Способы приготовления образцов для получения рентгенограмм

Техника получения рентгенограмм

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ФАКУЛЬТЕТ ФИЗИКИ И ЭКОНОМИКИ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой

_______________Б.А.Калин «____»____________2001 г.

Лабораторная работа по дисциплине

«Дифракционные методы исследований»

МЕТОД ПОРОШКОВ

Преподаватели: В.Н. Яльцев, Н.А. Соколов, В.И. Скрытный

Москва

МЕТОД ПОРОШКОВ

Введение

Метод порошков является основным методом исследования технических материалов и широко применяется на практике. Иногда этот метод называют по имени ученых, его предложивших, методом Дебая-Шеррера-Хэлла.

В качестве образцов используют поликристаллическое вещество или порошок, состоящий из большого числа мелких ( -2 мм) кристаллитов (зерен), имеющих произвольную ориентацию в пространстве. При освещении таких образцов монохроматическим или характеристическим рентгеновским излучением возникает интерференционный эффект в виде системы коаксиальных конусов, осью которых является первичный луч. Объяснение возникновения интерференционной картины дается с использованием понятия обратной решетки. Напомним, что при хаотичной ориентировке кристаллитов обратная решетка представляет собой совокупность концентрических сфер с радиусами H_i, где H_i —длина векторов обратной решетки. Сфера распространения пересекает по окружностям указанные выше сферы, в результате чего возникают интерференционные конусы с углами раствора 4θ.

Число интерференционных конусов ограничено, так как сфера распространения пересечет только те сферы обратной решетки, радиусы которой H_i λ/2. Уменьшая длину волны, т. е. увеличивая радиус сферы распространения, можно увеличить число плоскостей, пересекаемых сферой обратной решетки, и, следовательно, число интерференционных конусов.

Основы метода

Для регистрации интерференционной картины в методе порошков используют несколько способов расположения пленки по отношению к образцу и первичному пучку рентгеновских лучей: съемка на плоскую, цилиндрическую и конусную фотопленку. Регистрация может производиться также с помощью счетчиков. Для этой цели используют рентгеновские дифрактометры.

Рассмотрим типы съемок при фотографическом методе регистрации интерференционной картины.

Плоская фотопленка.Используются два способа расположения фотопленки: передняя и задняя (обратная) съемка. При передней съемке образец по отношению к направлению первичного пучка лучей располагается перед фотопленкой. На фотопленке регистрируется ряд концентрических окружностей, которые соответствуют пересечению с плоскостью фотопленки интерференционных конусов с углом раствора θ

При задней съемке образец располагается по отношению к пучку рентгеновских лучей сзади пленки, в самой же пленке делается небольшое отверстие для входа рентгеновских лучей. На пленке регистрируются максимумы, отвечающие углу θ> 60°. Угол θ определяют из промера диаметра дифракционных колец по отношению

Обратную съемку применяют при точных определениях периодов и при измерении внутренних напряжений.

Цилиндрическая фотопленка.Ось цилиндра, по которому располагается фотопленка, перпендикулярна к первичному пучку (рис. 1). При этом типе съемки дифракционные конусы, пересекаясь с фотопленкой, образуют кривые четвертого порядка. Частным случаем такой кривой может быть прямая, которая отвечает углу отражения θ= 45°. Угол θ вычисляется из промера расстояний между линиями 2l, отвечающими одному и тому же интерференционному конусу, по соотношениям:

где R— радиус цилиндрической кассеты, по которой располагалась фотопленка.

Фотопленка в цилиндрической камере может располагаться несколькими способами. На рис. 1 показан обычный (симметричный) способ зарядки пленки. В этом случае концы пленки располагают вблизи диафрагмы, через которую в камеру входит пучок первичных лучей. Для выхода этого пучка из камеры в пленке делают отверстие. Недостатком такого способа зарядки является то, что в процессе фотообработки пленка сокращается по длине, в результате чего при расчете рентгенограммы следует использовать не значение радиуса R, по которому располагалась пленка во время съемки, а некоторую величину R_эфф. Определить R_эфф можно путем съемки эталонного вещества с известными периодами решетки (например, NaCl). В этом случае проводят обратный расчет рентгенограммы; по известным периодам решетки определяют теоретически углы отражения θ_расч, иззначений которых в комбинации с промеренными на рентгенограмме расстояниями между симметричными линиями определяют величину R_эфф. Съемка с эталоном позволяет также установить неправильность геометрии кассеты камеры (ее эллиптичность), так как в этом случае по различным линиям будут получаться разные значения R_эфф.

