揭露微吸放:为什么粉末XRD中的荧光抑制比良好更弊

在粉末x射线衍射(XRD)实验中,当样品发出荧光时,定量结果的误差可能使实验失去意义。用铜x射线管对含铁的样品进行测量时,荧光特别常见。

许多涉及使用衍射光束单色器或能量 - 鉴别探测器作为清理信号的手段,但样品荧光表明微吸放效应将存在 - 并且微吸放几乎总是导致结果中的误差。

荧光发生时,从源入射的x射线激发了样品的原子,使它们发出自己的特征x射线。

当源K-alpha辐射能量仅略大于样品的特征x射线时,这种效应最为明显。不幸的是,最大的影响与区分荧光x射线和源x射线的最大困难同时发生,因为它们在能量上差别不大。由于具有类似能量的x射线的强度很大,衍射图案往往具有很大的背景。

左:用铜X射线管测量铁的X射线衍射图案,导致样品荧光。右:用正确的X射线管,钴和不显示荧光测量相同的样品。

衍射光束单色器或高能量分辨率检测器可以区分和排除样品荧光,从而大大减少了背景,但它们不会减轻微吸放的影响。当源辐射最有效地在样品中刺激荧光时,样品的源辐射的吸收将是最有效的。如果样品具有多个组分 - 在进行定量相分析时,它们将在其X射线吸收常数中不同,然后微吸收很可能会扭曲表观组合物。

样品中微吸收的重要性取决于其组成相的粒径(D)和线性衰减系数(μ)。线性衰减系数表示每单位厚度的入射x射线光束被吸收(或衰减)的比例。根据布林德利标准(不是修正),为保证XRD定量分析的可靠性,μD值应小于0.01。另一方面,如果μD高于0.01,很大一部分x射线将被材料吸收,而不是衍射,导致该成分在结果中被低估。重要的是要记住,在多相混合物中,如果元素或化合物的线性衰减系数有显著差异,衍射峰的相对强度可能会随颗粒大小而变化。

尽管布林德利标准可以帮助确定样品是否会表现出微吸收效应,但与此方法相关的挑战。首先,通常很难量化粒径,因此无法知道μD的值。由于许多实验室只有筛子可用,没有精确的方法来测量颗粒大小。其次,即使可以通过研磨来确定和改变粒度,有些材料也需要非常小的粒度才能达到0.01以下的μD。亚博网站下载例如,粒子可能需要被研磨成小于一微米yabo214的尺寸。在这些情况下,不太可能有必要的设备来充分地减小颗粒尺寸(并验证减小程度),从而使μD值大于0.01。app亚博体育

在固体样品上,由于晶粒尺寸决定微晶的尺寸,微吸放问题甚至更难以减轻。因此,如果样品不是非常细粒的颗粒,并且对于所有阶段都不相似,则材料不会符合Brindley标准,从而在几乎任何定量分析中导致误差。

为了分析荧光和微吸收的影响,将铁和镍按等原子比例混合。样品在经过一定的研磨时间后,用铜和钴源进行了测试。如下图所示,当铜x射线源在铁中产生丰富的荧光时,铁镍混合物的组成是错误的:未经研磨时,镍的原子分数约为70%,而铁的原子分数为30%。当样品研磨一小时后,所测得的原子成分与实际成分非常接近,镍的表观成分约为55%,铁为45%。然而,当x射线源从铜转换为钴时(钴在铁中引发的荧光较少),即使不经过任何研磨,x射线测量的两种元素的组成都是准确的。

基于这些结果,清楚地清楚地选择兼容的X射线管可以是减少微吸放效果的高效解决方案。当(1)有高背景噪声时,(2)所测量的部件具有非常不同的线性衰减系数,(3)被测量的分量具有非常高的线性衰减系数,(4)组件的线性衰减系数具有非常高的线性衰减系数,(4)组件的线性衰减系数非常高are not known, (5) missing peaks are observed, or (6) standardless analytical methods (e.g., Rietveld) are being used.

应该强调的是,高背景不是问题所在。相反,它们表明了大μ的可能性,因此μ d和微吸收引起的不准确性。通过单色化或能量辨别来减少背景不会改善由微吸收引起的不准确性。因此,唯一有保证的解决办法就是更换x光管。

引用:

[1] g·w·布林德利,费罗斯。玛格。36., 347 - 369(1945)。

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