(二) 衍射实验方法
X射线衍射实验方法包括样品制备、实验参数选择和样品测试。
1、样品制备
在衍射仪法中,样品制作上的差异对衍射结果所产生的影响,要比照相法中大得多。因此,制备符合要求的样品,是衍射仪实验技术中的重要的一环,通常制成平板状样品。衍射仪均附有表面平整光滑的玻璃或铝质的样品板,板上开有窗孔或不穿透的凹槽,样品放入其中进行测定。
1). 粉晶样品的制备
(1) 将被测试样在玛瑙研钵中研成5μm左右的细粉;
(2) 将适量研磨好的细粉填入凹槽,并用平整光滑的玻璃板将其压紧;
(3) 将槽外或高出样品板面多余粉末刮去,重新将样品压平,使样品表面与样品板面一样平齐光滑。
2). 特殊样品的制备
对于金属、陶瓷、玻璃等一些不易研成粉末的样品,可先将其锯成窗孔大小,磨平一面,再用橡皮泥或石蜡将其固定在窗孔内。对于片状、纤维状或薄膜样品也可取窗孔大小直接嵌固在窗孔内。但固定在窗孔内的样品其平整表面必须与样品板平齐,并对着入射X射线。
2、测量方式和实验参数选择
1). 测量方式
衍射测量方式有连续扫描和步进扫描法。
连续扫描法是由脉冲平均电路混合成电流起伏,而后用长图记录仪描绘成相对强度随2θ变化的分布曲线。
步进扫描法是由定标器定时或定数测量,并由数据处理系统显示或打印,或由绘图仪描绘成强度随2θ变化的分布曲线。
不论是哪一种测量方式,快速扫描的情况下都能相当迅速地给出全部衍射花样,它适合于物质的预检,特别适用于对物质进行鉴定或定性估计。对衍射花样局部做非常慢的扫描,适合于精细区分衍射花样的细节和进行定量的测量。例如,混合物相的定量分析,精确的晶面间距测定、晶粒尺寸和点阵畸变的研究等。
2). 实验参数选择
(1) 狭缝:狭缝的大小对衍射强度和分辨率都有影响。大狭缝可得较大的衍射强度。但降低分辨率,小狭缝提高分辨率但损失强度,一般如需要提高强度时宜选取大些狭缝,需要高分辨率时宜选小些狭缝,尤其是接收狭缝对分辨率影响更大。每台衍射仪都配有各种狭缝以供选用。
(2) 时间常数和预置时间:连续扫描测量中采用时间常数,客观存在是指计数率仪中脉冲平均电路对脉冲响应的快慢程度。时间常数大,脉冲响应慢,对脉冲电流具有较大的平整作用,不易辨出电流随时间变化的细节,因而,强度线形相对光滑,峰形变宽,高度下降,峰形移向扫描方向;时间常数过大,还会引起线形不对称,使一条线形的后半部分拉宽。反之,时间常数小,能如实绘出计数脉冲到达速率的统计变化,易于分辨出电流时间变化的细节,使弱峰易于分辨,衍射线形和衍射强度更加真实。计数率仪均配有多种可供选择的时间常数。
步进扫描中采用预置时间来表示定标器一步之内的计数时间,起着与时间常数类似的作用,也有多种可供选择的方式。
(3) 扫描速度和步宽
连续扫描中采用的扫描速度是指计数器转动的角速度。慢速扫描可使计数器在某衍射角度范围内停留的时间更长,接收的脉冲数目更多,使衍射数据更加可靠。但需要花费较长的时间,对于精细的测量应采用慢扫描,物相的预检或常规定性分析可采用快扫描,在实际应用中可根据测量需要选用不同的扫描速度。
步进扫描中用步宽来表示计数管每步扫描的角度,有多种方式表示扫描速度。
(4) 走纸速度和角放大
连续扫描中的走纸速度起着与扫描速度相反的作用,快走纸速度可使衍射峰分得更开,提高测量准确度。一般精细的分析工作可用较快速的走纸,常规的分析可使走纸速度适当放慢些。步进扫描中用角放大来代替纸速,大的角放大倍数可使衍射峰拉得更开。
(三) 样品测量
1、 开机
1) 打开总电源(配电箱内标注水冷,D8)和衍射仪稳压电源;
2) 启动冷却水循环机(机箱侧面总电源,面板上run);
3) 启动计算机;
4) 启动主机测角仪部分:按下主机右侧电源开关①(绿色),此时run(绿色)、Alarm(红色)、busy(黄色)三个指示灯全亮,系统自检。自检结束后,busy(黄色)灯灭。
5) 启动高压部分:
