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| X射線(xiàn)在粉體領(lǐng)域的應用（1） |
| 來(lái)源： 更新時(shí)間：2013-07-19 09:00:41 瀏覽次數： |
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一、X射線(xiàn)概述
X射線(xiàn)于1895年由倫琴(W.K.Rontgen)所發(fā)現，由于倫琴發(fā)現這種射線(xiàn)時(shí)無(wú)法確定其性質(zhì)，故稱(chēng)為X射線(xiàn)。后來(lái)為紀念它的發(fā)明者也稱(chēng)為倫琴射線(xiàn)。
它具有如下特性：①肉眼不能觀(guān)察到，但可使照相底片感光、熒光板發(fā)光和使氣體電離；②有很高的穿透能力，能透過(guò)可見(jiàn)光不能透過(guò)的物體；③這種射線(xiàn)沿直線(xiàn)傳播，在電場(chǎng)與磁場(chǎng)中不偏轉，穿透物質(zhì)時(shí)可以被偏振極化，被物質(zhì)吸收而強度衰減，但不發(fā)生反射、折射現象，通過(guò)普通光柵亦不引起衍射；④能殺傷生物細胞。X射線(xiàn)由于具有以上特性，一經(jīng)發(fā)現就引起了全世界科學(xué)家的注意。
1912年，勞埃（Max Von Laue）等發(fā)現了X射線(xiàn)的晶體衍射現象，證實(shí)了X射線(xiàn)是一種電磁波。它的波長(cháng)與在晶體中發(fā)現的周期具有相同的數量級。勞埃實(shí)驗證明了晶體內部原子排列的周期型結構，使結晶學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。
X射線(xiàn)的波長(cháng)位于0.001-10nm之間，與物質(zhì)的結構單元尺寸數量級相當。X射線(xiàn)衍射技術(shù)利用X射線(xiàn)在晶體、非晶體中衍射和散射效應，進(jìn)行物相的定性和定量分析、結構類(lèi)型和不完整性分析的技術(shù)。一般來(lái)講，當一束單色的X射線(xiàn)照射到試樣時(shí)，可觀(guān)察到兩種過(guò)程。
1、如果試樣具有周期性結構（晶區），則X射線(xiàn)被相干散射，入射光與散射光之間沒(méi)有波長(cháng)的改變，這種過(guò)程成為X射線(xiàn)衍射效應，若在大角度上測定，則稱(chēng)之為廣角X射線(xiàn)衍射（wide angle X-ray diffraction, WAXD）。
2、如果試樣是具有不同電子密度的非周期性結構（晶區和非晶區），則X射線(xiàn)被不相干散射，有波長(cháng)的改變，這種過(guò)程稱(chēng)為漫射X射線(xiàn)衍射效應（簡(jiǎn)稱(chēng)散射），若在小角度上測定，則稱(chēng)之為小角X射線(xiàn)散射（small angle X-ray scattering, SAXS）。
二、X射線(xiàn)衍射分析
當一束X射線(xiàn)照射到晶體上時(shí)，首先被電子所散射，每個(gè)電子都是一個(gè)新的輻射波源，當空間輻射出與入射波相同頻率的電磁波。在一個(gè)原子系統中所有電子的散射波都可以近似地看作是由原子中心發(fā)出的。因此，可以把晶體中每個(gè)原子都看成是一個(gè)新的散射波源，它們各自向空間輻射與入射波想向頻率的電磁波。由于這些散射波之間的干涉作用使得空間某些方向上的波始終保持互相疊加，于是在這個(gè)方向上可以觀(guān)測到衍射線(xiàn)；而在另一些方向上的波則始終是互相抵消的，于是就沒(méi)有衍射線(xiàn)產(chǎn)生。所以，X射線(xiàn)在晶體中的衍射現象，實(shí)質(zhì)上是大量的原子散射波互相干涉的結果。每種晶體所產(chǎn)生的衍射花樣都反映出晶體內部的原子分布規律。概括地講，一個(gè)衍射花樣的特征可以認為由兩個(gè)方面組成，一方面是衍射線(xiàn)在空間的分布規律（稱(chēng)之為衍射幾何），另一方面是衍射線(xiàn)束的強度。衍射線(xiàn)的分布規律是由晶胞的大小、形狀和位向決定的，而衍射線(xiàn)的強度則取決于原子在晶胞中的位置、數量和種類(lèi)。為了通過(guò)衍射現象來(lái)分析晶體內部結構的各種問(wèn)題，必須掌握一定的晶體學(xué)知識；并在衍射現象與晶體結構之間建立起定性和定量的關(guān)系，這是X射線(xiàn)衍射理論所要解決的中心問(wèn)題。
三、X射線(xiàn)衍射分析的樣品制備
X射線(xiàn)衍射分析的樣品主要有粉末樣品、塊狀樣品、薄膜樣品、纖維樣品等。樣品不同，分析目的不同（定性分析或定量分析），則樣品制備方法也不同。
1、粉末樣品 X射線(xiàn)衍射分析的粉末試樣必需滿(mǎn)足這樣兩個(gè)條件：晶粒要細小，試樣無(wú)擇優(yōu)取向（取向排列混亂）。所以，通常將試樣研細后使用，可用瑪瑙研缽研細。定性分析時(shí)粒度應小于44mm（350目），定量分析時(shí)應將試樣研細至10mm左右。較方便地確定10mm粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾動(dòng)，兩手指間沒(méi)有顆粒感覺(jué)的粒度大致為10mm。
常用的粉末樣品架為玻璃試樣架，在玻璃板上蝕刻出試樣填充區為20×18mm2。玻璃樣品架主要用于粉末試樣較少時(shí)（約少于500mm3）使用。充填時(shí)，將試樣粉末一點(diǎn)點(diǎn)地放進(jìn)試樣填充區，重復這種操作，使粉末試樣在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實(shí)，要求試樣面與玻璃表面齊平。如果試樣的量少到不能充分填滿(mǎn)試樣填充區，可在玻璃試樣架凹槽里先滴一薄層用醋酸戊酯稀釋的火棉膠溶液，然后將粉末試樣撒在上面，待干燥后測試。
2、塊狀樣品 先將塊狀樣品表面研磨拋光，大小不超過(guò)20×18mm2，然后用橡皮泥將樣品粘在鋁樣品支架上，要求樣品表面與鋁樣品支架表面平齊。
3、微量樣品 取微量樣品放入瑪瑙研缽中將其研細，然后將研細的樣品放在單晶硅樣品支架上（切割單晶硅樣品支架時(shí)使其表面不滿(mǎn)足衍射條件），滴數滴無(wú)水乙醇使微量樣品在單晶硅片上分散均勻，待乙醇完全揮發(fā)后即可測試。
4、薄膜樣品 將薄膜樣品剪成合適大小，用膠帶紙粘在玻璃樣品支架上即可。
X射線(xiàn)衍射儀
參考書(shū)目：《高分子材料分析測試與研究方法》，陳厚主編，化學(xué)工業(yè)出版社 |
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