便携式X射线衍射仪(XRD)是研究物质的物相和晶体结构的主要方法。当某物质(晶体或非晶体)进行衍射分析时,该物质被X射线照射产生不同程度的衍射现象,物质组成、晶型、分子内成键方式、分子的构型、构象等物质特性决定该物质产生特有的衍射图谱。
XRD技术具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。因此,XRD作为材料结构和成分分析的一种现代科学方法,已在各学科的研究和生产中广泛应用。
便携式X射线衍射仪基本原理
当一束单色X射线入射到晶体时,由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成,这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级,故由不同原子散射的X射线相互干涉,在某些特殊方向上产生强X射线衍射,衍射线在空间分布的方位和强度,与晶体结构密切相关。
根据其原理,某晶体的衍射花样主要有两个特征:衍射线在空间的分布规律和衍射线束的强度。其中,衍射线的分布规律由晶胞大小,形状和位向决定,衍射线强度则取决于原子的品种和它们在晶胞的位置。因此,不同晶体具备不同的衍射图谱。
布拉格定律:两个波的波程差为2dsinθ,当波程差为波长的整数倍时,即2dsinθ=nλ(n=0,1,2,3…),(θ为入射角、d为晶面间距、n为衍射级数、λ为入射线波长,2θ为衍射角)时,散射波位相相同,相互加强。
凡是满足布拉格定律的散射波位相都完全相同,其振幅互相加强,从而在与入射线成2θ角的方向上就会出现衍射线。而在其它方向上的散射线的振幅互相抵消,X射线的强度减弱或者等于零。
布拉格方程简明扼要地给出了X射线的衍射方向。即当入射X射线与晶体中的某个晶面(hkl)之间的夹角满足布拉格方程时,在其反射线的方向上就会产生衍射线,反之不可。