布魯克全新臺式D6 PHASER應用報告系列（一）——晶粒尺寸分析

D6 PHASER非常適合通過粉末X射線衍射技術進行快速的晶粒尺寸分析。該分析是基于對多個晶體衍射峰的評估，通常它們會隨著晶粒尺寸變小而出現特征性展寬。晶體衍射峰的展寬必須與儀器自身的展寬進行分離，后者決定了晶粒尺寸的上限值。而晶粒尺寸分析的下限則是由從儀器自身背景中分離出寬的、低強度信號的能力所決定的。

D6在晶粒尺寸分析方面的優勢

D6 PHASER在晶粒尺寸分析應用的特征優勢包括：

◇  優異的2Theta角度分辨率（優于0.03°）；

◇  高的X射線通量，得益于600W或1.2 kW高功率高壓發生器，緊湊的測角儀半徑和自動發散狹縫，以實現在全測量角度范圍內X射線照射大面積的特定樣品區域；

◇  動態光束優化(DBO)，來嚴格控制儀器的背景信號，有利于寬峰分離。 

應用案例分析

這些優勢使得D6 PHASER成為化學或制藥行業中人們研究晶粒尺寸的很好工具，而這些行業的工藝參數或材料性能與晶粒尺寸或比表面積密切相關。另一個典型的應用是Lc分析(煅燒石油焦微晶尺寸，ASTM D5187)，它將衍射半峰寬與電解熔煉金屬所使用的煅燒石油焦的品質有機地聯系起來。

▲圖1.兩張NIST SRM1979的XRD圖譜顯示了小顆粒的衍射峰展寬

通過對NIST粉末衍射線標準參考物質SRM 1979的衍射分析(圖1)，驗證了D6 PHASER用于晶體尺寸分析的強大儀器性能。該實驗在低背景硅樣品支架上制備了薄樣品層，并在圖2所示的配置中收集數據，并使用DIFFRAC. TOPAS v7進行分析。峰形分析與NIST證書中描述的方法類似，其使用Pawley擬合和基本儀器參數模型從儀器峰形展寬中卷積計算出晶粒尺寸。表1展示了計算出的晶粒尺寸與證書數據的良好一致性。

對于各向同性晶粒尺寸的測定，使用DIFFRAC. EVA或DIFFRAC.TOPAS中評價單一衍射峰就足夠。后者TOPAS還可通過評估整個衍射圖譜來精修晶粒(或晶粒形狀)的取向依賴性(圖3)。

▲圖2. 動態光束優化(DBO)的D6 PHASER，配備可變發散狹縫(VDS)，電動空氣防散射屏(MASS)和高能量分辨LYNXEYE XE-T探測器。

表1. DIFFRAC.TOPAS計算出的晶粒尺寸（固定與可變發散狹縫）與NIST證書數據相比較

▲圖3.使用DIFFRAC.TOPAS分析立方金紅石（TiO2）晶粒尺寸的各向異性。晶種的x:z比約為1:2.5。

（數據采集使用D6 PHASER 1.2 kW, Cu靶，無K-beta濾片，2.5°Soller準直器，主光路可變發散狹縫(固定照射模式)，電動防空氣散射屏，2Theta掃描范圍15至140°, 使用LYNXEYE XE-T探測器在高分辨率模式下掃描，總掃描時間為214秒。）