नाम विश्लेषणात्मक विधिइसकी सामग्री को दर्शाता है - अर्थात, किसी पदार्थ की संरचना का विश्लेषण उसे एक्स-रे में उजागर करके करता है। विधि की मूलभूत नींव आवधिक संरचनाओं द्वारा एक्स-रे विवर्तन के सैद्धांतिक सिद्धांतों से संबंधित हैं, जिसे एम. लाउ ने 1912 में खोजा था।

एक्स-रे प्रकृति में विद्युत चुम्बकीय हैं। एक्स-रे क्वांटा रिकॉर्ड करने वाले उपकरण एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर कहलाते हैं। एक्स-रे मशीन में एक कंट्रोल पैनल होता है, जिसकी संख्या मापन उपकरणऔर कुछ सहायक उपकरण।

एक्स-रे इकाई की मुख्य इकाइयाँ हैं (चित्र 20):

• - एक उपयुक्त इलेक्ट्रॉनिक सर्किट और एक रिकॉर्डिंग डिवाइस के साथ एक एक्स-रे डिटेक्टर (काउंटर);
• - विकिरण स्रोत (एक्स-रे ट्यूब के साथ एक्स-रे मशीन);
• - एक गोनियोमेट्रिक उपकरण जिसमें प्राथमिक एक्स-रे बीम के सापेक्ष नमूने और काउंटर की गति की जाती है।

चावल। बीस। DRON डिफ्रेक्टोमीटर के मुख्य घटक: 1 - बिजली आपूर्ति इकाई; 2 - बिजली की आपूर्ति; 3 - विवर्तन स्टैंड; 4 - एक्स-रे ट्यूब; 5 - गोनियोमीटर; 6 - गोनियोमेट्रिक अटैचमेंट; 7 - पहचान इकाई; 8 - नियंत्रण परिसर; 9 - पंजीकरण ब्लॉक; 10 - जटिल गिनती; 11 - स्व-रिकॉर्डिंग डिवाइस; 12 - प्रिंटिंग डिवाइस; 13 - वेधकर्ता

डिटेक्टर समय के प्रत्येक क्षण में विकिरण बीम के एक संकीर्ण कोणीय अंतराल में बिखरे हुए विकिरण की तीव्रता को पंजीकृत करता है। इस मामले में, एक निश्चित नियंत्रण काउंटर का उपयोग किया जा सकता है।

एक्स-रे स्रोत एक्स-रे ट्यूब (चित्र 21) है, और एक्स-रे मशीन एक्स-रे ट्यूब के लिए विद्युत ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करती है। एक्स-रे ट्यूब में, उच्च गति में तेजी लाने वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा ले जाने वाली विद्युत प्रवाह की ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा में बदल जाती है।

अध्ययन की वस्तुएं विभिन्न चरण अवस्थाओं के पदार्थ हो सकती हैं - ठोस, तरल, गैसीय, क्रिस्टलीय और अनाकार। हालांकि, अध्ययन के लिए अक्सर एक्स-रे विवर्तन विधियों का उपयोग किया जाता है ठोस, एक क्रिस्टलीय संरचना वाले, अर्थात्। ऐसे पदार्थ जो उनके घटक परमाणुओं, आयनों या परिसरों के स्थान में एक क्रमबद्ध, नियमित व्यवस्था द्वारा विशेषता हैं। क्रिस्टलीय पदार्थों की संरचना का मुख्य पैटर्न, अर्थात्, एक निश्चित अवधि के साथ तीन (दो) दिशाओं में कणों की स्थानिक व्यवस्था की पुनरावृत्ति, एक क्रिस्टलीय पदार्थ की संरचना, इसकी समरूपता और मौलिक संरचना का सार दर्शाती है।

चावल। 21.

प्रत्येक पदार्थ में केवल अपनी अंतर्निहित क्रिस्टल संरचना होती है, जो प्रत्येक खनिज प्रजाति या यौगिक की व्यक्तित्व को निर्धारित करती है, और इसके क्रिस्टल-भौतिक गुणों को निर्धारित करती है। कई खनिजों में एक ही संरचना हो सकती है, उदाहरण के लिए, पाइराइट और मार्कासाइट (FeS), कैल्साइट और अर्गोनाइट (CaCO 3), लेकिन अंतरिक्ष में परमाणुओं और आयनों की अलग-अलग सापेक्ष व्यवस्था प्रत्येक खनिज प्रजातियों के वैयक्तिकरण की ओर ले जाती है। क्रिस्टल संरचना को समानांतर परमाणु विमानों की एक प्रणाली की विशेषता है, कम या ज्यादा परमाणुओं द्वारा आबादी, इन विमानों के बीच की दूरी को इंटरप्लानर (डी) कहा जाता है, और जनसंख्या घनत्व एक्स-रे (जे i) के प्रतिबिंब की सापेक्ष तीव्रता की विशेषता है। यह हमें व्युत्क्रम समस्या को हल करने की अनुमति देता है - d और J . प्राप्त करना गुणात्मक और मात्रात्मक रूप से खनिज संरचना का निदान करते हैं।