Рис. 1. Схема получения рентгенограммы при симметричной зарядке фотопленки

Во многих случаях применяют другой способ зарядки фотопленки, который называют асимметричным (по Страуманису). При этом способе зарядки в фотопленке делают два отверстия (для входа и выхода пучка первичных лучей), а концы пленки располагают под углом 90° по отношению к первичному пучку (рис. 2). Передние линии (отвечающие небольшим углам θ) отличаются от задних (при больших углах θ)тем, что первые обычно значительно более узкие; кроме того, задние линии обычно расщепляются на дублеты K_α₁_,_α₂.

Рис. 2. Асимметричный метод зарядки пленки (по Страуманису)

Асимметричная рентгенограмма позволяет определять R_эфф, не прибегая к съемке эталонного вещества. Для этого на рентгенограмме промеряют расстояние А и В между симметричными линиями (см. рис. 2). Эффективный радиус рентгенограмм R_эффопределяют из соотношения

Асимметричный метод можно применять только в том случае, если на рентгенограмме получаются четкие линии, отвечающие углам θ не меньше 50–60°.

Если на рентгенограмме отсутствуют линии при достаточно больших углах θ, то можно видоизменить способ асимметричной съемки, расположив концы пленки под углом, несколько меньшим 90°, к первичному пучку. Для выхода и входа первичного луча в фотопленке также пробивают два отверстия.

Техника получения рентгенограмм

Выбор излучения. При выборе излучения для исследования поликристаллического вещества надо учитывать ряд факторов. Используемое характеристическое излучение не должно вызывать вторичного характеристического излучения в образце, которое могло бы привести к возникновению сильного фона на рентгенограмме, в результате чего на таком фоне слабые дифракционные линии исчезают. Излучение подбирают по следующему правилу: Z_обр ≥ Z_анод, где Z_обр – атомный номер самого легкого элемента в образце, характеристическое излучение которого не поглощается в воздухе, достигает пленки и, будучи рассеянным, вызывает ее общее почернение. Так как длина волны характеристического спектра увеличивается с уменьшением Z, то растет и коэффициент поглощения этих лучей в воздухе (μ/ρ)

Z 3 . Поэтому при подборе излучения следует учитывать в составе образца только те элементы, атомный номер которых Z > 20, так как излучение элементов с Z о , получающиеся при съемке образцов в форме цилиндров (столбиков) или пластинок (шлифов).

Рис. 4. Общий вид камеры РКД:

1 – держатель образца; 2 – коллиматор; 3 – подставка камера; 4 – крышка камеры

Цилиндрический корпус камеры расположен на треугольном основании с тремя установочными винтами. В зависимости от степени поджатия зажимных винтов установочные винты либо свободно вращаются, либо прочно фиксируются.

На оси камеры может быть установлен либо держатель цилиндрического образца, либо держатель плоского образца. Держатель цилиндрического образца имеет возможность вращаться вокруг своей оси с помощью ременной передачи от моторчика. При работе с плоским образцом его поверхность может быть установлена под любым фиксированным углом относительно первичного пучка рентгеновских лучей.

Корпус камеры закрывается съемной крышкой, привинчиваемой тремя винтами. Камера с крышкой светонепроницаемы, что позволяет располагать в ней рентгеновскую пленку без черной защитной бумаги.

Держатель цилиндрического образца состоит из плоского постоянного магнита, укрепленного на оси вращения, и из диска, изготовленного из мягкого железа, непосредственно на котором располагается образец-столбик (с помощью пластилина или воска).

