובות במונות-beam או סולר Soller כדי להגביל את התפצלות axial.הבחירה של קבלת סליטה, סלפיות שונות, ואנטי-scatterit משפיע ישירות על FWHMcusing.

(FLT:0) מקור גודל ו- FocusFLT:1 גם משנה: צינור רנטגן ממוקד דק (למשל, 0.4 מ"מ × 8 מ"מ) מניב פתרון טוב יותר מאשר צינור ארוך טווח סטנדרטי של פוקוס, אבל בטמפרטורה נמוכה יותר.

סוג Detector

גלאי נקודה (Scintillation או ניגודים פרופורציונליים) בשימוש במצב שלב-scan להציע את הפתרון הזוויתי הטוב ביותר כי הם סופרים photons בכל שלב דיסקרטי עם ממוצע מינימלי מרחבי, עם זאת, הם איטיים. מודרני 1D ו 2D גלאי (CCDs, רצועות, גלאי CMOS) מציעים יתרונות עצומים אבל להציג כמה רמות של ANGL-IUMX (בדרך כלל) נמוך יותר גבוה יותר (עד 50D) יש רמות של ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

X-ray Wave אורך ו- Monochromatization

אורכי גל קצרים (למשל, Ag Kα, 0.56 ⁇ ) מניב שיאים במונחים של 2 ⁇ עבור ספאקר מוקרן בין-תוכניתי, כי זווית החתך קטנה יותר.עם זאת, ה- Tradingoff המסחרי הוא כי הפרדה שיא גם מתכווץ, כך שרזולוציה בחלל הדדי עשויה לא לשפר.

אלמנטל וקאליברציה

אפילו האופטיים המשובחים ביותר יפיקו החלטה גרועה אם המכשיר מופרז כראוי תיקון אפס, מיקום גלאי ריצוף, ותיקון עקירת דגימה הם קריטיים.עבור עבודה ברזולוציה גבוהה, תקן חיצוני (למשל, NIST SRM 640 או 660 סדרות) משמש כדי לאפיין את הפונקציה של הפתרון של המכשיר.

אסטרטגיות לשיפור הגילוי של השלבים הקטנים באמצעות אופטימיזציה של החלטות

בחרו מדמטר גבוה של RESOLTIDiffractometer

הגישה הפשוטה ביותר היא להשתמש בכלי המיועד לפוליקת אבקה ברזולוציה גבוהה.זה בדרך כלל מדקל באורך מסור עם צינור מיקוד דק, מנוכר (G(440) מונוכרומטור (או גביש דומה), סלטים צרים, וגל נקודה המשמש במצב קצר-שלב.

התאמת Slit Sizes ו- Optics

משתמשים רבים במעבדה לא יכולים להחליף את כל מדחום ה- diffractometer, אבל הם יכולים לצמצם את ה-Seltnce Scit ולקבל סלציה. Reducing ה-Satence diupit מ 1° עד 0.5 מעלות צלזיוס מפחית את אורך הדגימה המואר, אך גם מפחית את אורך זווית הזווית הזווית הזוויתי הקשורה ל-Kreamdivnce , בדומה ל-Septit (למשל, 0.1 מ"מ"מ"מ במקום 0.3 מ"מ"מ) משפר את הרזולוציה אך גם מורידההת את ההסתברות נמוכה יותר לספירלתולעת.

אפשרות נוספת היא להעסיק מונכרומטור יוהאן של יוהאןסון בתקרית כדי להסיר את Kα2 ולהקטין את רוחב הספקטרום.זה יכול לחתוך את FWHM על ידי כמעט גורם של שניים בהשוואה לסטנדרט Kα1/Kα2 כפול.

הגדלת זמן וצעד דנטליות

עם רזולוציה גבוהה יותר, אתה בדרך כלל צריך לאסוף יותר נקודות נתונים לתואר 2 ⁇ כי שיאים להיות צר יותר.זה יכול להיות מושג על ידי שימוש גדלים קטנים יותר (למשל, 0.01 מעלות במקום 0.02) וספירת זמן ארוך יותר בשלב.הזמן הנוסף הוא לעתים קרובות מוצדק כי הנתונים המתקבלים הם קלים יותר לנתח ופסגות חלשות להיות לכמת.