एक क्रिस्टल के साथ एक्स-रे की बातचीत को परमाणु विमानों द्वारा उनके प्रतिबिंब और परावर्तित किरणों के हस्तक्षेप के रूप में माना जा सकता है। परावर्तित किरणें, जो तीव्रता में अधिकतम होती हैं, कुछ कोणों पर देखी जाती हैं, जो परावर्तक परमाणु संरचना की इंटरप्लानर दूरी और प्रारंभिक एक्स-रे विकिरण (छवि 22) की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करती हैं।

यह संबंध वुल्फ-ब्रैग समीकरण द्वारा व्यक्त किया गया है:

जहाँ u परमाणु तल द्वारा x-किरणों के अधिकतम परावर्तन का कोण (Wulf-Bragg) है; d परावर्तक तलों के बीच की दूरी है (अंतरप्लानर दूरी); l एक पूर्णांक है (प्रतिबिंब का क्रम); d आपतित X-किरणों की तरंगदैर्घ्य है। यह समीकरण, l के मान और प्रयोगात्मक रूप से मापे गए कोण u को जानने के लिए, इंटरप्लानर दूरी d निर्धारित करने की अनुमति देता है।

चावल। 22.

इस सूत्र का उपयोग, विभिन्न पर्यायवाची खनिजों में परमाणु विमानों (एच, के,?) के स्थानिक अभिविन्यास को ध्यान में रखते हुए, परमाणु (आयनिक) जाली के नोड्स की स्थिति निर्धारित करने की अनुमति देता है, जो इकाई सेल मापदंडों को दर्शाता है ( ए, बी, सी), जहां ए, बी, सी - परमाणु विमान में नोड्स के बीच की दूरी और डी - विमानों के बीच की दूरी, सूत्र के अनुसार (क्यूबिक सिनगनी के लिए):

रेडियोग्राफ प्राप्त करने के लिए निम्नलिखित विधियों का उपयोग किया जाता है:

• - लाउ विधि (गैर-मोनोक्रोमैटिक विकिरण के साथ विकिरणित स्थिर क्रिस्टल);
• - क्रिस्टल रोटेशन विधि;
• - पाउडर विवर्तन विधि (मोनोक्रोमैटिक विकिरण के साथ एक संपीड़ित पाउडर का विकिरण)।

लाउ विधि द्वारा किसी पदार्थ की क्रिस्टल संरचना का अध्ययन करते समय, सफेद (व्यापक स्पेक्ट्रम) एक्स-रे विकिरण में एकल क्रिस्टल का विवर्तन पैटर्न प्राप्त होता है। एक एकल क्रिस्टल को एक्स-रे की एक धारा के नीचे रखा जाता है, किरणें परमाणु विमानों से परावर्तित होती हैं और एक एक्स-रे फिल्म पर पड़ती हैं (चित्र 23)। बिखरी हुई किरणें फिल्म पर बिंदु परावर्तन देती हैं, जिनमें से प्रत्येक का अपना तरंग दैर्ध्य होता है l पॉलीक्रोमैटिक स्पेक्ट्रम से। स्पॉट के स्थान में समरूपता क्रिस्टल की समरूपता को दर्शाती है (चित्र 24)।

चावल। 23. लाउग्राम प्राप्त करने की योजना (ए); एक क्रिस्टल के लिए विवर्तन पैटर्न का दृश्य (बी): परावर्तन के माध्यम से खींचे गए अंडाकार चौथे क्रम समरूपता अक्ष (एचपीपीटी: //s-d-p.narod.ru) के अनुरूप एक बिंदु पर छेड़छाड़ करते हैं।

चावल। 24.

