پراش پرتو ایکس و رابطه براگ
در ابتدای این مجله از بحث روش های شناسایی مواد با استفاده از پراش پرتو ایکس توضیحی از پراش پرتو ایکس را بیان خواهیم کرد. موقعیت قرارگیری اتم ها در داخل بلور، دارای یک نظم خاص در سه بعد است به طوری که اتم ها نسبت به هم در موقعیت های معینی قرار دارند. وقتی دسته ای از پرتو های ایکس به این اتم ها برخورد می کنند، در اثر این برخورد، الکترون ها مقداری از انرژی پرتو ها را جمع می کنند و با نظم مشخصی شروع به ارتعاش می کنند و پرتو ایکسی همانند پرتو ایکس تابیده شده را تولید می کنند.
در این صورت هر اتم به تنهایی منبع تولید پرتو ایکس می شود. عموم پرتو های تابیده شده از اتم ها با هم برخورد می کنند و یکدیگر را خنثی می کنند، ولی در جهات و در شرایط خاصی ممکن است این امواج یکدیگر را تقویت کنند که به این پدیده پراش پرتو ایکس می گویند. در واقع هنگامی که زاویه ی پرتو ورودی با زاویه ی پرتو بازتاب شده برابر باشد، تداخل امواج از نوع سازنده بوده و امواج یکدیگر را تقویت می کنند.
2dsinƟ=nλ
روش های شناسایی مواد با استفاده از پراش پرتو ایکس
1-تکنیک لاوه
روش پراش پرتو ایکس لاوه، از کریستالی با جهت گیری مشخص استفاده می کند. در این روش در حالی که نمونه ی کریستالی ثابت است، پرتو ورودی طیف وسیعی از طول موج های مختلف اشعه ی ایکس را در بر می گیرد. پرتو های تولید شده توسط تارگت در لوله ی موازی کننده، موازی می شوند و با کریستال برخورد می کنند. سپس پرتو های پراش یافته از کریستال به فیلم عکاسی برخورد کرده و بر روی آن اثر می گذارند.
بدین ترتیب، پرتو های بازتاب یافته به شکل چیدمانی از نقاط سیاه کوچک بر روی فیلم عکاسی ظاهر می شود که در اثر واکنش بین پرتو بازتاب یافته و فیلم عکاسی ایجاد شده اند. در واقع هر نقطه ی متناظر با بازتاب و پراش از یک صفحه ی کریستالوگرافی مجزا است. به طور کلی روش لاوه تکنیک موثری برای تعیین جهت گیری کریستالی نمونه است.
2-روش کریستال چرخان
در روش کریستال چرخان، کریستال حول یکی از محور هایش چرخیده می شود و هم زمان تحت تابش یک پرتو ایکس تکفام (طول موج ثابت) قرار می گیرد. پراش ها معمولا بر روی یک فیلم عکاسی ثبت می شوند که نمونه را احاطه کرده است.
3-روش پودری یا روش دبای-شرر
برای بررسی های بلور شناسی به روش های غیر پودری باید دسته ای از پرتو های ایکس به یکی از سطوح کریستالی مورد نظر برخورد کند و از اثر عبور پرتو ایکس از بلور یاد شده و یا تفرق یافته از آن، بر روی فیلم عکاسی که در سمت دیگر بلور قرار دارد، ساختار بلور مورد نظر را مورد مطالعه قرار داد. به دلیل مشکلات موجود در جهت یابی بلور، روش پودری برای بررسی های ساختاری، جای روش های پیشین را گرفت. علاوه بر این، در حالی که در دو روش قبلی از تک کریستال استفاده می شد در این روش باید از یک پلی کریستال استفاده شود.
روش کار
در روش دبای شرر ابتدا باید نمونه را پودر کرده و از الک با مش 325 عبور داد که در این صورت بزرگترین ذره ی موجود در پودر 40 میکرون است. حال باید به یکی از روش های متداول از پودر و چسب مایع یک میله ی نازک با قطر حدودا 3/0 تا 5/0 میلی متر ساخت. بعد از ساخت این نمونه ی میله ای شکل، آن را به طور عمود در وسط یک فیلم عکاسی قرار می دهند به طوری که فیلم عکاسی به صورت استوانه ای شکل دور نمونه ی پودری قرار می گیرد.