Первичный пучок рентгеновских лучей попадает в камеру через коллиматорную систему, состоящую из втулки, закрепленной на корпусе камеры, и непосредственно коллиматора. Благодаря наличию на втулке прорези, в которую должен попасть направляющий штифт коллиматора, коллиматор входит во втулку только в одном строго определенном положении. Втулка с коллиматором закрывается черной бумагой и селективно-поглощающим фильтром для поглощения β-излучения. Для вырезания узкого первичного пучка на коллиматор надевается диафрагма. Для уменьшения количества рассеянного рентгеновского излучения и для наблюдения за правильностью наводки в камере имеется ловушка для первичного пучка рентгеновских лучей. Ловушка закрепляется на корпусе гайкой, в которую вставлен флюоресцирующий экранчик. Для поглощения первичного на гайку надевается защитный колпачок.

Источник

Способы приготовления образцов для получения рентгенограмм

Название работы: Получение рентгенограмм порошковых материалов на дифрактометре

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Лабораторная работа Получение рентгенограмм порошковых материалов на дифрактометре. Цель работы: освоение способов подготовки порошковых образцов и регистрации дифракционных спектров на дифрактометре; В процессе выполнения работы необходимо: изучить реком

Дата добавления: 2013-06-22

Размер файла: 407.5 KB

Работу скачали: 55 чел.

Получение рентгенограмм порошковых материалов на дифрактометре.

Цель работы : освоение способов подготовки порошковых образцов и регистрации дифракционных спектров на дифрактометре;

В процессе выполнения работы необходимо:

— изучить рекомендации по методикам приготовления порошковых проб в зависимости от конкретных особенностей исследуемого объекта,

— выбрать и обосновать сделанный выбор методики,

— п риготовить образец для получения рентгенограммы на дифрактометре ,

— п ровести регистрацию дифракционного спектра исследуемого образца в заданном угловом диапазоне ,

— о формить полученную рентгенограмму. В журнале отметить:

название (формулу) исследуемого вещества;
1. время регистрации рентгенограммы (число, месяц год);
2. длину волны используемого излучения;
3. режимы регистрации рентгенограммы: ускоряющее напряжение на трубке, ток через трубку, щели, скорость сканирования. (чувствительность прибора (число имп/сек), постоянную времени ; скорость съемки если регистрация осуществляется на диаграммную ленту);
4. связующий материал (если он применялся) при помещении образца в рентгеновскую кювету;

— качественно оценить полученную рентгенограмму: определить, в аморфном или кристаллическом состоянии находится изучаемое вещество;

— измерить , рассчитать по формуле (1) значения для всех линий.

— составить таблицу результатов измерений,

— ответить на контрольные вопросы,

Краткая теория . Рентгенография поликристаллических образцов позволяет:

определять состояния твердого тела (кристаллическое, аморфное, аморфное с кристаллическими включениями);
определять параметры элементарной ячейки неизвестного вещества;
производить структурный анализ несложных структур — определять координаты атомов в элементарной ячейке;
исследовать фазовые переходы;
исследовать фазовый состав вещества (производить качественный и количественный анализы).

При получении рентгенограмм поликристаллов с использованием дифрактометра используется плоский препарат. Э то может быть нанесенный каким-либо способом на плоскость держателя порошок, или спрессованная из порошка таблетка, или срез (аншлиф) массивного поликристаллического агрегата, например металла. Оптимальный размер частиц в порошке

10 мкм. Для достижения оптимальных размеров применяют просеивание предварительно измельченного образца через сита с заданным размером ячейки. Предварительное измельчение порошка производится в агатовой или чугунной ступке.

Способ приготовления порошкового препарата выбирается в зависимости от решаемой задачи. Для получения пробной, обзорной рентгенограммы порошковый образец насыпают в рентгеновскую кювету и перемешивают с каким-либо связующим материалом. Можно использовать вазелин, но в очень малых количествах. Обычно готовят «кашицу» из порошка со спиртом, затем прессуют, чтобы порошок не высыпался из кюветы. Однако за счет прессования в препарате может возникнуть нежелательная текстура по плоскостям спайности или граням кристаллитов. Следует помнить об этом при выравнивании поверхности порошка в кювете.