दीर्घवृत्त को प्रतिबिंबों के माध्यम से खींचा जा सकता है, जिसका प्रतिच्छेदन बिंदु समरूपता की धुरी है। एक एकल क्रिस्टल से एक विवर्तन पैटर्न इसे एक अक्ष के चारों ओर लंबवत घुमाकर घटना मोनोक्रोमैटिक बीम की दिशा में और क्रिस्टलोग्राफिक अक्ष के समानांतर प्राप्त किया जा सकता है, जिसमें एक नियम के रूप में, छोटे सूचकांक होते हैं।

विवर्तन पैटर्न का एक सरल रूप तभी होगा जब रोटेशन की धुरी झंझरी की कुछ नोडल पंक्ति के समानांतर हो। यदि फिल्म को एक सिलेंडर के रूप में लुढ़काया जाता है, जिसकी धुरी क्रिस्टल के रोटेशन की धुरी के साथ मेल खाती है, और बीम को इस अक्ष के लंबवत निर्देशित किया जाता है (चित्र 25, ए), तो विमान के समानांतर विमान रोटेशन की धुरी केंद्र फिल्म से गुजरने वाली सीधी रेखा के साथ स्थित बिंदुओं के रूप में एक विवर्तन पैटर्न देगी और पहली तरह की शून्य परत रेखा कहलाती है। रोटेशन की धुरी के संबंध में तिरछे उन्मुख विमान प्रतिबिंब देंगे जो शून्य से ऊपर और नीचे स्तरित रेखाएं बनाते हैं (चित्र 25, बी)। पहली तरह की स्तरित रेखाओं के बीच की दूरी से, क्रिस्टल के रोटेशन की धुरी के समानांतर क्रिस्टलोग्राफिक दिशा में स्थित परमाणुओं के बीच की सबसे छोटी दूरी की गणना की जा सकती है।

चावल। 25. रोटेशन विधि के अनुसार एक्स-रे सर्वेक्षण की योजना (hppt://bestreferat.ru): 1 - प्राथमिक बीम; 2 - नमूना (तीर की दिशा में घूमता है); 3 - बेलनाकार फिल्म; बी - रोटेशन का विशिष्ट रेडियोग्राफ़

किसी पदार्थ की क्रिस्टल संरचना को पॉलीक्रिस्टलाइन वस्तुओं से प्राप्त पाउडर विवर्तन पैटर्न से भी निर्धारित किया जा सकता है। खनिजों के एक्स-रे विवर्तन अध्ययन की इस विधि को डेबीग्राम विधि कहा जाता है। यह खनिज का कम पूर्ण संरचनात्मक विवरण देता है, लेकिन बड़े और के अभाव में अच्छी गुणवत्तासिंगल क्रिस्टल पाउडर विधियाँ बहुत उपयोगी हैं। इस विधि द्वारा शोध के लिए कुचले हुए क्रिस्टल का महीन चूर्ण लिया जाता है, जिससे एक दबाया हुआ स्तंभ या दबा हुआ प्लेट बनाया जाता है। इस पद्धति की नींव इस धारणा से संबंधित हैं कि एक पॉलीक्रिस्टलाइन ऑब्जेक्ट में कई अलग-अलग उन्मुख क्रिस्टल होते हैं और उनमें से सबसे बड़े संभव हिस्से को वोल्फ-ब्रैग समीकरण को संतुष्ट करने वाली स्थिति में उन्मुख करने के लिए स्थितियां बनाना आवश्यक है, अर्थात। अधिकतम कोण और परावर्तन तीव्रता प्राप्त करें (चित्र 26, ए)। परावर्तित किरणों के एक स्नैपशॉट को डेबायग्राम (चित्र 26, बी) कहा जाता है। मानकों के संदर्भ छवियों के साथ एक अज्ञात खनिज के डिबायोग्राम की तुलना करने के लिए परिणामों का विश्लेषण कम किया गया है।

चावल। 26. पाउडर विधि द्वारा एक्स-रे फोटोग्राफी की योजना (hppt://roman.by): 1 - प्राथमिक बीम; 2 - पाउडर या पॉलीक्रिस्टलाइन नमूना; 3 - परिधि के चारों ओर लुढ़का हुआ फिल्म; 4 - विवर्तन शंकु; 5 - फिल्म पर "आर्क्स", तब उत्पन्न होता है जब इसकी सतह विवर्तन शंकु के साथ प्रतिच्छेद करती है; बी - ठेठ पाउडर एक्स-रे (डेबीग्राम)

एक्स-रे फोटोग्राफी की उपरोक्त विधियों को फोटोग्राफिक फिल्म पर विवर्तित एक्स-रे के पंजीकरण की विशेषता है। डिफ्रेक्टोमीटर नामक उपकरणों में, किरणों को उन काउंटरों द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है जिनके साथ एक इलेक्ट्रॉनिक रिकॉर्डिंग डिवाइस जुड़ा होता है। डिफ्रेक्टोमीटर पर पदार्थ के अध्ययन का परिणाम एक डिफ्रेक्टोग्राम (चित्र 27) है, जिसमें चोटियों की क्षैतिज स्थिति कोण के परिमाण को इंगित करती है, और उनकी ऊंचाई तीव्रता को दर्शाती है। DRON श्रृंखला के डिफ्रेक्टोमीटर रूस में निर्मित होते हैं।

