Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow ДИФРАКЦИОННЫЙ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Дифрактометрия микрообразцов

В рентгеноструктурном анализе часто встречаются задачи, требующие исследований с помощью очень тонких пучков рентгеновских лучей (микронного и субмикронного диаметра). Наиболее очевидной задачей такого рода является случай, когда не удается вырастить кристаллы достаточного размера (~0.2 мм) для расшифровки структуры методом классической монокрисгальной дифрактометрии. Например, фармацевтическая промышленность может предложить для структурного анализа лишь образцы очень малых размеров (10 мкм и меньше). Некоторые вещества вообще обычно получаются только в поликристаллическом состоянии. Исследования новейших материалов, в частности наночастиц и наноструктур, также требуют исследования образцов очень малого объема. Очень часто из-за сложности структур таких веществ попытки их решения по дифрактограммам порошков методом Ритвельда не приводит к результатам, и тогда последней надеждой остается попытка получить данные монокристальным методом от микрокристалла, отобранного из порошка (размером 1-10 мкм, а часто и меньше микрона). Однако, как видно из (7.43), уменьшение размера образца в десять раз приводит к уменьшению интенсивности рефлексов в тысячу раз. Учитывая, что получение набора данных для структурного анализа на лабораторных дифрактометрах, где на образец обычно подается поток фотонов порядка 108 фотон/с, занимает от десятков до сотен часов, то такое снижение интенсивности отражений в сочетании с уменьшением в 100 раз интегрального потока фотонов, падающих на образец из-за уменьшения размера образца делает измерения микроскопических образцов в лабораторных условиях практически нереальными. Проблему можно решить, если получить пучок с микронным сечением и потоком порядка К)" фотон/с. Тогда скорость получения набора данных от образца размерами порядка 20 мкм может стать сравнимой со скоростью измерения на обычном образце с размером около 0.2 мм. Микропучки рентгеновских лучей, получаемые из источников СИ, явились большим достижением, которое значительно расширило возможности рентгеноструктурного анализа, обеспечив возможность исследования структуры объектов размерами меньше микрона [21].

Первые опыты дифрактометрии монокристаллов микроскопического размера на монохроматизированном СИ с помощью обычного четырехкружного дифрактометра с точечным детектором столкнулись с трудностью обнаружения отражений, которые оказались очень узкими из-за малого размера образца и практически отсутствующей расходимости пучка. Поэтому, в последующих экспериментах на микропучках стали использовать двухкоординатные детекторы, на которых легко обнаруживаются все рефлексы. В настоящее время практически все дифрактометры для измерений на микроскопических образцах оборудуются либо CCD детекторами, либо IP камерами. Предпочтение обычно отдается CCD детекторам, поскольку считывание информации с них происходит на порядок быстрее.

Еще одной проблемой дифрактометрии кристаллов субмикронного размера является регистрация слабых рефлексов на сильном фоне, так как, чем меньше образец, тем ниже отношение сигнал/фон. Предельный размер образца, на котором можно проводить надежные измерения интенсивности, зависит от соотношения между размером элементарной ячейки кристалла и длиной волны излучения, которое определяет среднюю величину интегральной интенсивности отражения кристаллом. Для приближенной оценки интенсивность отражений от разных кристаллов при измерении в одних и тех же условиях можно сравнить по их рассеивающей способности 5:

где ^оо - структурный фактор нулевого узла, равный числу электронов в элементарной ячейке. По этой оценке кристаллы, используемые в обычной монокристальной дифрактометрии, имеют рассеивающую способность порядка 1017, а при исследовании микрокристаллов с объемом меньше кубического микрона приходится работать с рассеивающей способностью порядка 10|2-1013. Поэтому, при дифрактометрии микрокристаллов требуется плотность потока фотонов в первичном пучке на 4-5 порядков выше, чем при нормальной дифрактометрии монокристаллов.

В настоящее время на микродифрактометрах, работающих на микропучках СИ обычными являются рентгеноструктурные измерения полных наборов данных от образцов размером 15 мкм и больше, причем, наборы данных от таких маленьких кристалликов получаются не хуже, чем от нормальных образцов. Осложнения в работе с микрообразцами, по сравнению с обычной монокристальной дифрактометрией, часто возникают из-за более высокой концентарции дефектов в них и более высокой мозаичности. Поэтому, микродифрактометрия требует более тщательного отбора образцов и проверки их качества и идентичности с помощью предварительных дифракционных измерений и рассмотрения формы рефлексов или микроскопического осмотра с большим увеличением.

Конструкция микродифрактометров, работающих на синхротронном излучении, отличается от обычных дифрактометров в основном рентгеновской оптикой и более строгими требованиями к механической стабильности и точности линейных перемещений на гониометре.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>