Для идентификации фаз и измерения параметров ячейки, когда не предъявляется жестких требований к точности измерения интенсивности отражений, препарат можно готовить прессованием на стекле. Стеклянный кружок диаметром

25 мм смазывают пленкой вазелина. Сверху равномерным слоем наносят порошок образца (мг) или его смеси со стандартом (рис. 1, а). На порошок накладывают стеклянную пластину и, слегка покачивая ее и постепенно увеличивая давление, разравнивают порошок, прессуют его (рис. 1, б). И в этом случае такое прессование препарата может привести к текстурированию по плоскостям спайности или граням кристаллов. Текстура не является помехой при измерении положения пиков. Однако в случае кристаллов с весьма совершенной спайностью текстурирование может оказаться очень сильным. В этом случае с рентгенограммы могут исчезнуть практически все отражения, кроме отвечающих плоскостям спайности. При этом интенсивность последних возрастает, и появляются их более высокие порядки отражения, которые можно использовать для более точного измерения данного межплоскостного расстояния.

Полученный препарат крепят в стеклянной кювете на пластилине и придавливают сверху стеклянной пластиной, для того чтобы поверхность образца оказалась параллельной каемке кюветы (рис. 1, в). Кювету привинчивают к держателю, в результате чего на отъюстированном гониометре поверхность образца совмещается с плоскостью фокусировки. Если образец плоский, то его прикрепляют минимальным количеством пластилина по центру кюветы. Вращение образца приводит к увеличению эффективного объема, участвующего в формировании дифракционной картины и уменьшению влияния текстуры.

При необходимости точного измерения интенсивности максимумов (при проведении количественного фазового или структурного анализа) тщательно растертый порошок исследуемого вещества набивают в стеклянную лунку диаметром 20 и глубиной 2 мм и спрессовывают (рис. 2, а).

Указанные размеры лунки, позволяют избежать потерь первичного пучка по площади (рис. 3,а) и глубине (рис. 3,6) препарата. Для контроля над потерями пучка можно использовать металлическую лунку, которая при съемке дает свою дифракционную картину в том случае, если пучок выходит за пределы препарата. Если используют стеклянную лунку, то контроль пучка по площади препарата осуществляют люминесцирующим экраном, а для контроля по глубине препарата проводят пробную съемку, поместив на дно лунки (под образец) металлическую фольгу. Фольга даст дифракционную картину, если первичный пучок, пройдя сквозь образец, будет еще обладать достаточной для этого энергией. В таком случае следует увеличить толщину препарата.

Для устранения текстуры препарат готовят с разбавителем. Разбавитель должен быть рентгеноаморфным и упругим (древесные опилки, крахмал и др.) или вязким (вазелин и др.). Для соединений с весьма совершенной спайностью (слюды, глинистые минералы) можно использовать более эффективную методику распыления материала с разбавителем. В любом случае предварительно записывают дифрактограмму чистого разбавителя, чтобы познакомиться с его дифракционной картиной и убедиться в отсутствии в нем кристаллической фазы.

Приемлемой разориентацией частиц обладает препарат с вазелином. Образец и вазелин тщательно перемешивают в лунке до состояния густого «теста», избыток которого срезают в одно касание ребром пластины (рис. 2, б). Не следует приглаживать поверхность препарата, так как это приводит к текстурированию. В случае неудачного среза «тесто» снова перемешивают и операцию повторяют.

Разбавитель несколько ухудшает геометрию препарата и увеличивает интенсивность фона, что приводит к завышению статистической ошибки счета, особенно для слабых пиков. Поэтому следует стремиться использовать препарат без разбавителя, убедившись предварительно, что он не текстурирован. Такой препарат получают обычно из пудры химически приготовленного вещества или хорошо растертых кристаллов, обладающих несовершенной спайностью.

Полезно предварительно измерить в препаратах без разбавителя и с вазелином интенсивность десятка сильных отражений, включая отражения от предполагаемых плоскостей спайности и граней роста кристаллов. Препарат без разбавителя можно считать нетекстурированным и пригодным для дальнейшей работы, если от него получены те же относительные интенсивности отражений, что и от препарата с вазелином.

Плоский образец может быть произвольной формы, но размером не менее , должен вписываться в окружность диаметром 25 мм , толщина образца не должна превышать 10 мм . После приготовления образца путем механической обработки производят стравливание наклепанного слоя на глубину 0,15 — 0,2 мм химическим травлением. Поверхность образца должна быть строго параллельна каемке кюв еты.