उन्नत उपकरणों पर किया गया एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण और मापदंडों की पहचान करने के लिए उच्च गुणवत्ता वाली संदर्भ सामग्री का उपयोग करना क्रिस्टल लैटिसअनुमति देता है:

• - खनिज प्रजातियों का निर्धारण;
• - खनिज किस्म का निर्धारण; (क्रिस्टल जाली का प्रकार);
• - संरचनात्मक किस्मों (उपप्रकार) की पहचान करें;
• - संरचनात्मक टाइपोमोर्फिक सुविधाओं की उपस्थिति स्थापित करें;
• - अशुद्धता तत्वों की स्थापना और मात्रा निर्धारित करना;
• - संरचना और उसकी पूर्णता के क्रम की डिग्री प्रकट करने के लिए।

वर्तमान में, एक्स-रे चरण विश्लेषण (रेडियोग्राफी, या एक्स-रे विवर्तन) विश्लेषण के विवर्तन विधियों में सबसे आम है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि विवर्तन विधियों का उपयोग न केवल ठोस क्रिस्टलीय पदार्थों की संरचना का अध्ययन करने के लिए किया जाता है, बल्कि तरल पदार्थ और गिलास भी किया जाता है। तरल पदार्थ और चश्मा, जिसमें संरचनात्मक तत्वों का एक निश्चित उतार-चढ़ाव वाला सांख्यिकीय क्रम होता है, को भी असमान प्रकीर्णन की विशेषता होती है। इस मामले में, जैसे ही पदार्थ क्रिस्टलीय अवस्था में जाता है, मैक्सिमा की संख्या और तीक्ष्णता बढ़ जाती है।

रेडियोग्राफी विकिरणित वस्तु के परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों द्वारा बिखरे हुए एक्स-रे के हस्तक्षेप से उत्पन्न विवर्तन पैटर्न को प्राप्त करने और उसका विश्लेषण करने पर आधारित है।

एक क्रिस्टल द्वारा बिखरे हुए एक्स-रे के हस्तक्षेप की घटना के समान परिणाम होते हैं दर्पण प्रतिबिंबक्रिस्टल अंजीर के परमाणु विमानों से किरणें। 4.5.

चावल। 4.5. एक्स-रे का परावर्तन

क्रिस्टल के परमाणु विमानों से:

q स्लिप एंगल (ब्रैग एंगल) है;

ए घटना का कोण है; डी 1 , डी 2 - इंटरप्लानर दूरी

Wulf-Bragg समीकरण देखे जाने पर परावर्तित किरणें एकल चरण (तीव्रता बढ़ जाती हैं) में फैलती हैं:

एनएल = 2 डीसिंक,

कहाँ पे एन- प्रतिबिंब का क्रम; एल एक्स-रे बीम की तरंग दैर्ध्य है; डीक्रिस्टल के परमाणु तलों के बीच की दूरी है; q बीम का चराई कोण है।

जब चराई का कोण बदलता है, जब वुल्फ-ब्रैग समीकरण नहीं देखा जाता है, तो परावर्तित किरणें विभिन्न चरणों में फैलती हैं और एक दूसरे को रद्द कर देती हैं।

यह स्पष्ट है कि विभिन्न मूल्यों वाले फ्लैट ग्रिड के परिवार के लिए कोण q के विभिन्न मूल्यों पर परावर्तित किरणों की तीव्रता मैक्सिमा देखी जाएगी। डी. प्रत्येक क्रिस्टलीय पदार्थ में फ्लैट ग्रिड के परिवारों का एक व्यक्तिगत समूह होता है, जिसके परिणामस्वरूप विवर्तन पैटर्न की व्यक्तित्व होती है, यानी कोण q के मूल्य के आधार पर प्रतिबिंब तीव्रता का वितरण होता है। इसलिए, निर्देशांक में विवर्तन पैटर्न की रिकॉर्डिंग की जाती है मैं- q (परावर्तित बीम की तीव्रता - चमक कोण)।

एक्स-रे बीम प्राप्त करने के लिए, एक्स-रे ट्यूबों का उपयोग किया जाता है (चित्र। 4.6), जिसमें धातु एनोड पर इलेक्ट्रॉनों के मंदी के परिणामस्वरूप एक्स-रे उत्पन्न होते हैं। एक टंगस्टन फिलामेंट द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की एक धारा और 30 kV के वोल्टेज क्षेत्र में त्वरित एक धातु लक्ष्य पर बमबारी करता है - एक एक्स-रे ट्यूब (तांबे, कोबाल्ट या लोहे से बना) का एनोड। प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा 1−S इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए पर्याप्त है ( क- तांबे की म्यान, अंजीर। 4.7)।

