11.1.1 Рентгенофазовый анализ (метод рфа)

Рентгенофазовый анализ основан на дифракции монохроматического рентгеновского пучка при прохождении его через кристаллическую решетку вещества. Дифракционная картина, образующаяся при этом, является индивидуальной характеристикой для данного вещества, а спектр, полученный таким образом, называют дифрактограммой или рентгенограммой. Основной задачей метода РФА является установление фазового состава, как индивидуальных веществ, так и смеси. Под фазой в рентгенографии понимают индивидуальное химическое соединение с определенной пространственной структурой. Следовательно РФА является как методом установления химического состава вещества, так и определения его структуры.

Дифракционная картина вещества описывается угловой позицией 2 , характером симметрии и интенсивностью брэгговских отражений hkl. Существуют два экспериментальных метода регистрации дифракционных данных: дифракция на монокристаллах и дифракция на порошках. Для получения качественных дифрактограмм требуются монокристаллы размером 0,1 – 0,6мм. Такой метод является стандартным при проведении рентгеноструктурного анализа (РСА). По дифрактограмме монокристалла можно рассчитать параметры его кристаллической структуры и ряд других свойств, однако в рутинном анализе чаще применяют дифракцию на порошках.

Сущность «метода порошка» заключается в анализе дифрактограмм порошковых поликристаллических материалов. В таких пробах, в отличие от монокристаллов, присутствуют все виды пространственной ориентации индивидуальных кристаллитов, количество которых составляет примерно в 1 . Малые размеры частиц обеспечивают получение одномерных распределительных диаграмм «интенсивность пика – угол дифракции», что позволяет использовать их для идентификации веществ, определения физических свойств, измерения размеров кристаллитов, и, частично, для выяснения кристаллической структуры.

Для получения дифрактограмм разработаны различные типы рентгеновских установок, такие как серии ДРОН, схема которой приведена на рисунке 11.2.

Рисунок 11.2 Схема установки рентгенофазового анализа

1 – рентгеновская трубка; 2 – образец; 3 – датчик угловой отметки ;

счетчик квантов: 4 – сцинтиллятор и 5 – ФЭУ; 6 –усилитель сигнала;

7 – программатор; 8 – самописец.

Рентгеновские лучи от трубки попадают на образец, помещенный в тонкостенную капиллярную трубку или в специальную плоскую кювету, а отраженные фокусируются в плоскости образца и направляются в сцинтиллятор для детектирования. При этом расстояния от образца до трубки и до детектора – должны быть строго одинаковы. Счетчик рентгеновских квантов – это сцинтиллятор (4) на кристалле (NaJ+Tl) соединенный с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ).

В ходе анализа рентгеновская трубка (1) остается неподвижной, а образец (2) поворачивается вокруг оси гониометра на угол . При этом счетчик квантов за то же время должен повернуться на угол 2 . Скорость такого сканирования не превышает 2 /мин. В современных установках РФА используют иной тип детектирования – так называемые, двумерные позиционно-чувствительные детекторы, существенно сокращающие время анализа.