离别同步辐射“机时守候”：台式SuperXAFS M9000也能测＜0.1%痕量金属

　　合于召开第二十一届冶金及质料阐明测试学术陈诉会暨天下钢圭表化身手委员会钢铁及合金化学因素测定分委员会全理解的报告（第三轮）

　　庄松林院士团队：用 AI 重写光学仪器的“底层代码”——访上海理工大学庄松林院士

　　新颖化商用众晶X射线衍射仪具备无损、便捷、衡量精度上等许众长处，同时装备有进步的陶瓷光管、高精度的测角仪、高敏捷度的探测器以及百般阐明估计软件，因而它的利用范畴口舌常广大的，不但可能告竣质料物相的定性外征，还可能对许众参数告竣定量化的阐明。旧例的阐明包罗：质料的晶型机合阐明、点阵参数的测定、物相定量、晶粒尺寸和结晶度估计等，还可能对质料的宏观微观应力以及取向织构举行测定；同时还包罗诸如小角散射、薄膜衍射、反射率测定以及微分别析等新的身手。而正在X射线衍射阐明外征中，样品的制备经过、仪器参数设定以及数据阐明这三个方法往往确定了X射线衍射数据结果的质料。本文合键从这三方面举行说明，与大师分享下众晶X射线衍射的利用重心。

　　X射线衍射实习的切实性和实习取得的新闻质料结果与样品的制备有很大相干，正在举行质料的X射线衍射阐明时应合理制备样品。样品制备合键分为粉末样品的制备和块状类样品的制备。

　　最先要左右它的颗粒粒径，规定上要保障颗粒尺寸适中而且匀称，对待民众半样品来讲可能通过研磨加过筛的方法来告竣；而对待受外力易形成晶体机合转折的样品而言，平常采用不研磨直接过筛的方法举行执掌。正在样品的悉数研磨经过中要把握研磨力度轻柔匀称的规定，适中的粒度可能让样品中大片面或全面的晶粒插手衍射，从而可能得到反映样品的确晶体机合新闻的实习数据；假设研磨不宽裕，会变成样品的粒度粗大，从而会惹起插手衍射的晶粒数目删除，衍射强度低重，峰形变差，区别率低重的情景；假设使劲过分研磨，对质料的晶体机合会形成分别水平的损害，衍射强度会低重，同时晶粒细化会带来衍射峰的宽化效应，晦气于取得机合了解的衍射谱图。至于研磨的水平，普通研磨到没有颗粒感，仿佛面粉的滑腻感即可，也不行研磨的细致。过筛这一步是为了保障样品粒径的匀称性，假设样品颗粒尺寸不足匀称，会形成必定的择优取向。

　　图1是一个矿物样品的阐明案例，血色谱图是未经研磨和未进程筛执掌的样品，而玄色谱图是样品进程研磨和过筛执掌的。从叠加图中可能显然看到：样品进程研磨过筛后，粒径尺寸适中且匀称，这就保障了插手衍射的晶粒数目。正在X射线衍射谱结果中，进程执掌的样品非论从衍射峰数目、强度、峰型和区别率都要优于未执掌的样品，从而确保了阐明结果的线  进程执掌与未进程执掌的矿物样品的叠加X射线衍射谱图

　　正在粉末样品的装填方面，须要绸缪的样品量普通正在3g控制，最小不少于5mg。压片手腕采用旧例的正压法操作，正在压片经过中让粉末样品最好也许铺满悉数样品槽，环节要让粉末样品压平，假设样品皮相不服整、存正在凹突出伏的情景，会导致出射的角度变大或变小，直接惹起大角度的某些衍射峰偏移，还会变成入射X射线散射至任性对象，导致探测器接纳到的峰值低重。这对待精修阐明而言，会变成最终解析的晶体机合常数显示告急舛错。压片经过中须要提防的是不要使劲压太紧，不然容易影响样品的自正在取向。

　　从样品状态分别，常睹的块状类样品有块状、板片状、圆柱状。正在阐明经过中须要掌握样品的测试面面积、皮相清白度与皮相平整水平。测试面的面积平常要大于1cm2，假设面积太小可能将几块样品粘贴正在沿途举行测试，同时样品的底面要与测试面相平行，从而保障衍射面的程度形态；正在测试前，应当尽能够将测试面磨成平面，并举行粗略的扔光，如此做不仅可能去除金属皮相的氧化膜，还可能扫除皮相的应变层，之后再用超声波洗涤去除皮相的杂质，保障测试面的平整滑腻。

　　1. 扫描参数的设定X射线衍射的扫描方法合键分为步进扫描和衔接扫描，步进扫描是将扫描范畴遵守必定的步进宽度（如常用的0.01度/步或0.02度/步）将悉数扫描范畴分成若干步，正在每一步中止若干秒，并将这若干秒内记载到的总光强度动作该数据点处的强度，普通用于角度范畴内的缜密扫描，可能得到高质料的衍射数据结果，用于定量阐明、线形阐明以及正确测定点阵常数、Rietveld全谱拟合精修等利用；而衔接扫描是测角仪从肇端2θ角度到终止2θ角度举行的匀速扫描，其具备较高的扫描效能。

　　这内里有两个环节参数——步长和扫描速率。步长普通是依据衍射峰的半高宽来确定，最好要小于全谱中最锋利衍射峰半高宽的1/2。步进扫描的中止时代或者衔接扫描的扫描速率要依据步长（数据点间隔）举行设定，要搭配合意，遵从步长小扫速慢，步长大扫速速的规定。不然，正在图谱中会显示基线噪声过大和上下摇动增大的情景，会把极少能够的弱峰粉饰掉。图2是一个陶瓷样品的阐明案例，采用衔接扫描形式、5度/分钟的扫描速率分袂操纵0.01度/步和0.02度/步的步长举行阐明测试，可能看出急迅扫描速率配合稍大步长的阐明成绩要好于小步长；下图遵守步长小扫速慢，步长大扫速速的规定举行测试，都可能较为切实的外征出晶体的机合新闻，尤其是慢速扫描的数据质料更高。