चावल। 4.6. एक्स-रे ट्यूब आरेख:

1 - एनोड; 2 - टंगस्टन फिलामेंट; 3 - खिड़की

नी पन्नी से; 4 - एक्स-रे बीम

चावल। 4.7. CuK a-विकिरण की घटना

बाहरी कक्षकों से इलेक्ट्रॉन तुरंत रिक्त स्थान की ओर चले जाते हैं, अर्थात आंतरिक 1s स्तर पर। इस प्रक्रिया में निकलने वाली ऊर्जा एक्स-रे के रूप में उत्सर्जित होती है। इस तरह के संक्रमण की ऊर्जा एक कड़ाई से निश्चित मूल्य है।

तांबे के लिए, दो प्रकार के संक्रमण संभव हैं: 2р ® 1s (K a - विकिरण; l = 1.5418 ) और 3р ® 1s (K b - विकिरण; l = 1.3922 )। पहले प्रकार के संक्रमण अधिक बार होते हैं, इसलिए K विकिरण अधिक तीव्र होता है। प्राथमिक एक्स-रे बीम के लिए, अन्य तरंग दैर्ध्य के साथ किरणों को फ़िल्टर करना वांछनीय है, केवल के विकिरण को छोड़कर। इन उद्देश्यों के लिए, नी-फ़ॉइल का उपयोग किया जाता है, जो K b विकिरण को विलंबित करता है।

लोहे के एनोड के लिए, K a -विकिरण 0.1936 एनएम की तरंग दैर्ध्य से मेल खाता है।

क्रिस्टल से विवर्तन प्रभाव प्राप्त करने की तीन शास्त्रीय विधियाँ हैं:

1) एक्स-रे विकिरण के निरंतर स्पेक्ट्रम के उपयोग के आधार पर पॉलीक्रोमैटिक विधि (लॉ विधि);

2) मोनोक्रोमैटिक विकिरण के उपयोग के आधार पर घूर्णन एकल क्रिस्टल विधि;

3) पाउडर विधि (डेबी-शेरर विधि), जिसमें मोनोक्रोमैटिक एक्स-रे के विवर्तन के लिए शर्तें निर्धारित की जाती हैं एक बड़ी संख्या मेंविमानों की अलग-अलग उन्मुख प्रणाली।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि विधि 1 और 2 में परीक्षण पदार्थ के एकल-क्रिस्टल नमूने का उपयोग करना आवश्यक है। चूंकि, वास्तव में, पॉलीक्रिस्टलाइन संरचना वाले पदार्थ सबसे अधिक बार प्राप्त होते हैं, विधि 3 व्यावहारिक दृष्टिकोण से विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाती है।

पाउडर विधि में विवर्तन पैटर्न और विवर्तन कोण को रिकॉर्ड करने के लिए, कई प्रकार की शूटिंग का उपयोग किया जाता है; वर्तमान में, सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला डिफ्रेक्टोमीटर DRON ब्रांड है, जिसकी सामान्य योजना अंजीर में दिखाई गई है। 4.8.

चावल। 4.8. डिफ्रेक्टोमीटर योजना:

1 - एक्स-रे ट्यूब; 2 - डायाफ्राम;

3 - नमूना; 4 - गोनियोमीटर; 5 - काउंटर;

6 - काउंटर के संचलन का चक्र

नमूना स्थिर त्रिज्या के एक वृत्त के केंद्र में स्थित है जिसके साथ काउंटर चलता है। इस मामले में, नमूना काउंटर के साथ-साथ घूमता है। काउंटर का कोणीय वेग नमूने के कोणीय वेग का दोगुना है। इस प्रकार, यदि नमूना किसी कोण q के माध्यम से घुमाया जाता है, तो काउंटर रोटेशन कोण 2q है। नमूने से परावर्तित एक्स-रे विकिरण काउंटर में प्रवेश करता है, जहां इसे विद्युत संकेत में परिवर्तित किया जाता है (गीजर-मुलर काउंटर में, गैस को आयनित करने के लिए एक्स-रे की क्षमता का उपयोग किया जाता है)। एक्स-रे पैटर्न निर्देशांक I - 2q में दर्ज किया गया है। एक उदाहरण के रूप में, नीचे निम्न-तापमान क्वार्ट्ज का एक एक्स-रे है (चित्र। 4.9)।

