پراش اشعه پرتو ایکس (XRD) چیست؟

در مطلب قبلی در مورد روش طیف سنجی رزونانس مغناطیسی یا همان NMR صحبت کردیم. در این مطلب از دایا اکسیر که فروش مواد شیمیایی آزمایشگاهی را انجام میدهد، می خواهیم در خصوص پراش اشعه پرتو ایکس (X-RAY DIFFRACTION SPECTROMETER-XRD) که یکی از روش های غیر تخریبی که اطلاعات جامع و مفیدی را در ارتباط با ساختار بلوری مواد ارائه می دهد، صحبت کنیم. هر ساختار بلوری، یک پرتو اشعه ایکس منحصربه فرد خود را دارد و مانند اثرانگشت برای آنها بشمار می رود که با آنالیز پراش اشعه پرتو ایکس میتوان به مواردی چون بررسی ویژگی های هندسه شبکه بلوری، تعیین کیفی ترکیبات مجهول بلوری، مشخص نمودن فاز بلورها، تعیین اندازه کریستال ها و جهت گیری آنها، تنش ها و نقص های شبکه ای پرداخت. پس در ادامه همراه ما باشید تا در رابطه با این موضوع بیشتر به بحث و توضیح بپردازیم.

پراش اشعه پرتو ایکس (XRD) چیست؟

همانطور که در ابتدا هم گفتیم، پراش اشعه پرتو ایکس (XRD) یک تکنیک تحلیلی سریع است که عمدتاً برای شناسایی فاز یک ماده کریستالی استفاده می شود و می تواند اطلاعاتی در مورد ابعاد سلول واحد را ارائه دهد.

اصول اساسی پراش پرتو ایکس (XRD)

ماکس فون لائو در سال ۱۹۱۲، کشف کرد که مواد کریستالی به عنوان شبکه های پراش سه بعدی برای طول موج های پرتو ایکس مشابه فاصله صفحات، در یک شبکه کریستالی عمل می کنند. پراش اشعه پرتو ایکس در حال حاضر یک تکنیک رایج برای مطالعه ساختارهای کریستالی و فاصله اتمی است.

این تکنیک بر اساس تداخل اشعه ایکس با یک طول موج و یک نمونه کریستالی می باشد که توسط یک لوله اشعه کاتدی تولید و فیلتر می شود تا تشعشعات تک رنگی که تولید می کند، با هم هماهنگ و به سمت نمونه هدایت می شوند. در نتیجه برهمکنش پرتوهای فرودی با نمونه زمانی که شرایط مطابق با قانون براگ است، یک تداخل سازنده (و یک پرتو پراش) ایجاد می کند. این قانون، طول موج تابش الکترومغناطیسی را به زاویه پراش و فاصله شبکه در یک نمونه کریستالی مرتبط کرده تا پرتوهای ایکس پراش شده، شناسایی، پردازش و شمارش شوند.

میتوان گفت تمام روش های پراش بر اساس تولید اشعه ایکس در یک لوله اشعه ایکس انجام می گیرد که این اشعه ایکس به سمت نمونه هدایت می شود و پرتوهای پراش شده جمع آوری می شوند. یکی از اجزای اصلی همه پراش ها، زاویه بین پرتوهای فرود و پراش است.

دستگاه پراش اشعه پرتو ایکس چگونه کار می کند؟

دستگاه های پراش اشعه پرتو ایکس از سه عنصر اصلی تشکیل شده است:

1. لوله اشعه ایکس
2. نگهدارنده نمونه
3. آشکارساز اشعه ایکس

اشعه ایکس در یک لوله پرتو کاتدی با گرم کردن و شتاب دادن الکترون ها به سمت هدف، به وسیله اعمال ولتاژ و بمباران مواد هدف با الکترون ها تولید می شود. وقتی الکترون‌ها انرژی کافی برای جابجایی الکترون‌ های لایه داخلی ماده هدف داشته باشند، طیف‌های پرتو ایکس مشخص می‌شوند.