Экспериментально рентгенограммы исследуемых объектов могут быть получены с применением различных рентгеновских камер на рентгеновских установках с фотографической регистрацией (установки УРС-2,0; УРС-60 и т.д.) и на установках с применением регистрации дифракционной картины с помощью детекторов рентгеновского излучения (отечественные дифрактометры рентгеновские общего назначения ДРОН-2; ДРОН-З и т.д. с горизонтальными гониометрами, дифрактометры зарубежных фирм “ Bruker ”, “ Thermo Techno ”, “ Shimadzu ” с вертикальными гониометрами).

В результате регистрации дифракционного спектра на дифрактометре получается дифрактограмма (рентгендифракционный спектр) в виде заданной по точкам спектральной функции, выведенной на цифропечать, в виде графического изображения этой функции на ленте самописца, либо сохраняется в виде цифровой информации в памяти компьютера для дальнейшей обработки. Для краткости будем употреблять термин дифрактограмма или рентгенограмма, хотя использование термина «рентгендифракционный спектр» является более правильным. Он отражает физическую специфику получения спектра и указывает, что дифрактограмма относится к информации спектрального типа. Тем самым подчеркивается информационная общность дифракционного спектра со спектральной информацией иной физической природы (оптическими, ИК -, УФ -, масс-спектрами, хроматограммами и т. д.), которая выражается в сходности процедур предварительной и окончательной обработки экспериментальных данных подобного типа. Фрагмент дифракционного спектра представлен на рис. 4а.

Современные дифрактометры позволяют получить дифракционный спектр в диапазоне углов от 2-4 до 140-160 градусов с шагом . Если считать, что половина диапазона полученного спектра относится к областям фона, то информативные области спектра (области линий) будут содержать порядка 7,5·10 3 — 15·10 3 точек. Таким образом, для точного представления дифракционного спектра, содержащего информацию о форме рентгеновских линий, необходимо хранить массивы, содержащие тысячи чисел (значений интенсивности). Однако для решения конкретных аналитических задач, как правило, нет необходимости в хранении всего спектра или его части в полном представлении, приведенном на рис. 4,а. Производится предварительная обработка спектра — отделение фона, определение положений пиков (по их максимумам или центрам тяжести), вычисление интегральных интенсивностей, результатом которой является сжатие спектральной информации примерно на два порядка. Такой сжатый дифракционный спектр представляется в виде совокупности пар значений или , где или определяет положение — ой линии в шкале углов или межплоскостных расстояний , а есть интегральная интенсивность ой линии. Графически сжатый спектр представляется в виде штрих диаграммы (рис. 4.б).

Величины межплоскостных расстояний определяются из уравнения Вульфа Брэгга (1), где — длина волны используемого характеристического излучения, — угол скольжения.

Для получения качественной рентгенограммы исследуемого объекта необходимо выполнить ряд условий:

отсутствие вторичного характеристического излучения материалом образца, вуалирующего рентгенограмму. Интенсивное вторичное излучение возникает в том случае, если атомный номер вещества анода на 2-3 единицы больше атомного номера элементов исследуемого образца. Например, ( Z = 26) на излучении — анода ( Z = 29) дает интенсивное вторичное рентгеновское излучение, вуалирующее дифракционную картину;
наличие достаточного количества линий;
достаточную разреженность линий;
условия 2 и 3 противоречивы. Чем меньше длина волны излучения, тем больше на рентгенограмме линий и хуже их разрешение.

В табл. 1 приведена характеристика линий — серии для наиболее распространенных анодов.

Наиболее яркие линии принадлежат — серии, в состав которой входят линии и др.

На малых углах линии и на рентгенограммах обычно сливаются. Дублет и может разрешиться только при больших углах у достаточно хорошо окристаллизованного материала. Обычно в этом случае при расчете используют средневзвешенное значение длины волны , которое обозначают просто, что обусловлено соотношением . Кроме того, на рентгенограмме выявляются линии , которые отвечают длине волны . Остальные линии слабы и сливаются с общим фоном рентгенограммы.

Регистрация рентгенограмм осуществляется при автоматическом синхронном вращении образца и детектора в горизонтальной плоскости вокруг общей вертикальной оси гониометра с соотношением скоростей . При этом детектор измеряет интенсивность дифракционной картины последовательно под разными углами отражения. Показания детектора регистрируются на диаграммной ленте, которая движется синхронно с вращением счетчика, или компьютером. В результате фиксируется кривая зависимости интенсивности дифракционной картины от угла отражения — дифрактограмма.