चावल। 4.9. कम तापमान वाले क्वार्ट्ज का एक्स-रे विवर्तन पैटर्न

हल किए जाने वाले कार्यों की प्रकृति के अनुसार, रेडियोग्राफिक विश्लेषण दो प्रकार के होते हैं:

- एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण (XRD), विश्लेषण किए गए पदार्थ के क्रिस्टल जाली के मापदंडों और गुणात्मक विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया;

- एक्स-रे चरण विश्लेषण (एक्सआरएफ), जिसमें विश्लेषण किए गए नमूने (मात्रात्मक विश्लेषण) में चरणों (गुणात्मक विश्लेषण) और उनकी सापेक्ष सामग्री के अस्तित्व का निर्धारण करना शामिल है।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण।क्रिस्टलीय पदार्थ की संरचना का अध्ययन करते समय, निम्नलिखित समस्याएं उत्पन्न होती हैं:

- क्रिस्टल जाली के प्राथमिक सेल के आकार और आकार का निर्धारण, और, परिणामस्वरूप, प्रति सेल परमाणुओं की संख्या;

- प्रत्येक सममित रूप से स्वतंत्र कोशिका परमाणु की विशिष्ट स्थिति (समन्वय) का निर्धारण;

- परमाणुओं के थर्मल कंपन के स्थिरांक का निर्धारण और परमाणुओं पर और उनके बीच इलेक्ट्रॉन घनत्व का वितरण।

क्रिस्टलीय पदार्थों के अध्ययन के लिए एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण सबसे अधिक जानकारीपूर्ण तरीकों में से एक है।

एक्स-रे चरण विश्लेषण।अधिकांश सामग्रियों में कई चरण होते हैं। गुणात्मक चरण संरचना और विभिन्न चरणों के मात्रात्मक अनुपात का निर्धारण, ठोस समाधानों के प्रकार और स्थिति का निर्धारण, उनकी संभावित सीमित एकाग्रता एक्स-रे चरण विश्लेषण की सबसे आम सामग्री विज्ञान समस्याएं हैं।

सामान्य तौर पर, एक्स-रे चरण विश्लेषण दो मान्यताओं पर आधारित होता है:

- प्रत्येक चरण केवल उसमें निहित विवर्तन रेखाओं का एक सेट देता है (अन्य चरणों की उपस्थिति की परवाह किए बिना);

- रेखा की तीव्रता चरण सामग्री के समानुपाती होती है।

विश्लेषण की एक विशेषता इसकी संवेदनशीलता है - किसी पदार्थ की न्यूनतम मात्रा जिस पर सबसे मजबूत (संदर्भ) रेखा अभी भी ध्यान देने योग्य है। सामान्य तौर पर, XPA संवेदनशीलता कुछ प्रतिशत से अधिक नहीं होती है; उदाहरण के लिए, क्लिंकर खनिजों के लिए यह 2-3% है।

मल्टीफ़ेज़ सिस्टम का एक्स-रे विवर्तन पैटर्न अलग-अलग चरणों के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न के सुपरपोजिशन का परिणाम है। यदि चरण की सामग्री कम है, तो इसे केवल सीमित संख्या में सबसे तीव्र रेखाओं द्वारा दर्शाया जाएगा।

रेडियोग्राफ़ की व्याख्या में इंटरप्लानर दूरियों के मूल्यों का निर्धारण करना शामिल है डीविवर्तन चोटियों और उत्तरार्द्ध की सापेक्ष तीव्रता से मैं.

इंटरप्लानर दूरी के मूल्यों की गणना करने के लिए, विवर्तन चोटियों (उनकी अधिकतम के अनुसार) के लिए कोणों (2q) का सटीक मान निर्धारित किया जाता है, और इंटरप्लानर दूरी का मान संबंधित तालिकाओं से निर्धारित होता है डी. फिर, मूल्यों में करीब रिफ्लेक्सिस के एक सेट के पत्राचार की तुलना की जाती है। डीतथा मैंसंदर्भ। क्रिस्टलीय चरण की पहचान की विश्वसनीयता जितनी अधिक होती है, एक्स-रे विवर्तन पैटर्न में इसके अनुरूप उतने ही अधिक प्रतिबिंब होते हैं। आमतौर पर, एक या दूसरे चरण की उपस्थिति के बारे में कम से कम तीन प्रतिबिंबों की उपस्थिति में निश्चित रूप से कहा जा सकता है।

चरणों की खोज और पहचान एक PDF पाउडर विवर्तन फ़ाइल का उपयोग करके ASTM - ICPDS फ़ाइल कैबिनेट का उपयोग करके की जाती है। वर्तमान में, ICDD कंप्यूटर डेटाबेस का व्यापक रूप से एक्स-रे चरण विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है।