بر روی این فیلم عکاسی دو سوراخ وجود دارد که یکی برای ورود پرتو ایکس و دیگری برای خروج آن تعبیه شده اند. در روش پودری دبای شرر با برخورد پرتو ایکس با ماده ی مورد نظر، به دلیل جهت گیری های کاملا اتفاقی کریستال ها در نمونه، ذرات پودر همزمان کلیه ی پراش های ممکن از سطوح اتمی را که فاصله ی d را با هم دارند و تحت زاویه ی Ɵ مورد نظر در رابطه ی براگ صادق هستند را ایجاد می کنند و پرتو های پراش یافته بر روی فیلم عکاسی اثر می گذارند. از مطالعه ی این اثرات می توان Ɵ هر پراش را به دست آورد و سپس با قرار دادن Ɵ در رابطه ی براگ، مقدار فاصله ی بین صفحه ای d را نیز به دست آورد (طول موج پرتو ایکس نیز برابر با λ است و مقدار آن را می دانیم).
روش پودری شرر در بلور شناسی ابزاری برای اندازه گیری است
تصاویر پرتو ایکس از هر بلور مانند اثر انگشت یک بلور می باشد زیرا این تصاویر برای هر بلور منحصر به فرد است. بنابراین اگر یک بلور ناشناخته تصویر پرتو ایکسی مشابه با یک بلور شناسایی شده داشته باشد بی شک می توان گفت این دو بلور یکی هستند. گاهی برای شناسایی بلور مورد نظر باید تصاویر مورد نظر را با هزاران عکس از بلور های مرجع که در کمیته ی رابط استاندارد های پراش پودری (JCPDS) وجود دارد مقایسه نمود.
4-دیفرکتومتری
در روش شرر، نمونه پودر باید ساعت ها تحت تابش قرار می گرفت و زمان های طولانی برای کار گزاری، ظاهر کردن و خشک کردن فیلم مورد نیاز بود. همچنین برای تخمین شدت خطوط ایجاد شده روی فیلم عکاسی مشکلاتی وجود داشت. روش دیفرکتومتری دقیقا مشابه با روش پودری، از تابیدن پرتو های تکفام ایکس به یک نمونه ی پودری حاصل می شود، ولی به جای فیلم عکاسی از یک گایگر یا شمارشگر سنسیلاتور استفاده می شود که اساس کار این شمارشگر ها یونیزه شدن گاز درون آن ها بر اثر برخورد پرتو های ایکس در شمارنده ی گایگر و فلوئورسانس شدن در شمارنده ی سنسیلاتور می باشد.
روش کار
نمونه ی مورد مطالعه در این روش باید کاملا به صورت ریز باشد که با مقداری چسب روی یک اسلاید شیشه ای پخش می شود. این اسلاید در مسیر تابش پرتو ایکس قرار می گیرد و حول یک محور با سرعتی ثابت می چرخد تا در تمامی زوایا پرتو ایکس به نمونه پودری برخورد کند. منبع تابش پرتو ایکس و شمارنده در محیط یک دایره که مرکز آن نمونه ی پودری است، قرار می گیرند.
با شروع تابش پرتو ایکس به نمونه، شمارنده با سرعتی دو برابر سرعت چرخش اسلاید پودر در محیط دایره می چرخد، به طوری که در هر لحظه که نمونه ی پودر با پرتو ایکس زاویه ی Ɵ می سازد، شمارنده در زاویه ی 2Ɵ با پرتو ایکس قرار دارد. به این ترتیب در هر زاویه ی Ɵ تمامی صفحات اتمی که با فاصله ی d نسبت به یکدیگر قرار دارند و در رابطه ی براگ صدق می کنند، به طور همزمان پرتو های ایکس را پراش می دهند و شمارنده در زاویه ی 2Ɵ تمامی آن ها را ثبت می کند. با این روش شدت پرتو های پراش یافته نیز در زوایای مختلف به طور دقیق قابل اندازه گیری است، به طوری که بلندترین پیک ها مربوط به شدید ترین پراش ها هستند.
روش دیفرکتومتری دقیقا مشابه روش شرر است با این تفاوت که در روش شرر تمامی پراش های موجود به طور همزمان با فیلم عکاسی اندازه گیری می شوند ولی در دیفرکتومتری، آشکارسازی هر زاویه ی پراش در زمان خاص انجام می شود.
برای شناسایی پیک ها و یافتن نوع بلور و ترکیب شیمیایی آن باید پیک های به دست آمده در روش دیفرکتومتری دقیقا مشابه پیک هایی باشد که قبلا شناسایی شده است. برای سهولت در این کار اطلاعات d و Ɵ تمامی بلور های موجود در کتابی به نام هاناوالت جمع آوری شده است و روشی برای تطبیق پیک ها با جداول آن کتاب مشخص شده است، که این روش به روش هاناوالت معروف است.