　　如从3度到90度操纵步进扫描形式搜集某样品的衍射谱，步长设定为0.02度/步，中止时代为0.2秒/步，则通过估计可能取得衡量总时代为14.5分钟。衔接扫描的总衡量时代依据式（2）估计，可是本质的总测试时长还须要包罗光源转移到肇端角度的时代。

　　能量为8.04KeV，为了得到靶材的有用引发，电压平常配置为40kV，这里须要申明的是，电压普通不行低于20kV，不然就不行对Cu靶的特色X射线举行有用引发。拔取管电流时功率不行胜过X 射线管的额定功率，较低的管电流可能拉长X 射线管的寿命。除非特别恳求，平常X射线管操纵的负荷不堪过最大容许负荷的80%控制。

　　凭据样品元素因素来合理地拔取任务靶的品种，应保障样品中最轻元素（原子序数小于等于20的元素除外）的原子序数比靶材元素的原子序数稍大或相当。假设靶材元素的原子序数比样品中的元素原子序数大2～4的话，那么X射线将被巨额摄取所以形成告急的荧光形象，晦气于衍射的阐明成绩（例如阐明Fe试样，应当尽量操纵Co靶或Fe靶，假设采用Ni靶，则背底噪音会很高）。

　　假设采用分别的靶材对一样质料举行阐明，所得到的谱图一样吗？操纵分别的靶材，最先其特色X射线波长是分别的，而质料晶体机合的晶面间距值是其固有的。依据布拉格方程可知，样品衍射峰的角度确定于实习操纵的波长，因而，采用分别靶材测试一样质料所得衍射图谱中衍射峰的地点是纷歧样的、呈次序性转折的，与靶材的品种是无合的。

　　（3）狭缝的拔取狭缝的巨细合键凭据质料的外征主意以及探测器的类型来举行拔取，规定便是正在保障强度的情景下提升区别率。普通的衍射仪装备有三种可变的狭缝（发散狭缝、防散射狭缝和接纳狭缝），其它两个索拉狭缝的层间距是固定的。发散狭缝越大，衍射强度越高，但峰型的宽化越显然；防散射狭缝用于限定因为分别来因形成的附加散射进入探测器，有助于低重靠山；接纳狭缝越小，区别率越高，强度越低，反之。阐明测试时尽量让发散狭缝和防散射狭缝依旧相同，接纳狭缝尽量小，如此可能提升衍射谱的区别率和信噪比，从而得到高质料的衍射结果，还可能起到护卫探测器的用意。

　　样品的安放高度对待得到高切实度的数据结果口舌常主要的，高度的略微偏移城市对实习结果形成影响，的确来讲便是会变成衍射峰的位移以及衍射峰强度的转折。通过图3可能看出：低于准确的高度，衍射峰向左偏移，同时峰强低重；假设是高于准确的高度，衍射峰向右偏移，样品皮相与防散射刀片的间隙更小，衍射峰强显然低重。

　　1．获取的数据新闻和物相定性阐明最先，从X 射线谱的峰型中可能取得包罗峰位、峰强以及峰型轮廓宽度样子的这些新闻，通过衍射峰的峰位和峰强可能对物相举行定性定量阐明，同时还可能通过估计得到点阵常数和晶体机合的合系结果；通过峰型轮廓宽度样子可能取得样品峰型的展宽，进而可能估计出晶粒尺寸和微观应力。

　　物相定性阐明是X射线衍射阐明的根基，最主要的合头便是将样品谱图与圭表卡片举行比对，以确定样品的物相构成。比对的经过中要遵从以下4点规定：（1）估计质料的晶面间距d值，这是质料晶体机合所固有的；（2）质料低角度的衍射线与圭表卡片的成亲情景；（3）要点眷注谱图中的强衍射线）要尤为珍贵特色线．衍射谱比对功效的利用将衍射谱举行叠加比对是衍射数据阐明中较为常用的一个手腕，例如判断药物晶型机合的相同性，平常就采用谱图比对的手腕举行晶型阐明。正在《药典》中真切规则判决两个晶态药物晶型形态的相同性，应满意“衍射峰数目一样、衍射峰强弱纪律相同、衍射峰角度偏差范畴正在±0.2°内以及一样角度衍射峰相对峰强度偏差正在±5%内”这四个条款。以一批送检的降糖药为例，判决其晶型形态的相同性。最先对两种药物举行谱图叠加比对，如图4所示，可知这两个样品满意“衍射峰数目一样和衍射峰强弱纪律相同”这两个条款。

　　通过谱图定性比力和衍射峰的定量估计，比对结果满意前三个条款，可是晶粒发展对象存正在分歧变成一样角度衍射峰相对峰强度的偏差越过了《药典》中给定的范畴。X射线衍射谱的比对法可认为挑选药物晶型和优化药物坐褥工艺参数供应助助。

　　黎爽，高级工程师，2008年就职于北科院阐明测试钻研所至今，合键利用电子显微镜、X射线衍射仪等大型科学东西动作外征妙技，从事质料的电子显微阐明、晶体机合外征以及合系科研任务。针对新质料的钻研外征，竖立了众种特点阐明身手，涵盖了质料制备和阐明测试外征等对象。特点阐明身手广大利用于平日科研任务中，已通过专业周围内众项材干验证和邦度执法判断材干验证项目审核。

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