एक्स-रे मात्रात्मक चरण विश्लेषण एक दूसरे के साथ निर्धारित चरणों की रेखाओं की तीव्रता की तुलना या एक्स-रे पैटर्न पर प्राप्त संदर्भ नमूने की रेखा की तीव्रता के साथ संदर्भ या विधि के मिश्रण की विधि पर आधारित है। स्वतंत्र संदर्भ के।

इस मामले में, मात्रात्मक विश्लेषण के मामले में, रेखा की तीव्रता के सबसे सटीक माप की आवश्यकता होती है, खासकर उस चरण के लिए जिसकी मात्रा कम होती है।

आइए हम ठोसों के विश्लेषण के लिए एक और विधि पर विचार करें, जो क्वांटम विकिरण से भी संबंधित है, लेकिन स्पेक्ट्रम के छोटे तरंग दैर्ध्य भाग में स्थित है। एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण(एक्सआरडी) एक्स-रे विवर्तन की घटना का उपयोग करके निकायों की संरचना का अध्ययन करने की एक विधि है। इस पद्धति में बिखरी हुई एक्स-रे तीव्रता के स्थानिक वितरण के अनुमान के आधार पर किसी पदार्थ की संरचना का अध्ययन शामिल है।

चूंकि एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य एक परमाणु के आकार और क्रिस्टलीय शरीर के जाली स्थिरांक के बराबर होती है, जब एक क्रिस्टल को एक्स-रे से विकिरणित किया जाता है, तो एक विवर्तन पैटर्न देखा जाएगा, जो एक्स की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है- प्रयुक्त किरणें और वस्तु की संरचना। परमाणु संरचना का अध्ययन करने के लिए, एंगस्ट्रॉम की इकाइयों के क्रम के तरंग दैर्ध्य वाले विकिरण का उपयोग किया जाता है।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण द्वारा धातु, मिश्र धातु, खनिज, अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिक, पॉलिमर, अनाकार सामग्री, तरल पदार्थ और गैस, प्रोटीन अणु, न्यूक्लिक एसिड आदि का अध्ययन किया जाता है। क्रिस्टल की संरचना का निर्धारण करने के लिए यह मुख्य विधि है। अपने अध्ययन में, आरएसए सबसे विश्वसनीय जानकारी प्रदान करता है। इस मामले में, न केवल नियमित एकल-क्रिस्टल वस्तुएं, बल्कि कम क्रम वाली संरचनाएं, जैसे कि तरल पदार्थ, अनाकार निकाय, लिक्विड क्रिस्टल, पॉलीक्रिस्टल आदि का विश्लेषण किया जा सकता है।

कई पहले से ही समझी गई परमाणु संरचनाओं के आधार पर, उलटा समस्या भी हल हो जाती है: एक पॉलीक्रिस्टलाइन पदार्थ के एक्स-रे पैटर्न के अनुसार, उदाहरण के लिए, मिश्र धातु, मिश्र धातु, अयस्क, चंद्र मिट्टी, इस पदार्थ की क्रिस्टलीय संरचना स्थापित की जाती है। , यानी, चरण विश्लेषण किया जाता है।

एक्स-रे विवर्तन के दौरान, अध्ययन के तहत नमूना एक्स-रे के बीम पर रखा जाता है और पदार्थ के साथ किरणों की बातचीत के परिणामस्वरूप विवर्तन पैटर्न दर्ज किया जाता है। अगला कदम विश्लेषण करना है

चावल। 15.35.

विवर्तन पैटर्न और गणना द्वारा अंतरिक्ष में कणों की पारस्परिक व्यवस्था, जो इस पैटर्न की उपस्थिति का कारण बनती है, स्थापित की जाती है। चित्र 15.35 एक विश्लेषणात्मक सेटअप की तस्वीर दिखाता है जो एक्स-रे विवर्तन विधि को लागू करता है।

क्रिस्टलीय पदार्थों का एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण दो चरणों में किया जाता है। पहला क्रिस्टल की इकाई कोशिका के आयामों का निर्धारण, इकाई कोशिका में कणों (परमाणुओं, अणुओं) की संख्या और कणों की व्यवस्था की समरूपता (तथाकथित अंतरिक्ष समूह) है। ये आंकड़े विवर्तन चोटियों की व्यवस्था की ज्यामिति का विश्लेषण करके प्राप्त किए जाते हैं।