השתמש ב- Peak Deconvolution ופרופיל Fitting

גם עם ההחלטה הטובה ביותר אינסטרומנטלית, כמה חפיפה שיא היא בלתי נמנעת, במיוחד בדגימות עם שלבים רבים.חבילות תוכנה מודרנית מאפשרות למשתמשים להתאים סכום של פונקציות פרופיל (למשל, פסאודו-ויגט) לתבנית המדידה.פונקציה של פתרון אינסטרומנטלית יכולה להיות לפני הספירהורה באמצעות תקן ולאחר מכן קבוע בהזכוך, המאפשרת את ההתאמה למיצוי עוצמת השיא הקטן שהוא מוסתר חלקית.

עקבו אחרי Alternative Radiation מקורות

קרינה סינכרון מציעה שני יתרונות עיקריים: מאוד גבוה פלוקס (אפשרות סלטים צרים ורזולוציה גבוהה ללא ספירת מגבלות) ואת היכולת לכוון את אורך הגל. Tuning הרחק מן הקצוות של השלב העיקרי יכול להפחית באופן דרמטי את הרקע פלואורסנס, שיפור נוסף של גילוי של שלבים קלים. עבור עבודה ברזולוציה גבוהה גבוהה, סנכרון יהיה מצויד עם גבישי ניתוח FMS יכול להשיג ערכים מתחת 0.01.

(FLT:0)Neutron diffractionFLT:1) היא טכניקה נוספת עם רזולוציה גבוהה מטבעו (בשל אורכי הגל הקטנים המשמשים) ואת היתרון של ספיגה נמוכה עבור אלמנטים רבים. בעוד ניטרון אינם תחליף ל- XRD שגרתי, הם יכולים לזהות שלבים קלים כי הם בלתי נראים על ידי צילומי רנטגן בחומרים מסוימים.

מחקרים ודוגמאות מעשיות

  • (FLT:0)Pharm פולימורפ זיהוי: קידמה 1 במחקר השווה 1 wt% של פולימורפ מטבולית בתרופה גבישית, מדמטר מעבדה עם 0.12 החלטה לא הצליח להראות את השיא האופייני ב 12.2% 2 ⁇ , בעוד כלי רזולוציה גבוהה עם 0.04 מעלות בבירור הציגה אותו.
  • (FLT:0Cement clinker ניתוח שלב: FIRLT:1 בפורטלנד מלט, שלבים קטנים כגון ליג חינם (CaO) ו periclase (MgO) נמצאים לעתים קרובות ברמות מתחת 2 wt%. השיאים שלהם נמצאים קרוב ל-0.06 גבוה אדיטה חזקה יותר ו belite.coming a conffractometer, אלה הם לעתים קרובות מפספסים על ידי שימוש ב- 0.07 מעלות צלזיוס כדי לתקן את רזולוציה חופשית.
  • (FLT:0Geological מינרלוגי:FLT:1 בדגימה של גרניט המכילה עקבות של זארוקון (נמוך כמו 0.05 wt%), הפסגה החזקה ביותר zircon ב 28.0 מעלות 2 ⁇ עם שיא quartz. מכשיר מעבדה סטנדרטי לא יכול לפתור את השניים, אבל מעבדה ברזולוציה גבוהה עם מונומטרה gäpertator חשפה את ה- zcon, המאפשר זיהוי ייחודי, אך הוא מאפשר ⁇ .

דוגמאות אלה מדגישות את החשיבות המעשית של ההחלטה.מגבלת הגילוי של שלב קטן אינה מספר קבוע, אלא תלויה במידה רבה בכלי המשמש ובמידת החפיפה.

קביעת גבולות: תפקידה של החלטה בלתי נשכחת

גבולות זיהוי ב- XRD מתבטאים בדרך כלל כשבריר משקל מינימלי של שלב שניתן לזהותו באופן אמין, בהתחשב בנתוני הספירה ובחפיפות שיא.ישנן מודלים רבים, אך אחד מהם משתמש ביחסים:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

לצורך הערכה קפדנית יותר, משתמשים צריכים למדוד את רמת הרקע ולחשב את הפסגה הקטנה ביותר שניתן להבחין בה סטטיסטית מעל רקע.ה-IUCr (International Union of Crystallography) מספק הנחיות לדיווח גבולות זיהוי; ראה FLT:0IUCr אבקת diffraction ResourcesFLT:1 לפרטים נוספים.