(1) 当超过三天未使用X光管时,必须进行光管的预热(老化),参见本规程第4部分;
(2) 系统自检结束后,高压开关钥匙打至Ⅰ位。此时显示屏显示kV=0,mA=0;
(3) 按下预热电流按钮⋀至指示灯亮松开。此时显示屏显示kV:0,mA:0;
(4) 按on按钮,指示灯亮,同时⋀灯灭,Alarm(红色)灯灭。此时显示屏显示kV=20,mA=5;
(5) 检查仪器状态,按住mode,同时翻按↑、↓键,显示屏显示仪器当前状态,当冷却水流量(flow)必须大于3.6,方可继续操作。
2、 实验
1) 打开desktop\Diffrac Plus Release 2000文件夹,双击D8 Immediate Measurement快捷方式,启动扫描程序D8Adjust.exe;
2) 进入程序界面后,打开菜单Diffractormeter\Init All Drivers进行各驱动轴参数的初始化;
3) 设置扫描参数:
(1) 工作电压与电流:一般设为40kV,40mA;
(2) 扫描范围:start>5°,stop<130°自选(一般样品扫描范围在5°~100°以内);
(3) 扫描步长Increment:自选;
(4) 扫描速度Scanspeed:自选;
(4) 扫描类型Scantype:一般选locked coupled(两轴联动),continue(连续扫描)或stepscan(步进扫描)自选。
4) 点击Data collection按钮,开始采集数据,屏幕上实时显示XRD图谱;扫描过程中点击Stop按钮,结束扫描。
5) 选择菜单File\Save as…将原始数据存盘(*.raw格式)。
6) 打开desktop\DIFFplus B_S 2000文件夹,双击Eva快捷方式,对图谱进行分析、打印。
3、 关机
1) 扫描结束后,首先将电流降至5mA,电压降至20kV;
2) 按下预热电流按钮⋀至指示灯亮后松开;
3) 等待10分钟后,按off按钮,指示灯亮;
4) 钥匙打至○位;
5) 按主机右侧o(红色)按钮,关闭主机电源;
6) 关闭电脑;
7) 继续等待30分钟后(X光管完全冷却),关闭冷却水循环机(面板上run,机箱侧面总电源);
8) 切断稳压电源,配电箱总电源。
4、 预热(老化)
1) 当超过三天未使用X光管时,必须进行光管的预热(老化)后方可进行实验;
2) 开机。步骤同第1部分(1)~(4)条;
3) 加高压。将高压钥匙直接打至Ⅱ位,后按第1部分第(5)条(c)~(d)步操作;
4) 按住mode,同时翻按↑、↓键,至显示屏显示automatic?时,按住edit的同时按↑键,屏幕显示automatic run,此时预热开始;当屏幕显示automatic end时预热完毕(大约1~2小时)。
5) 关机。步骤同第三部分;
6) 预热结束关机后,至少间隔30分钟以上方可再次开机进行实验。
(四) 注意事项
1、制样中应注意的问题
1) 样品粉末的粗细:样品的粗细对衍射峰的强度有很大的影响。要使样品晶粒的平均粒径在5μm左右,以保证有足够的晶粒参与衍射。并避免晶粒粗大、晶体的结晶完整,亚结构大,或镶嵌块相互平行,使其反射能力降低,造成衰减作用,从而影响衍射强度。
2) 样品的择优取向:具有片状或柱状完全解理的样品物质,其粉末一般都呈细片状或细律状,在制作样品过程中易于形成择优取向,形成定向排列,从而引起各衍射峰之间的相对强度发生明显变化,有的甚至是成倍地变化。对于此类物质,要想完全避免样品中粉末的择优取向,往往是难以做到的。不过,对粉末进行长时间(例如达半小时)的研磨,使之尽量细碎;制样时尽量轻压;必要时还可在样品粉末中掺和等体积的细粒硅胶:这些措施都能有助于减少择优取向。
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