Рентгеновский порошковый дифрактометр

Польза порошкового метода значительно возросла и область его применения расширилась с введением рентгеновского порошкового дифрактометра. Этот мощный исследовательский инструмент использует существенно монохроматическое рентгеновское излучение и тонко измельченный образец, как и порошковый метод, но записывает информацию о присутствующих отражениях на диаграммной ленте пером самописца. Для анализа в порошковом дифрактометре образец измельчается в тонкий порошок, который затем равномерно размещается на поверхности стеклянной пластинки с использованием небольшого количества связующего вещества. Инструмент сконструирован таким образом, что эта пластинка, когда она установлена на место, вращается на пути коллимированного рентгеновского луча, в то время как рентгеновский детектор, смонтированный на дуге, вращается вокруг нее для того, чтобы улавливать дифрагированные рентгеновские сигналы. Автоматизированное оборудование, поставляемое одной из фирм, изображено на рис. 3.20.

Когда инструмент установлен в нулевом положении, рентгеновский луч параллелен пластинке и непосредственно входит в рентгеновский детектор. Препарат в виде пластинки и счетчик приводятся в движение мотором через различные зубчатые передачи так, что когда пластинка и образец поворачиваются на угол θ, детектор поворачивается на 2θ.

Если образец был соответствующим образом приготовлен, то тысячи мельчайших кристаллических частиц на пластинке беспорядочно ориентированы. Как и при порошковой фотографии, все возможные отражения от атомных плоскостей возникают одновременно. Однако вместо того чтобы регистрировать их все на пленке одновременно, рентгеновский детектор поддерживает необходимые геометрические соотношения, чтобы зарегистрировать каждый дифракционный максимум отдельно.

При съемке образец, рентгеновский детектор и бумага, движущаяся на самописце, приходят в движение одновременно. Если атомная плоскость имеет межплоскостное расстояние d такое, что рефлекс наблюдается при θ = 20°, то никаких свидетельств этого отражения нет до тех пор, пока счетчик не повернется на угол 20, т. е. на 40°. В этой точке дифрагированный луч входит в рентгеновский детектор, вызывая соответствующую реакцию. Возникающий при этом импульс усиливается и вызывает отклонение пера самописца. Таким образом, по мере продвижения рентгеновского детектора на диаграммной ленте регистрируются, как пики, дифракционные максимумы от образца. Угол 20, при котором возникает дифракционный максимум, можно прочитать непосредственно из положения пика на диаграммной ленте. Высота пика прямо пропорциональна интенсивности дифракционного эффекта. Диаграммная лента, на которой производится запись, имеет деления и движется с постоянной скоростью. При этом скорости диаграммной ленты и скорости сканирования детектора выбираются, например, так, чтобы одно деление на ленте было эквивалентно 1° 2θ. Положение пиков на диаграммной ленте может быть непосредственно прочитано, и межплоскостные расстояния, соответствующие им, можно определить, используя уравнение nλ = 2d sin θ.

Хотя порошковый дифрактометр дает такие же данные, как и полученные с порошковых фотографий, он имеет определенные преимущества. Метод порошковых пленок требует нескольких часов экспозиции плюс время, необходимое на проявление, фиксирование, промывку и высушивание пленки. Дифрактометрическую съемку можно провести за 1 ч. Часто трудно оценить интенсивность линий на порошкограмме, тогда как высота пика на диаграммной ленте дифрактометра может быть измерена графически с большой точностью. Порошковую фотографию нужно тщательно измерять для получения значений 2θ, тогда как 2θ можно прямо читать с диаграммной ленты дифрактометра. На рис. 3.21 сравниваются порошковые дифрактограмма и рентгенограмма одного и того же минерала.