Установа освіти "Брестський державний університетімені А.С. Пушкіна "
Реферат
Методи рентгеноструктурного аналізу
Брест, 2010
У рентгеноструктурному аналізі восновному використовуються три методи
1. Метод Лауе. У цьому методі пучоквипромінювання з безперервним спектром падає на нерухомий монокристал.Дифракційна картина реєструється на нерухому фотоплівку.
2. Метод обертання монокристалу.Пучок монохроматичного випромінювання падає на кристал, що обертається (абоколивний) навколо деякого кристалографічного напрямку.Дифракційна картина реєструється на нерухому фотоплівку. У ряді випадківфотоплівка рухається синхронно з обертанням кристала; такий різновид методуобертання носить назву методу розгорнення шарової лінії.
3. Метод порошків або полікристалів(Метод Дебая-Шеррера-Хелл). У цьому методі використовується монохроматичний пучокпроменів. Зразок складається з кристалічного порошку або являє собоюполікристалічний агрегат.
Метод Лауе
Метод Лауе застосовується на першомуетапі вивчення атомної структури кристалів. З його допомогою визначають сингоніїкристала і лауевскій клас (кристалічний клас Фріделя з точністю доцентру інверсії). За законом Фріделя ніколи неможливо виявити відсутністьцентру симетрії на лауеграмми і тому додавання центру симетрії до 32-мкристалічним класам зменшує їх кількість до 11. Метод Лауе застосовуєтьсяголовним чином для дослідження монокристалів або крупнокрісталліческіхзразків. У методі Лауе нерухомий монокристал висвітлюється паралельним пучкомпроменів із суцільним спектром. Зразком може служити як ізольований кристал,так і досить велике зерно в полікристалічному агрегаті.
Формування дифракційної картинивідбувається при розсіянні випромінювання з довжинами хвиль від l min = l 0 = 12,4/U, де U-напруга на рентгенівській трубці, до l m - довжинихвилі, що дає інтенсивність рефлексу (дифракційного максимуму), що перевищуєфон хоч би на 5%. l m залежить не тільки від інтенсивностіпервинного пучка (атомного номера анода, напруги і струму через трубку), але івід поглинання рентгенівських променів у зразку і касеті з плівкою. Спектру l min - L m відповідає набір сфер Евальда з радіусами від 1/ lm до 1/l min , які стосуються вузла 000 і ОР досліджуваного кристала(Рис.1).
Рис. 1
Тоді для всіх вузлів ОР, що лежатьміж цими сферами, буде виконуватися умова Лауе (для якоїсь певноїдовжини хвилі в інтервалі (l m Вё l min )) і,отже, виникає дифракційний максимум - рефлекс на плівці. Для зйомкиза методом Лауе застосовується камера РКСО (рис.2).
Рис. 2 Камера РКСО
Тут пучок первинних рентгенівськихпроменів вирізується діафрагмою 1 з двома отворами діаметрами 0,5 - 1,0 мм.Розмір отворів діафрагми підбирається таким чином, щоб перетин первинногопучка було більше поперечного перерізу досліджуваного кристала. Кристал 2встановлюється на гоніометріческой голівці 3, що складається з системи двохвзаємно перпендикулярних дуг. Тримач кристала на цій головці можепереміщатися щодо цих дуг, а сама гоніометріческая головка може бутиповернена на будь-який кут навколо осі, перпендикулярної до первинного пучку.Гоніометріческая головка дозволяє змінювати орієнтацію кристала по відношенню допервинному пучку та встановлювати певний кристалографічної напрямоккристала уздовж цього пучка. Дифракційна картина реєструється на фотоплівку4, вміщену в касету, площина якої розташована перпендикулярно допервинному пучку. На касеті перед фотоплівкою натягнута тонка дріт,розташована паралельно осі гоніометріческой головки. Тінь від цього дротудає можливість визначити орієнтацію фотоплівки по відношенню до осігоніометріческой головки. Якщо зразок 2 розташовується перед плівкою 4, торентгенограми, отримані таким чином називаються лауеграмми. Дифракційнакартина, реєстрована на фотоплівку, розташовану перед кристалом,називається епіграмою. На лауеграммах дифракційні плями розташовуються позональним кривим (еліпс, парабола, гіпербол, прямим). Ці криві єперерізами дифракційних конусів площиною і стосуються первинного плями. Наепіграмах дифракційні плями розташовуються по гіпербол, не проходить черезпервинний промінь.
