X射线衍射仪是一种利用X射线衍射原理来精确测定物质的晶体结构、织构及应力,进行物相分析、定性分析、定量分析的仪器。其基本原理是:当一束X射线照射到晶体物质上时,由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成,这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级,故由不同原子散射的X射线相互干涉,在某些特殊方向上产生强X射线衍射。衍射线在空间分布的方位和强度与晶体结构密切相关,不同的晶体物质具有自己独t的衍射图样。通过分析这些衍射图样,可以获得物质的晶体结构信息。
1、X射线产生装置:这是核心部分,用于产生高能X射线。常用的X射线产生方法有两种:一是利用X射线管产生X射线,二是利用同步辐射装置产生X射线。X射线管原理是电子经过高压电场加速形成高能电子,在与靶材相互作用时,产生X射线。同步辐射装置则是通过将高能电子或带电粒子引导到电磁场中,使其在磁场中作周期性的偏转运动,从而产生同步辐射。
2、样品台:样品台是用来放置待测试样品的部分,它具有可移动性和旋转性,以便于调整样品在X射线束中的位置和角度。样品台通常由一块坚固且平整的基座、夹持样品的架子以及样品的旋转装置组成,可以在多个方向上进行调整,以满足不同的实验需要。
3、射线检测装置:射线检测装置用于检测衍射强度或同时检测衍射方向,通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。
4、衍射图的处理分析系统:都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统,它们的特点是自动化和智能化。这些系统可以对衍射图谱进行定性分析和定量分析,测定谱线的积分强度(峰强度)和峰位,以及测定谱线强度随角度的变化关系,从而获得晶体结构的信息。
5、测角仪:测角仪是测量角度2θ的装置,它与探测器等都是X射线衍射仪中非常关键的组成部分。测角仪的制作较为复杂,直接影响实验数据的精度。
6、控制系统:包括数据采集系统和各种电气系统、保护系统等,用于控制整个X射线衍射仪的运行。
此外,X射线衍射仪还可能配备有滤波片或单色器,用于去除不需要的射线成分,如Kβ射线,以确保使用单色X射线进行衍射分析。