[發明專利]衍射儀

有效

• 申請號: 201110368861.1
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102565108A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: P·菲維斯特
• 申請（專利權）人: 帕納科有限公司
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 陳芳

技術領域

本發明涉及衍射儀及其使用方法。

背景技術

高分辨率X射線粉末衍射術使得X射線衍射圖案中的緊密間隔的峰值能夠被隔離，從而允許更可靠地識別存在于粉末狀材料中的相位。高角分辨率方法的目的在于減少衍射線的寬度，這與包含具有由于類似的晶體平面間距產生的緊密間隔的峰值的相位的組合的樣品特別相關。高分辨率也與研究具有帶很多峰值的大晶格參數的粉末相關。粉末衍射圖中的峰值由于下述的若干種貢獻而被變寬：即，諸如微晶大小和應變效應的樣品相關方面、與其幾何結構和波長色散關聯的儀器貢獻。

粉末衍射中的當前方法：

對從細粉末的X射線散射的發現由Debye和Scherrer開創，最簡單的幾何結構通常被稱為Debye-Scherrer照相機。它通過將小樣品放置在膜的圓柱體(或者位置敏感檢測器)的中心中來操作?？梢酝ㄟ^仔細地準直入射束并提高樣品直徑與檢測器半徑之比來提高分辨率。理想地，樣品尺寸應當是小的，因為，隨著半徑增大，路徑長度增大，結果導致采集的強度的損失。類似地，由于需要更長的狹縫間距，因此強度隨著準直度而減小。

由于樣品到檢測器的距離必須大且樣品必須小，因此以其最簡單形式的這種幾何結構不適合于高分辨率數據采集。實踐中，樣品通常被安裝在毛細管中或者在玻璃纖維的外面，從而導致直徑為350μm到700μm的典型的樣品大小。因此，假如入射束沒有發散，并且不存在波長色散和微結構變寬，那么為了實現小于0.10的峰值寬度，分別需要＞200mm或＞400mm的半徑。

用于實現高分辨率粉末衍射術的有利方法需要聚焦幾何結構，其幫助保持強度，并可以更容易地包含一定程度的單色性(monochromatisation)。為了實現聚焦條件，樣品、入射束的發散點和散射束的會聚點應當位于聚焦圈的圓周上。該構造需要樣品被彎曲成該聚焦圈的半徑或者與該聚焦圈的半徑相比非常小的半徑。實踐中路徑長度和聚焦的質量可能難以保持，但是允許通過將膜或位置敏感計數器檢測器放置在聚焦圈的周圍來進行并行的數據采集。如果樣品為平坦的，那么這種聚焦條件不是足以實現高分辨率的精確，除非儀器具有非常大的路徑長度。

為了克服具有平坦樣品的問題，入射束和散射束可以被保持為對稱地相關，使得入射到樣品上的入射角是散射角2θ的一半，從而保持聚焦條件。這是所謂的“Bragg-Brentano”布置的基礎。但是，為了捕獲在不同的2θ值處的峰值，需要旋轉樣品和檢測器，因此不能并行地采集數據。這適合于大的樣品。該幾何結構在低角度處有問題，而沒有猛烈地限制入射束發散，盡管這可以用與入射角有聯系的可變狹縫來自動地實現；從而有效地保持樣品上的相同區域對于入射束可見。

后面的這兩種方法，即，Seemann-Bohlin和Bragg-Brentano，使用反射幾何結構，在該反射幾何結構中，入射X射線束和離開樣品的測量束在樣品的相同側，這對于某些低吸收材料而言可能是有問題的，因為穿透將使樣品有效地離開聚焦圈移動并降低分辨率。此外，分辨率強烈地取決于焦點大小和接收狹縫尺寸。對于具有240mm的半徑、0.25mm的接收狹縫、可忽略的焦點大小和無波長色散的典型的衍射儀，可以實現0.10的分辨率。

由于波長擴展而導致可能會發生顯著的變寬。為了去除該波長色散中的一些，例如，隔離Kα1Kα2雙線的Kα1分量，需要一定程度的單色性。Guinier將彎曲的單晶體添加到Seemann-Bohlin照相機以隔離Kα1分量，并且，使來自該照相機的射束聚焦。這樣提供了非常有用的中高分辨率照相機。

為了改善Bragg-Brentano幾何結構中的波長色散，與Guinier照相機中一樣，可以用彎曲的單晶體實現會聚聚焦。由于單晶體的固有衍射寬度典型地為0.0030，Kα1Kα2雙線的Kα1分量可以容易地被隔離并聚焦到入射束狹縫上。現在，分辨率取決于狹縫的大小或者準直晶體的彎曲的精確度。在反射模式中實現高分辨率是相對比較簡單的，但是在透射模式中，這是比較有問題的，因為難以將單晶體彎曲到這樣的精度。

高分辨率中的其它方案還包括衍射束中的單色儀。

在所有的情況中，提高分辨率的手段需要儀器變得明顯更大。

當考慮使用儀器時，儀器的大小是非常重要的考慮事項。由于小儀器通常可以更容易地被制造和運輸，并且很容易將它們裝入到現有的制造廠中，所以極度地需要相對比較小的儀器。