X射线粉末衍射仪用试样的制作

　　该文扼要介绍了布拉格-勃郎泰诺衍射仪的聚焦几何及由此得出的对试样的要求、需测定的不同物理量对试样制作的不同要求、一些常用的试样制做方法及讨论在几种情况下制样时需注意的一些方面。

　　1　前言

　　古人云：“工欲善其事，必先利其器”。对于X射线衍射工作者来说都希望有一台好的衍射仪，以便得到好的衍射数据。其实，上一句话只说对了一半。中国武林在抢夺宝刀、宝剑的同时从不忘记要偷抢刀谱、剑谱，要有好的用器之法，才能真正发挥器之利也。当今的商品衍射仪的质量都是比较高的，但在不同人的手中却会得出不同质量的衍射数据，得出不同水平的研究成果，这与操作者对衍射仪的原理、对各部件的作用、对试样的制作、对在不同情况下如何选择仪器各种参数运转仪器采集衍射数据及对数据处理软件的正确运用的了解有关。本文对现在最常用的布拉格-勃郎泰诺(Bragg-Brentano B-B)衍射仪的原理及如何制作符合实验要求的试样做扼要介绍。

　　2　X射线粉末衍射仪的原理[1]

　　X射线粉末衍射的基本特点是所用测量试样是由粉末(小晶粒)构成的，试样中所含小晶粒的数量很大，小晶粒的取向是完全混乱的，也即在试样上任何一点找到任一取向的任一晶面(HiKiLi)的几率是相同的，这是一切粉末衍射的基础。

　　2.1　粉末衍射的聚焦——西曼—包林(S-B)衍射几何原始的粉末衍射仪器是德拜-谢乐(Debye-Scherre,D-S)相机。它是一个扁的圆筒，内壁贴放照相底片记录衍射谱，试样为粉末圆条，置于圆筒轴上。入射X光为X光管发出的发散型白色X光经滤色片和三孔准直器后得到的近平行单色光。这种装置光源利用率极低，实验时间长，图谱分辨率差。为了解决这几个问题，西曼—包林(Seemann-Bohlin)提出了使用发散入射光，并让衍射光聚焦的衍射几何。

　　S-B相机与D-S相机一样，是一个扁的金属圆筒，使用照相底片记录。但粉末样品不做成条状，而是做成曲率与圆筒相同的弧形板状，入射光为发散光。光源S、样品内表面和照相底片同位于圆筒内壁(一个圆周上)，此圆称聚焦圆(图1)。入射X光成扇形射向试样。由于粉末取向完全混乱，晶面取向机会均等，故试样表面各位置上都会有不同晶粒的(HKL)面符合布拉格方程而产生不同的衍射。同一种面的衍射有相同的2θ角，其补角π-2θ为圆周角, 故各衍射线均聚焦在F点。不同的(HiKiLi)衍射有不同的2θi角，分别聚焦于圆周上的不同点。

　　2.2　布拉格-勃郎泰诺衍射几何

　　照相底片是最原始的探测器，但测量衍射强度比较麻烦，且不准确，以后逐渐为数字探测器所取代。数字探测器是逐点探测的，故必需扫描。对于西曼—包林衍射几何，如让探测器以聚焦圆心为轴，沿聚焦圆扫描，则会探测不到衍射，因样品不在圆心。要让探测器能探到所有衍射，则在它沿圆周扫描时自身还需有一个转动，以对准试样。要使两个转动准确同步，加工要求比较高，此种衍射仪应用不广。如某个衍射(H2K2L2) 正好聚焦于F点，有SC=CF(C为试样中点)，则 (H2K2L2)衍射就称为对称衍射。此时，其它各(HiKiLi)面族也同时产生衍射，落在圆周的其它点上，但不是对称衍射，如图1中的(H1K1L1)、(H3K3L3)等。对一定构造的相机、一定的试样，不一定存在对称衍射。