Для розгляду особливостейдифракційної картини в методі Лауе користуються геометричною інтерпретацією за допомогоюоберненої гратки. Лауеграмми і епіграми є відображенням оберненої граткикристала. Побудована за лауеграмми гномоніческая проекція дозволяє судити провзаємне розташування в просторі нормалей до відбиваючим площинах іотримати уявлення про симетрії оберненої гратки кристала. За формою плямлауеграмми судять про ступінь досконалості кристала. Хороший кристал дає налауеграмми чіткі плями. Симетрію кристалів по лауеграмми визначають за взаємноюрозташуванню плям (симетричному розташуванню атомних площин повинновідповідати симетричне розташування відбитих променів). (Див. мал. 3)
Рис. 3 Схема зйомкирентгенограм за методом Лауе (а - на просвіт, б - на відображення, F - фокус рентгенівської трубки, К -діафрагми, O - зразок, Пл - плівка)
Метод обертання монокристалу
Метод обертання є основним привизначенні атомної структури кристалів. Цим методом визначають розміри елементарноїосередки, число атомів або молекул, що припадають на одну клітинку. За загасаннівідображень знаходять просторову групу (з точністю до центру інверсії).Дані з вимірювання інтенсивності дифракційних максимумів використовують приобчисленнях, пов'язаних з визначенням атомної структури. При зйомцірентгенограм методом обертання кристал обертається або погойдується навколопевного кристалографічного напрямку при опроміненні йогомонохроматичним або характеристичним рентгенівським випромінюванням. Первиннийпучок вирізується діафрагмою (з двома круглими отворами) і потрапляє накристал. Кристал встановлюється на гоніометріческой голівці так, щоб однез його важливих напрямків (типу [100], [010], [001]) було орієнтоване уздовжосі обертання гоніометріческой головки. Гоніометріческая головка представляєсобою систему двох взаємно перпендикулярних дуг, яка дозволяєвстановлювати кристал під потрібним кутом по відношенню до вісі обертання і допервинному пучку рентгенівських променів. Гоніометріческая головка приводиться вповільне обертання через систему шестерень за допомогою мотора. Дифракційнакартина реєструється на фотоплівці, розташованої по осі циліндричноїповерхні касети певного діаметру (86,6 або 57,3 мм).
При відсутності зовнішньої огранкиорієнтація кристалів проводиться методом Лауе. Для цієї мети в камеріобертання передбачена можливість установки касети з плоскою плівкою.Дифракційні максимуми на рентгенограмі обертання розташовуються уздовж прямих,званих шарів лініями. Максимуми на рентгенограмі розташовуютьсясиметрично щодо вертикальної лінії, що проходить через первинне пляма.Часто на рентгенограмах обертання спостерігаються безперервні смуги, що проходятьчерез дифракційні максимуми. Поява цих смуг обумовлено присутністю ввипромінюванні рентгенівської трубки безперервного спектру поряд зхарактеристичним.
При обертанні кристала навкологоловного кристалографічного напрямку обертається пов'язана з ним зворотнарешітка. При перетині вузлами оберненої гратки сфери розповсюдженнявиникають дифракційні промені, що розташовуються по утворюючим конусів, осіяких збігаються з віссю обертання кристала. Всі вузли оберненої гратки,пересікаються сферою розповсюдження при її обертанні, складають ефективну,область, тобто визначають область індексів дифракційних максимумів, що виникаютьвід даного кристала при його обертанні. Для встановлення атомної структуриречовини необхідно індіцірованіе рентгенограм обертання. Індіцірованіе зазвичайпроводиться графічно з використанням уявлень оберненої гратки. Методомобертання...