Первичную информацию о состоянии вещества можно получить из внешнего вида рентгеновских спектров. Хорошо окристаллизованный и однородный по параметрам решетки материал дает узкие и высокие дифракционные пики (рис.5), плохо окристаллизованный, неоднородный материал — широкие и низкие.

Типичная дифрактограмма поликристалла (рис. 5) представляет собой серию пиков на плавной линии фона. Каждый пик является отражением — го порядка от серии плоскостей с межплоскостным расстоянием . Его положение на рентгенограмме (угол ) при регистрации рентгенограммы на излучении с длиной волны определяется уравнение Брэгга — Вульфа (1):

Отражения с близкими значениями на рентгенограмме могут накладываться, что затруднит ее расшифровку. Число возможных наложений пропорционально количеству рефлексов и определяется фактором повторяемости. Оно минимально в случае высокосимметричных кристаллов с небольшой ячейкой.

Следует иметь в виду, что рентгенограммы многофазных систем лучше регистрировать в «мягком» излучении с большой длиной волны. При этом достигается максимальное разрешение линий на рентгенограмме.

Рентгенограмма аморфного образца имеет характерный вид — это широкая линия (галло) с угловой шириной = 10-20° (рис. 6). Возникают такие отражения за счет существования ближнего порядка в расположении атомов аморфной фазы. В простейшем случае (плотная упаковка сферических атомов элементов нулевой группы) положение первого такого максимума примерно соответствует кратчайшему межатомному расстоянию.

Обычно запись спектра на дифрактометре ведется с — фильтром на — излучении. При измерении положения — пиков возникают трудности за счет существования — дублета. Дублет разрешается тем лучше, чем больше угол , меньше скорость вращения счетчика и совершеннее и однороднее изучаемые кристаллы. В зависимости от степени разрешения дублета пик измеряют в разных точках, и измерения отвечают разным длинам волн: и .

При записи рентгенограммы на скорости вращения образца 0.5 градус/мин пики и в малоугловой области () сливаются настолько, что виден один, практически симметричный, пик . Его положение рекомендуется измерять на высоте 1/3-1/2 от основания. Выше — зона разрешения дублета.

Под большими углами отражения () со стороны больших углов (с левой стороны пика) появляется своеобразная «подпорка» — компонента , но разрешение еще недостаточно для раздельного измерения пиков и . Процедура измерения проводится так же, как и в предыдущем случае.

При дальнейшем увеличении угла отражения () появляется возможность измерения пиков и . Затем при — и . В последнем, случае более точные результаты дает интенсивный пик , а измерение теряет смысл (середина между пиками и отвечает значению длины волны , а не принятому в таблицах межплоскостных расстояний значению ).

На рентгенограммах могут наблюдаться наложения (перекрытие) пиков, соответствующих отражениям от плоских сеток с близкими значениями . Частичное перекрытие пиков изменяет их положение в сторону сближения. Из наложенных пиков смещение минимально для более интенсивного пика (например, пик в паре ), и им часто можно пренебречь, и максимально для слабого пика, положение которого измеряют по вершине с завышенной погрешностью.

Более строго положение пика определяют по его центру тяжести (рис.7). В рядовых исследованиях удовлетворительные результаты дает аппроксимация пика треугольником (рис.2,в), центр тяжести которого находится в точке пересечения его медиан. Для расчета межплоскостных расстояний по углам , соответствующим положению центра тяжести пика, используют значения для центра тяжести спектральной линии, которые несколько отличаются от значений использованных в таблицах. В рядовых исследованиях этим отличием можно пренебречь.

Точность определения положения пика зависит от режима его регистрации. При записи рентгенограммы на скорости движения счетчика 0,5 градус/мин и диаграммной ленты 1200 мм/ч легко достигается точность 0,01° (). Примерно с такой же погрешностью вводятся поправки по внутреннему стандарту. В результате погрешность измерения положения пика составляет , что в случае отражений с > 140° соответствует достаточно высокой точности определения параметров ячейки (десятитысячные доли ангстрема).

