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| X射线在粉体领域的应用（1） |
| 来源： 更新时间：2013-07-19 09:00:41 浏览次数： |
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一、X射线概述
X射线于1895年由伦琴(W.K.Rontgen)所发现，由于伦琴发现这种射线时无法确定其性质，故称为X射线。后来为纪念它的发明者也称为伦琴射线。
它具有如下特性：①肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧光板发光和使气体电离；②有很高的穿透能力，能透过可见光不能透过的物体；③这种射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转，穿透物质时可以被偏振极化，被物质吸收而强度衰减，但不发生反射、折射现象，通过普通光栅亦不引起衍射；④能杀伤生物细胞。X射线由于具有以上特性，一经发现就引起了全世界科学家的注意。
1912年，劳埃（Max Von Laue）等发现了X射线的晶体衍射现象，证实了X射线是一种电磁波。它的波长与在晶体中发现的周期具有相同的数量级。劳埃实验证明了晶体内部原子排列的周期型结构，使结晶学进入了一个新时代。
X射线的波长位于0.001-10nm之间，与物质的结构单元尺寸数量级相当。X射线衍射技术利用X射线在晶体、非晶体中衍射和散射效应，进行物相的定性和定量分析、结构类型和不完整性分析的技术。一般来讲，当一束单色的X射线照射到试样时，可观察到两种过程。
1、如果试样具有周期性结构（晶区），则X射线被相干散射，入射光与散射光之间没有波长的改变，这种过程成为X射线衍射效应，若在大角度上测定，则称之为广角X射线衍射（wide angle X-ray diffraction, WAXD）。
2、如果试样是具有不同电子密度的非周期性结构（晶区和非晶区），则X射线被不相干散射，有波长的改变，这种过程称为漫射X射线衍射效应（简称散射），若在小角度上测定，则称之为小角X射线散射（small angle X-ray scattering, SAXS）。
二、X射线衍射分析
当一束X射线照射到晶体上时，首先被电子所散射，每个电子都是一个新的辐射波源，当空间辐射出与入射波相同频率的电磁波。在一个原子系统中所有电子的散射波都可以近似地看作是由原子中心发出的。因此，可以把晶体中每个原子都看成是一个新的散射波源，它们各自向空间辐射与入射波想向频率的电磁波。由于这些散射波之间的干涉作用使得空间某些方向上的波始终保持互相叠加，于是在这个方向上可以观测到衍射线；而在另一些方向上的波则始终是互相抵消的，于是就没有衍射线产生。所以，X射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量的原子散射波互相干涉的结果。每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律。概括地讲，一个衍射花样的特征可以认为由两个方面组成，一方面是衍射线在空间的分布规律（称之为衍射几何），另一方面是衍射线束的强度。衍射线的分布规律是由晶胞的大小、形状和位向决定的，而衍射线的强度则取决于原子在晶胞中的位置、数量和种类。为了通过衍射现象来分析晶体内部结构的各种问题，必须掌握一定的晶体学知识；并在衍射现象与晶体结构之间建立起定性和定量的关系，这是X射线衍射理论所要解决的中心问题。
三、X射线衍射分析的样品制备
X射线衍射分析的样品主要有粉末样品、块状样品、薄膜样品、纤维样品等。样品不同，分析目的不同（定性分析或定量分析），则样品制备方法也不同。
1、粉末样品 X射线衍射分析的粉末试样必需满足这样两个条件：晶粒要细小，试样无择优取向（取向排列混乱）。所以，通常将试样研细后使用，可用玛瑙研钵研细。定性分析时粒度应小于44mm（350目），定量分析时应将试样研细至10mm左右。较方便地确定10mm粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾动，两手指间没有颗粒感觉的粒度大致为10mm。
常用的粉末样品架为玻璃试样架，在玻璃板上蚀刻出试样填充区为20×18mm2。玻璃样品架主要用于粉末试样较少时（约少于500mm3）使用。充填时，将试样粉末一点点地放进试样填充区，重复这种操作，使粉末试样在试样架里均匀分布并用玻璃板压平实，要求试样面与玻璃表面齐平。如果试样的量少到不能充分填满试样填充区，可在玻璃试样架凹槽里先滴一薄层用醋酸戊酯稀释的火棉胶溶液，然后将粉末试样撒在上面，待干燥后测试。
2、块状样品 先将块状样品表面研磨抛光，大小不超过20×18mm2，然后用橡皮泥将样品粘在铝样品支架上，要求样品表面与铝样品支架表面平齐。
3、微量样品 取微量样品放入玛瑙研钵中将其研细，然后将研细的样品放在单晶硅样品支架上（切割单晶硅样品支架时使其表面不满足衍射条件），滴数滴无水乙醇使微量样品在单晶硅片上分散均匀，待乙醇完全挥发后即可测试。
4、薄膜样品 将薄膜样品剪成合适大小，用胶带纸粘在玻璃样品支架上即可。
X射线衍射仪
参考书目：《高分子材料分析测试与研究方法》，陈厚主编，化学工业出版社 |
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