幾種常用多晶X射線(xiàn)衍射法的試驗(yàn)技術(shù)比較

幾種常用多晶X射線(xiàn)衍射法的試驗(yàn)技術(shù)比較
研究粉末X 射線(xiàn)衍射最常用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)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(yuǎn)，從1916 年Debye 與Scherrer 取得第一張粉末X 射線(xiàn)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(shí)驗(yàn)技術(shù)。聚焦型的Guinier 照相機(jī)分辨率好，應(yīng)用了彎晶單色器，壓力表| 壓力計(jì)| 真空表| 硬度計(jì)| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 熱像儀能得到嚴(yán)格單色輻射的粉末衍射照片，其應(yīng)用現(xiàn)在也越來(lái)越廣。粉末衍射儀以其取得的粉末衍射數(shù)據(jù)的高質(zhì)量（精確、高分辨），測(cè)量的迅速、儀器的自動(dòng)化與智能化程度高等優(yōu)異的性能，而成為目前應(yīng)用最廣、最普遍的一種粉末衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)。
　　粉末衍射儀法和粉末衍射照相法各有其優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)，也各有其缺點(diǎn)，比較如下：
（1）方法的特點(diǎn)
　　粉末衍射儀法是用檢測(cè)器逐個(gè)測(cè)量每一個(gè)衍射的位置和強(qiáng)度，而照相方法則是用底片同時(shí)記錄可攝角度范圍內(nèi)的全部衍射線(xiàn)。所以，若需檢查衍射環(huán)的外貌特點(diǎn)（是否不連續(xù)，樣品中是否存在擇優(yōu)取向等）時(shí)，則用照相法較為方便。
（2）對(duì)樣品的要求
　　樣品的最少用量?jī)煞N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(duì)線(xiàn)條的強(qiáng)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(jī)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(guò)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(duì)于成塊樣品，用衍射儀進(jìn)行檢驗(yàn)比較方便，樣品不一定要制成粉末，只需加工出一個(gè)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(qiáng)度數(shù)據(jù)的質(zhì)量
　　用粉末衍射儀法獲得的衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)高于照相方法。用衍射儀能直接獲得衍射線(xiàn)的形狀；而照相法只能得到用測(cè)微光度計(jì)測(cè)量的底片上線(xiàn)條切面的黑度分布。衍射儀的X 射線(xiàn)強(qiáng)度測(cè)量系統(tǒng)，在自宇宙的背底計(jì)數(shù)（1 計(jì)數(shù)／秒）至105計(jì)數(shù)／秒這樣大的強(qiáng)度范圍內(nèi)，有很好的線(xiàn)性；而在照相方法中同一底片上用眼力對(duì)比可測(cè)的強(qiáng)度范圍僅為10：1 ，而且黑度與X 射線(xiàn)強(qiáng)度一般不呈線(xiàn)性關(guān)系，需經(jīng)過(guò)黑度-強(qiáng)度校正后才能得到強(qiáng)度數(shù)據(jù)。用多重底片法可以擴(kuò)展強(qiáng)度的測(cè)量范圍，但也增加了底片校正的復(fù)雜性。
　　使用晶體單色器能夠得到質(zhì)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(cè)或衍射側(cè)的路徑上；而在Guinler 相機(jī)中只能在入射側(cè)（D-S．法實(shí)際上不便使用晶體單色器）。把單色器放在衍射側(cè)可以避免由于單色器對(duì)入射線(xiàn)光譜輪廓的影響而產(chǎn)生的衍射線(xiàn)輪廓的畸變。衍射儀方法還可以應(yīng)用電子學(xué)的脈沖幅度分析技術(shù)作為一種單色化手段，即使不用單色器，僅用正比檢測(cè)器或閃爍檢測(cè)器加脈沖輻度分析器，所得衍射圖的峰高／背底值常�？梢院陀脝紊�器所得的衍射圖相媲美。
（4）衍射角θ測(cè)量的準(zhǔn)確度
　　粉末衍射儀用雙重掃描法可以測(cè)準(zhǔn)至0.005°（2θ），線(xiàn)形重心的測(cè)量可以準(zhǔn)至0.001°（2θ）；而在照相法中若用114.6mm 直徑的照相機(jī)，用游標(biāo)尺測(cè)量衍射線(xiàn)的位置，D-S．照片可做到士0.1mm （相當(dāng)2θ準(zhǔn)到士0.1° ) , Guinier 照片可做到士0.05 mm （相當(dāng)2θ準(zhǔn)到士0.025°）。前者的測(cè)量誤差是后者的四倍。用測(cè)微光度計(jì)掃描照片測(cè)定衍射線(xiàn)的位置，準(zhǔn)確度能比游標(biāo)尺測(cè)量時(shí)高些，但仍不及衍射儀法。但是2θ測(cè)量系統(tǒng)誤差的高精確校正，衍射儀法較其他方法都復(fù)雜。在進(jìn)行高精確度2θ測(cè)量時(shí)，無(wú)論用衍射儀或照相方法，都要求精心的實(shí)驗(yàn)步驟，都很費(fèi)時(shí)間。
（5）2θ分辨能力
　　粉末衍射儀的圖和Guinier 照片都能達(dá)到很好的分辨程度。在良好的校直條件下， Cu Kα1、Kα2雙重線(xiàn)在衍射儀圖上于30°（2θ）附近的范圍上便能區(qū)分開(kāi)來(lái)，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(kāi)來(lái)的。同一個(gè)樣品的衍射儀圖和Guinier 照片的光度計(jì)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(jìn)行比較）。Guinier 照相機(jī)的分辨力幾乎是D-S．相機(jī)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(cè)若干個(gè)衍射時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間時(shí)十分節(jié)省，而照相方法則不能按這種方式進(jìn)行。衍射儀特別便于進(jìn)行在動(dòng)態(tài)過(guò)程中跟蹤測(cè)量某些衍射峰的變化。
（7）特殊條件
　　在衍射儀上，樣品周?chē)�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(shè)備
　　照相法需要備一個(gè)暗室，需要做暗室工作。但它不要求高穩(wěn)定度的X 射線(xiàn)發(fā)生器，照相設(shè)備的使用、調(diào)整等也較簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用較低。衍射儀法的設(shè)備復(fù)雜，費(fèi)用昂貴，但技術(shù)先進(jìn)，容易自動(dòng)化、智能化。
　　通過(guò)上面的比較，可見(jiàn)粉末衍射實(shí)驗(yàn)方法的選擇，要看樣品的形式與量以及對(duì)數(shù)據(jù)的要求而定。