اشعه ایکس با هم هماهنگ و به سمت نمونه هدایت می شود؛ همانطور که نمونه و آشکارساز چرخانده می شوند، شدت اشعه ایکس منعکس شده ثبت می گردد. هنگامی که هندسه اشعه ایکس فرودی که به نمونه برخورد می کند، معادله براگ را برآورده کند تداخل سازنده ایجاد و یک قله در نمودار شدت ایجاد می شود. حال آشکارساز این سیگنال اشعه ایکس را ضبط و پردازش و در ادامه سیگنال را به یک نرخ شمارش تبدیل می کند تا برای خروجی، به دستگاهی مانند چاپگر یا مانیتور کامپیوتر ارسال شود.

اگر می خواهید در مورد مایکوپلاسما و علل آلوگی آن بیشتر بدانید، می توانید روی عکس زیر کلیک کنید.

برنامه های کاربردی پراش اشعه پرتو ایکس چیست؟

پراش اشعه پرتو ایکس به طور گسترده برای شناسایی مواد کریستالی ناشناخته مانند مواد و ترکیبات معدنی استفاده می شود. همچنین برای تعیین جامدات ناشناخته در مطالعات زمین شناسی، علوم محیطی، علم مواد، مهندسی و زیست شناسی حیاتی نیز کاربرد دارد؛ دیگر استفاده های آنالیز پراش اشعه پرتو ایکس (XRD) عبارت است از:

• خصوصیات مواد کریستالی
• شناسایی کانی های ریزدانه مانند خاک رس و خاک رس لایه ای مخلوط که تشخیص نوری آنها دشوار است.
• تعیین ابعاد سلول واحد
• اندازه گیری خلوص نمونه
• تعیین ساختارهای کریستالی با استفاده از پالایش ریتلد
• تحلیل کمی مقادیر معین مواد معدنی
• مشخص کردن نمونه های لایه نازک توسط
• تعیین عدم تطابق شبکه بین لایه و بستر و استنتاج تنش و کرنش
• تعیین چگالی نابجایی و کیفیت فیلم با اندازه گیری منحنی تکان دهنده
• اندازه گیری ابرشبکه ها در ساختارهای همپایی چند لایه
• تعیین ضخامت، زبری و چگالی فیلم با استفاده از اندازه‌گیری‌های انعکاسی اشعه ایکس
• انجام اندازه گیری های بافتی مانند جهت گیری دانه ها در یک نمونه پلی کریستالی

نقاط قوت پراش اشعه پرتو ایکس

• تکنیک قدرتمند و سریع برای شناسایی یک کانی ناشناخته
• در بیشتر موارد، تعیین مواد معدنی بدون ابهام را ارائه می دهد
• حداقل آماده سازی نمونه مورد نیاز است
• واحدهای XRD به طور گسترده در دسترس هستند
• تفسیر داده ها نسبتاً مستقیم است

محدودیت های پراش اشعه پرتو ایکس

• مواد همگن و تک فاز برای شناسایی یک ناشناخته بهترین هستند
• باید به فایل مرجع استاندارد ترکیبات معدنی دسترسی داشته باشد.
• به ۱۰ گرم ماده نیاز دارد که باید پودر شود
• برای مواد مخلوط، حد تشخیص ۲٪ از نمونه است
• برای تعیین سلول واحد، نمایه سازی الگوها برای سیستم های کریستالی غیر ایزومتریک پیچیده است.
• اوج پوشش ممکن است رخ دهد و برای “بازتاب” با زاویه بالا بدتر شود

کلام آخر

در اینجا سعی کردیم تا درباره نکات اصلی و مهم پراش اشعه پرتو ایکس صحبت کنیم. بهتر است این را هم بدانید که  انواع روش ها و دستگاه های مختلفی برای اینکار وجود دارد که از کاربردی ترین آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• آنالیز XRD نرمال
• آنالیز XRD low angel
• آنالیز Grazing
• آنالیز XRD در دماهای بالا
• آنالیز تعیین تنش پسماند
• آنالیز Texture