Рис. 7.К определению положения максимума θ max (а), положения центра тяжести θ с (б)

Интенсивность пика оценивают по его высоте (пиковая интенсивность) или площади (интегральная интенсивность) (рис. 8). Определение интенсивности линий по высоте осуществляется измерительной линейкой в мм, отсчет ведется от уровня фона спектра. Интенсивность в импульсах считывается с интенсиметра.

Рис.8. Определение интегральной (а) и пиковой (б) интенсивности

Измерения интенсивности отражения по его высоте производят по его высоте лишь при идентификации фаз. При этом под пиком проводят плавную линию фона, от которой ведут измерение. В пределах одного пика линию фона можно считать прямой, а в большинстве случаев и горизонтальной (рис. 6).

Интенсивность самого яркого пика принимают за 100, интенсивность остальных пиков оценивают в долях от него. Следовательно, измеряют относительные интенсивности в объективной шкале.

Хорошо окристаллизованный и однородный по параметрам решетки материал дает узкие высокие дифракционные пики, плохо окристаллизованный неоднородный материал — широкие и низкие. Следовательно, высота пика неточно отражает его интенсивность. Более строгим является измерение интенсивности пиков по их площади. Делают это с помощью планиметра, а если его нет, то по сетке, нанесенной на прозрачную пленку (удобная цена деления 1 мм по горизонтали и 10 мм по вертикали), или путем взвешивания вырезанных из ленты пиков.

Основным различием методов оценки интенсивности отражений на рентгенограммах, полученных дифрактометрическим и фотографическим способами, является не дробность шкалы (100 или 10), а необъективность фотографической шкалы, возникающая за счет задания двух пределов: верхнего — 10 и нижнего 1. Например, если на дебаеграмме самый яркий рефлекс имеет истинную интенсивность 100, а самый слабый — 1, то по условию десятибалльной шкалы им приписывают интенсивность 10 и 1 балл соответственно, следовательно, искажают отношение интенсивностей в 10 раз. Искажение в каждом случае индивидуально, поэтому перевод интенсивностей из 10-балльной в 100-балльную шкалу может быть осуществлен лишь приближенно.

Если — излучение не отфильтровано, необходимо выяснить, какие линии возникли за его счет. Для этого используют то обстоятельство, что отношение синусов углов пары линий, полученных в результате отражения лучей с длинами волн и от одной и той же плоскости, равно отношению соответствующих длин волн и. После промера рентгенограммы находят значения каждой линии и умножают на отношение длин волн . Если на рентгенограмме имеется пара линий с углами и , причем и первая линия слабее второй, значит первая линия получена в результате отражения — лучей. Если возникшая в результате отражения — лучей линия слаба, то соответствующая — линия на рентгенограмме не получиться.

Процедуру нахождения — линий можно производить еще одним способом. Рассчитывают межплоскостные расстояния и по — и по — длинам излучения. Затем сравнивают полученные межплоскостные расстояния. Если в ряду значений межплоскостных расстояний, полученных при расчете по — длине волны обнаружатся такие же значения межплоскостных расстояний, как и в ряду значений, полученных на — излучении, а интенсивность этих линий в два — три раза ниже, чем в — ряду, значит этот максимум соответствует — линии и его можно исключить из дальнейшего рассмотрения. Дальнейшая работа ведется только с — линиями.

Этапы расчета рентгенограммы:

На рентгенограмме фиксируются и нумеруются все линии, у которых отношение интенсивности сигнала к интенсивности фона больше 2.
Определяется в градусах положение максимума интенсивности каждой линии. Например, положение в углах максимума линии № 3 (рис.5) равно 20,55°. Положение пиков измеряют от ближайшего штриха-метки с точностью . Штрихи — отметчики автоматически фиксируют на рентгенограмме

значения брэгговских углов . Измерения необходимо производить аккуратно, так как большая величина может привести к значительным ошибкам в конечном результате.

Интенсивность пика оценивают по его высоте (пиковая интенсивность) или площади (интегральная интенсивность) (рис. 7). Определение интенсивности линий по высоте осуществляется измерительной линейкой в мм, отсчет ведется от уровня фона спектра. Интенсивность в импульсах считывается с интенсиметра.

По формуле (1) рассчитывают значения межплоскостных расстояний.

Результаты заносят в таблицу.

Образец таблицы оформления экспериментальных результатов

Источник