布魯克全新臺式D6 PHASER應用報告系列（一）——晶粒尺寸分析

D6 PHASER非常適合通過粉末X射(she)線衍射(she)技術進(jin)行快速的(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶粒(li)(li)尺(chi)寸分(fen)(fen)析。該分(fen)(fen)析是(shi)基(ji)于對多(duo)個(ge)晶體(ti)衍射(she)峰的(de)(de)(de)(de)(de)(de)評估(gu)，通常它們(men)會隨著晶粒(li)(li)尺(chi)寸變小而出現特征性(xing)展寬(kuan)。晶體(ti)衍射(she)峰的(de)(de)(de)(de)(de)(de)展寬(kuan)必須與儀器自身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)展寬(kuan)進(jin)行分(fen)(fen)離(li)，后者決定了晶粒(li)(li)尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)上限值(zhi)。而晶粒(li)(li)尺(chi)寸分(fen)(fen)析的(de)(de)(de)(de)(de)(de)下限則是(shi)由從儀器自身背(bei)景(jing)中分(fen)(fen)離(li)出寬(kuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)、低強度信號的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能力所決定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。

D6在晶粒尺寸分析方面的優勢

D6 PHASER在(zai)晶粒(li)尺寸(cun)分析應用的特(te)征優(you)勢包括：

◇  優(you)異的2Theta角度(du)分辨率（優(you)于0.03°）；

◇  高(gao)(gao)的(de)X射(she)線通量，得益于600W或1.2 kW高(gao)(gao)功(gong)率高(gao)(gao)壓(ya)發生器，緊湊的(de)測(ce)角(jiao)儀半(ban)徑和自(zi)動發散狹縫，以實現在全測(ce)量角(jiao)度范圍內X射(she)線照射(she)大(da)面(mian)積(ji)的(de)特(te)定樣品區(qu)域；

◇  動態光束優化(DBO)，來嚴格控制儀器的背景信號(hao)，有利(li)于(yu)寬峰(feng)分(fen)離。 

應用案(an)例分析

這些優勢使(shi)得D6 PHASER成為化學(xue)或制藥行業中人們研究晶粒(li)尺(chi)寸(cun)的很(hen)好(hao)工具，而(er)這些行業的工藝參(can)數或材(cai)料(liao)性能(neng)與(yu)晶粒(li)尺(chi)寸(cun)或比表面積(ji)密切相關。另一個(ge)典型的應用是Lc分析(煅燒(shao)石油焦微晶尺(chi)寸(cun)，ASTM D5187)，它將衍(yan)射半峰寬與(yu)電(dian)解(jie)熔煉金屬所使(shi)用的煅燒(shao)石油焦的品質有機(ji)地聯系(xi)起(qi)來。

▲圖1.兩張NIST SRM1979的XRD圖譜顯示了小顆粒的衍射峰展寬

通過對NIST粉末衍射線(xian)標準參(can)(can)考(kao)物質SRM 1979的(de)衍射分(fen)析(xi)(圖(tu)1)，驗(yan)證了D6 PHASER用于晶(jing)體尺寸分(fen)析(xi)的(de)強大儀器性能。該(gai)實驗(yan)在(zai)低(di)背(bei)景(jing)硅樣品支架上制備(bei)了薄(bo)樣品層，并(bing)在(zai)圖(tu)2所(suo)示的(de)配置中(zhong)收集(ji)數(shu)據，并(bing)使用DIFFRAC. TOPAS v7進(jin)行分(fen)析(xi)。峰形(xing)分(fen)析(xi)與(yu)NIST證書中(zhong)描述的(de)方法類似，其使用Pawley擬(ni)合(he)和基本儀器參(can)(can)數(shu)模型(xing)從儀器峰形(xing)展寬中(zhong)卷積計(ji)算出晶(jing)粒(li)尺寸。表1展示了計(ji)算出的(de)晶(jing)粒(li)尺寸與(yu)證書數(shu)據的(de)良好一致性。

對(dui)于各向同性晶(jing)粒尺寸的(de)測定(ding)，使用(yong)DIFFRAC. EVA或DIFFRAC.TOPAS中評價單一衍射(she)峰(feng)就(jiu)足夠。后(hou)者TOPAS還可通過評估整(zheng)個衍射(she)圖譜來(lai)精修(xiu)晶(jing)粒(或晶(jing)粒形狀(zhuang))的(de)取(qu)向依賴性(圖3)。

▲圖2. 動態光束優化(DBO)的D6 PHASER，配備可變發散狹縫(VDS)，電動空氣防散射屏(MASS)和高能量分辨LYNXEYE XE-T探測器。

表1. DIFFRAC.TOPAS計算出(chu)的晶(jing)粒(li)尺寸（固定(ding)與可變發散狹縫(feng)）與NIST證書數據相比較

▲圖3.使用DIFFRAC.TOPAS分析立方金紅石（TiO2）晶粒尺寸的各向異性。晶種的x:z比約為1:2.5。

（數據采集使用D6 PHASER 1.2 kW, Cu靶，無K-beta濾片(pian)，2.5°Soller準直器(qi)，主光路可變發散狹縫(固定照射(she)模(mo)式(shi))，電動防空氣散射(she)屏，2Theta掃(sao)(sao)描范圍15至140°, 使用LYNXEYE XE-T探測(ce)器(qi)在高分辨率模(mo)式(shi)下掃(sao)(sao)描，總掃(sao)(sao)描時(shi)間為214秒。）