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小課堂 | X射線衍射技術入門——XRD是如何工作的？
X射線衍射（簡稱XRD）是一種分析技術，可提供有關晶體材料的結構和相ID的信息。XRD可用于識別單晶并揭示其結構。XRD在地質行業中非常好用，因為它可以用于識別混合物中存在的晶體，例如巖石中的礦物。對于具有可變分子式和結構的礦物（例如粘土），XRD是識別它們并確定其在樣品中比例的佳方法。
那么，XRD是如何工作的？這篇文章將深入探討XRD背后的科學，解釋奧林巴斯便攜式XRD分析儀的工作原理。
01
X射線衍射（XRD）背后的科學
在XRD分析過程中，將X射線束射向樣品，并根據出射方向測量散射強度。按照慣例，入射光束方向和出射光束方向之間的角度稱為2θ或2-theta。
入射和出射光束方向之間的角度稱為2θ（2-Theta）
對于由間距為d的電荷組成的簡單的樣本，當滿足布拉格定律時，觀察到相長干涉（ConstructiveInterference）（更大的散射強度）為：nλ= 2dsin θ。
02
XRD技術實踐
XRD儀器（例如我們的新一代TERRA II和BTX III XRD分析儀）使用該技術直接在分析儀上為主要和次要組分提供快速、可靠的實時礦物學和相分析。
奧林巴斯XRD衍射儀還采用了一種*的方法來快速，輕松地收集和處理XRD數據，這使得我們的XRD分析儀非常緊湊和便攜。
BTX III臺式XRD分析儀（左）和TERRAII便攜式XRD分析儀（右）
以緊湊，輕巧的設計提供的X射線衍射分析功能
03
奧林巴斯XRD的工作原理
常規的基于測角儀的XRD儀器使用反射幾何技術來處理XRD數據。因此，儀器很大，具有許多活動組件，并且經常需要外部冷卻。另一個缺點是它們需要大量樣品進行分析。這些限制意味著XRD分析始終需要在實驗室中進行。
我們的工程師采用*的透射幾何方法使XRD得到發展，使X射線光束穿過樣品。
1.微聚焦X射線管 2.X射線束 3.準直器 4.樣品 5.CCD檢測器
奧林巴斯使用*的傳動幾何XRD方法
這種方法不需要活動組件，使我們能夠設計出世界上個商用電池驅動的便攜式XRD。我們的XRD儀器提供便攜性和易用性的同時，僅需要15 mg樣品即可進行分析。
將樣品封入樣品室后，我們的XRD分析儀將使用一種稱為粉末液化的顆粒隨機化方法。通過這種方法，我們的分析儀對樣品施加恒定的壓電感應頻率，使粉末從上到下對流并繞其軸旋轉。
在30秒內，樣品窗口中的每個粒子將以所有可能的方向穿過X射線束。因此，我們的XRD儀器實現了100％隨機化，這是實現準確X射線衍射關鍵的一步。
04
如何快速、輕松地實現定量礦物學
奧林巴斯致力于使XRD分析盡可能簡單，因此我們的客戶可以快速，輕松地獲得定量的礦物學結果。僅僅需要幾個步驟：
> 準備樣品（了解有關簡單樣品制備步驟的更多信息，請聯系我們的工程師）
> 開始測試，分析儀將X射線穿過窗口中對流的樣品
> X射線轟擊樣品并在2θ角度范圍內衍射
> CCD檢測器測量衍射信息
> 內置于分析儀的自動相識別和定量軟件SwiftMin®實時、直觀地將相ID和定量結果顯示在用戶界面
SwiftMin ®軟件用戶界面
05
常見的XRD應用
XRD可以應用于多個行業，提供簡單、直接的相分析。常見的XRD應用包括：
- 地質勘探
- 礦業開采
- 油氣錄井
- 制藥
- 學術研究
- 太空探索
06
Olympus XRD分析儀的3個*的硬件特性
除了省時的軟件和簡單的樣品前處理，奧林巴斯XRD還采用*的硬件組件并進行了工程設計，使儀器異常可靠：
2D X射線衍射計
許多XRD儀器都使用X射線檢測器只在一個平面或一維實驗中捕獲來自樣品的光子。奧林巴斯基于CCD的XRD分析儀可以收集衍射圓環的切片，以幫助用戶了解樣品的制備方法是否正確（顆粒統計信息和/或晶體的選取向）。這些信息可以幫助確認定量數據的準確性和代表性。
能量鑒別型X射線探測器
較大的常規XRD儀器通常不能使用能量鑒別型探測器。因此，探測器會受到XRD實驗中未使用的光子的影響。另一方面，奧林巴斯XRD分析儀可以去除不直接參與XRD實驗的光子，例如X射線熒光光子，從而提供更好的信噪比。
鈷或銅靶材可選
奧林巴斯XRD儀器標配有堅固的鈷（Co）靶材X射線管。該陽極非常適合分析高鐵含量的樣品，因此是地質學家和礦物學家選的陽極。但是某些應用（例如分析高錳含量）需要銅（Cu）靶材X射線管。奧林巴斯可以提供任一陽極，因此可以根據客戶的應用需求選擇佳陽極。
通過以上詳細講解，大家對奧林巴斯XRD分析儀的工作原理和產品特性都有了一定的了解，XRD不僅在地質行業有著出色的表現，在其他材料的研究中同樣具有非常重要的應用。隨著XRD標準數據庫的日益完善，XRD物相分析會變得越來越簡單。