הגבלות וסחר-offs of High resolution

ההחלטה הגבוהה היא לא פאנצ'ה אוניברסלית.ההפרדה הזוויתית המשופרת מגיעה עלות העוצמה: לוחות צרים יותר, מונוכרומטורים, וחתיכות קטנות יותר של העוברים בגלימה הפוטונית שמגיעה לגלאי.זה יכול להוריד את יחס האות-ל-אין לרזולוציה הקטנה עצמה אם למעשה לא מורחבת בהתאם.במקרים מסוימים, מדרגה קטנה מאוד, אך נמוכה יותר, אך היא עשויה להיות מושפעת מטווח קצר יותר מאשר מטווח קצר יותר, אך ורק מטווח הראייה (אך) נמוך יותר, אך ורק במעט יותר, אך ורק במעט יותר, אך ורק במעט יותר, אך ורק יותר, אם היא נמוכה יותר, אם היא נמוכה יותר, אם היא נמוכה יותר, אם היא נמוכה יותר, אם היא נמוכה יותר, אם היא נמוכה יותר, או נמוכה יותר, או נמוכה יותר, על ידי הרזולוציה נמוכה יותר, אם למעשה, על ידי , על ידי רזולוציה נמוכה יותר, על ידי , למעשה, למעשה, על ידי טווח איטי יותר, על ידי רזולוציה קטנה יותר, על ידי רזולוציה קטנה יותר, על ידי רזולוציה קטנה יותר, היא נמוכה יותר, אם למעשה, על ידי רזולוציה קטנה יותר, היא נמוכה יותר, למעשה, למעשה, אם למעשה, אם למעשה, היא

עוד סחר-off הוא זמן איסוף הנתונים המוגדל. סריקות ברזולוציה גבוהה עם גדלים קטנים וזמני ספירה ארוכים יכולים לקחת שעות רבות עבור דפוס מלא.עבור בדיקות שגרתיות, כגון בסביבת ייצור, ייתכן כי משתמשים אלה אינם מעשיים.

מסקנה

ההחלטה האינסטרומנטאלית היא פרמטר קריטי המשפיע ישירות על היכולת לזהות ולכמת שלבים קטנים בנתונים של X-ray diffraction.רזולוציה גבוהה מפחית את חפיפות השיא, משפר את יחס הפסגות ל- ⁇ , ומאפשר את החילוץ של אותות חלשים שאחרת יאבדו.גורמי המפתח הקובעים את ההחלטה - גיאומטריה, אופטיקה, גלאי, גלאז', טוהר והיערכות - הם תחת הצרכים האנליטיים של האופטימיים, ואופטימיים, כלומר, תחת פיקוח, יכולים להיות מדויקים, כלומר, תחת פיקוח, ולטפל בהם.

על ידי בחירת המכשיר המתאים, התאמת גדלים סלקטי, באמצעות מונוכמטורים, תוך שימוש בזמני ספירה ארוכים יותר, וליישם שיטות ניתוח נתונים מתקדמות, החוקרים יכולים להפחית באופן דרמטי את גבולות הגילוי של שלבים קטנים. ולהיפך, החלטה נמוכה יכולה להוביל להפחתה של שלבים ואופי חומר לא נכון, שעלול לגרום לבעיות בביצועי מוצר, בטיחות או פרשנות מדעית.

לסיכום, הבנה וניהול בתכלית של החלטה היא מיומנות חיונית עבור כל מי שמבצע אבקה דיפרקציה.בין אם אתה עובד עם תרופות, מלטים, זרזים, או דגימות גיאולוגיות, תשומת לב לפתרון ישפר את האיכות והאמינות של ניתוח שלב שלך.לקריאה נוספת, FLT:0NIST diffraction Program 1LT 1 , מספק סטנדרטים ומומלץ, וסקירה בכתב העת של פונקציות יישומית של ALT209.