小课堂 | X射线衍射技术入门——XRD是如何工作的？
时间：2020-08-12 阅读：2043
X射线衍射(简称XRD)是一种分析技术，可提供有关晶体材料的结构和相ID的信息。XRD可用于识别单晶并揭示其结构。XRD在地质行业中非常好用，因为它可以用于识别混合物中存在的晶体，例如岩石中的矿物。对于具有可变分子式和结构的矿物(例如粘土)，XRD是识别它们并确定其在样品中比例的适合方法。
那么，XRD是如何工作的？这篇文章将深入探讨XRD背后的科学，解释奥林巴斯便携式XRD分析仪的工作原理。
01 X射线衍射（XRD）背后的科学
在XRD分析过程中，将X射线束射向样品，并根据出射方向测量散射强度。按照惯例，入射光束方向和出射光束方向之间的角度称为2θ或2-theta。
入射和出射光束方向之间的角度称为2θ(2-Theta)
对于由间距为d的电荷组成的简单的样本，当满足布拉格定律时，观察到相长干涉(ConstructiveInterference)(更大的散射强度)为：nλ= 2dsin θ。
02 XRD技术实践
XRD仪器(例如我们的新一代TERRA II和BTX III XRD分析仪)使用该技术直接在分析仪上为主要和次要组分提供快速、可靠的实时矿物学和相分析。
奥林巴斯XRD衍射仪还采用了一种*的方法来快速，轻松地收集和处理XRD数据，这使得我们的XRD分析仪非常紧凑和便携。
BTX III台式XRD分析仪(左)和TERRAII便携式XRD分析仪(右)
以紧凑，轻巧的设计提供准确的X射线衍射分析功能
03 奥林巴斯XRD的工作原理
常规的基于测角仪的XRD仪器使用反射几何技术来处理XRD数据。因此，仪器很大，具有许多活动组件，并且经常需要外部冷却。另一个缺点是它们需要大量样品进行分析。这些限制意味着XRD分析始终需要在实验室中进行。
我们的工程师采用*的透射几何方法使XRD得到发展，使X射线光束穿过样品。
1.微聚焦X射线管 2.X射线束 3.准直器 4.样品 5.CCD检测器
奥林巴斯使用*的传动几何XRD方法
这种方法不需要活动组件，使我们能够设计出世界上商用电池驱动的便携式XRD。我们的XRD仪器提供便携性和易用性的同时，仅需要15 mg样品即可进行分析。
将样品封入样品室后，我们的XRD分析仪将使用一种称为粉末液化的颗粒随机化方法。通过这种方法，我们的分析仪对样品施加恒定的压电感应频率，使粉末从上到下对流并绕其轴旋转。
在30秒内，样品窗口中的每个粒子将以所有可能的方向穿过X射线束。因此，我们的XRD仪器实现了100%随机化，这是实现准确X射线衍射关键的一步。
04 如何快速、轻松地实现定量矿物学
奥林巴斯致力于使XRD分析尽可能简单，因此我们的客户可以快速，轻松地获得定量的矿物学结果。仅仅需要几个步骤：
> 准备样品(了解有关简单样品制备步骤的更多信息，请联系工程师)
> 开始测试，分析仪将X射线穿过窗口中对流的样品
> X射线轰击样品并在2θ角度范围内衍射
> CCD检测器测量衍射信息
>内置于分析仪的自动相识别和定量软件SwiftMin®实时、直观地将相ID和定量结果显示在用户界面
SwiftMin ®软件用户界面
05 常见的XRD应用
XRD可以应用于多个行业，提供简单、直接的相分析。常见的XRD应用包括：
地质勘探
矿业开采
油气录井
制药
学术研究
太空探索
06 Olympus XRD分析仪的3个*的硬件特性
除了省时的软件和简单的样品前处理，奥林巴斯XRD还采用*的硬件组件并进行了工程设计，使仪器异常可靠、准确：
2D X射线衍射计
许多XRD仪器都使用X射线检测器只在一个平面或一维实验中捕获来自样品的光子。奥林巴斯基于CCD的XRD分析仪可以收集衍射圆环的切片，以帮助用户了解样品的制备方法是否正确(颗粒统计信息和/或晶体的优选取向)。这些信息可以帮助确认定量数据的准确性和代表性。
能量鉴别型X射线探测器
较大的常规XRD仪器通常不能使用能量鉴别型探测器。因此，探测器会受到XRD实验中未使用的光子的影响。另一方面，奥林巴斯XRD分析仪可以去除不直接参与XRD实验的光子，例如X射线荧光光子，从而提供更好的信噪比。
钴或铜靶材可选
奥林巴斯XRD仪器标配有坚固的钴(Co)靶材X射线管。该阳极非常适合分析高铁含量的样品，因此是地质学家和矿物学家优选的阳极。但是某些应用(例如分析高锰含量)需要铜(Cu)靶材X射线管。奥林巴斯可以提供任一阳极，因此可以根据客户的应用需求选择适合阳极。
通过以上详细讲解，大家对奥林巴斯XRD分析仪的工作原理和产品特性都有了一定的了解，XRD不仅在地质行业有着出色的表现，在其他材料的研究中同样具有非常重要的应用。随着XRD标准数据库的日益完善，XRD物相分析会变得越来越简单。