布鲁克全新台式D6 PHASER应用报告系列（一）——晶粒尺寸分析

D6 PHASER非常适合通过粉末X射线衍射技术进行快速的晶粒尺寸分析。该分析是基于对多个晶体衍射峰的评估，通常它们会随着晶粒尺寸变小而出现特征性展宽。晶体衍射峰的展宽必须与仪器自身的展宽进行分离，后者决定了晶粒尺寸的上限值。而晶粒尺寸分析的下限则是由从仪器自身背景中分离出宽的、低强度信号的能力所决定的。

D6在晶粒尺寸分析方面的优势

D6 PHASER在晶粒尺寸分析应用的特征优势包括：

◇  优异的2Theta角度分辨率（优于0.03°）；

◇  高的X射线通量，得益于600W或1.2 kW高功率高压发生器，紧凑的测角仪半径和自动发散狭缝，以实现在全测量角度范围内X射线照射大面积的特定样品区域；

◇  动态光束优化(DBO)，来严格控制仪器的背景信号，有利于宽峰分离。 

应用案例分析

这些优势使得D6 PHASER成为化学或制药行业中人们研究晶粒尺寸的很好工具，而这些行业的工艺参数或材料性能与晶粒尺寸或比表面积密切相关。另一个典型的应用是Lc分析(煅烧石油焦微晶尺寸，ASTM D5187)，它将衍射半峰宽与电解熔炼金属所使用的煅烧石油焦的品质有机地联系起来。

▲图1.两张NIST SRM1979的XRD图谱显示了小颗粒的衍射峰展宽

通过对NIST粉末衍射线标准参考物质SRM 1979的衍射分析(图1)，验证了D6 PHASER用于晶体尺寸分析的强大仪器性能。该实验在低背景硅样品支架上制备了薄样品层，并在图2所示的配置中收集数据，并使用DIFFRAC. TOPAS v7进行分析。峰形分析与NIST证书中描述的方法类似，其使用Pawley拟合和基本仪器参数模型从仪器峰形展宽中卷积计算出晶粒尺寸。表1展示了计算出的晶粒尺寸与证书数据的良好一致性。

对于各向同性晶粒尺寸的测定，使用DIFFRAC. EVA或DIFFRAC.TOPAS中评价单一衍射峰就足够。后者TOPAS还可通过评估整个衍射图谱来精修晶粒(或晶粒形状)的取向依赖性(图3)。

▲图2. 动态光束优化(DBO)的D6 PHASER，配备可变发散狭缝(VDS)，电动空气防散射屏(MASS)和高能量分辨LYNXEYE XE-T探测器。

表1. DIFFRAC.TOPAS计算出的晶粒尺寸（固定与可变发散狭缝）与NIST证书数据相比较

▲图3.使用DIFFRAC.TOPAS分析立方金红石（TiO2）晶粒尺寸的各向异性。晶种的x:z比约为1:2.5。

（数据采集使用D6 PHASER 1.2 kW, Cu靶，无K-beta滤片，2.5°Soller准直器，主光路可变发散狭缝(固定照射模式)，电动防空气散射屏，2Theta扫描范围15至140°, 使用LYNXEYE XE-T探测器在高分辨率模式下扫描，总扫描时间为214秒。）