दूसरा चरण यूनिट सेल के अंदर इलेक्ट्रॉन घनत्व की गणना और परमाणुओं के निर्देशांक का निर्धारण है, जिन्हें इलेक्ट्रॉन घनत्व मैक्सिमा की स्थिति से पहचाना जाता है। इस तरह के डेटा विवर्तन चोटियों की तीव्रता को मापकर प्राप्त किए जाते हैं।

विवर्तन पैटर्न प्राप्त करने और रिकॉर्ड करने के लिए विभिन्न प्रयोगात्मक विधियां हैं। किसी भी विधि में, एक एक्स-रे स्रोत होता है, एक्स-रे के एक संकीर्ण बीम को अलग करने के लिए एक प्रणाली, बीम अक्ष के सापेक्ष नमूने को ठीक करने और उन्मुख करने के लिए एक उपकरण, और नमूने द्वारा बिखरे हुए विकिरण का एक रिसीवर होता है। रिसीवर एक फोटोग्राफिक फिल्म, या एक्स-रे क्वांटा के आयनीकरण या जगमगाहट काउंटर, या जानकारी को ठीक करने के लिए एक अन्य उपकरण है। काउंटरों (डिफ्रेक्टोमेट्रिक) का उपयोग करके पंजीकरण विधि पंजीकृत विकिरण की तीव्रता को निर्धारित करने में उच्चतम सटीकता प्रदान करती है।

क्रिस्टल के एक्स-रे इमेजिंग की मुख्य विधियाँ हैं:

• ल्यू विधि;
• पाउडर विधि (डेबीग्राम विधि);
• रोटेशन विधि और इसकी भिन्नता - स्विंग विधि।

जब शूटिंग लाउ विधिगैर-एकवर्णी विकिरण का एक पुंज एकल-क्रिस्टल नमूने पर गिरता है (चित्र 15.36, एक)।केवल उन्हीं किरणों का विवर्तन करें जिनकी तरंगदैर्घ्य Wulf-Bragg स्थिति को संतुष्ट करती है। वे विवर्तन धब्बे बनाते हैं लाउग्राम(चित्र 15.36, बी)जो दीर्घवृत्त, अतिपरवलय और सीधी रेखाओं के साथ स्थित होते हैं, आवश्यक रूप से प्राथमिक बीम से स्थान से गुजरते हुए। लाउग्राम की एक महत्वपूर्ण संपत्ति यह है कि, क्रिस्टल के उपयुक्त अभिविन्यास के साथ, इन वक्रों की व्यवस्था की समरूपता क्रिस्टल की समरूपता को दर्शाती है।

चावल। 15.36. लाउ विधि के अनुसार एक्स-रे सर्वेक्षण: एक -विकिरण योजना: बी- एक ठेठ लौग्राम; / - एक्स-रे बीम; 2 - समापक; 3 - नमूना; 4 - विवर्तित बीम; 5 - फ्लैट फिल्म

लाउ पैटर्न पर धब्बे की प्रकृति से, क्रिस्टल संरचना में आंतरिक तनाव और अन्य दोषों को प्रकट किया जा सकता है। व्यक्तिगत स्थानों का अनुक्रमण कठिन है। इसलिए, लाउ विधि का उपयोग विशेष रूप से क्रिस्टल के वांछित अभिविन्यास को खोजने और इसके समरूपता तत्वों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। अधिक संपूर्ण संरचनात्मक अध्ययन के लिए नमूना चुनते समय यह विधि एकल क्रिस्टल की गुणवत्ता की जांच करती है।

का उपयोग करते हुए पाउडर विधि(चित्र 15.37, एक), साथ ही नीचे वर्णित एक्स-रे इमेजिंग विधियों में, मोनोक्रोमैटिक विकिरण का उपयोग किया जाता है। चर पैरामीटर घटना का कोण 0 है, क्योंकि प्राथमिक बीम की दिशा के संबंध में किसी भी अभिविन्यास के क्रिस्टल हमेशा पॉलीक्रिस्टलाइन पाउडर नमूने में मौजूद होते हैं।

चावल। 15.37. एक्स-रे पाउडर विधि: एक- विधि की योजना; बी- ठेठ पाउडर रेडियोग्राफ (डीबाइग्राम); 1 - प्राथमिक बीम; 2- पाउडर या पॉलीक्रिस्टलाइन नमूना; 3 - विवर्तन शंकु

सभी क्रिस्टल से किरणें जिनमें कुछ अंतरप्लानर दूरी वाले विमान होते हैं धकजोएक "प्रतिबिंबित स्थिति" में हैं, अर्थात, वे Wulf-Bragg स्थिति को संतुष्ट करते हैं, प्राथमिक बीम के चारों ओर 40 ° के रेखापुंज कोण के साथ एक शंकु बनाते हैं।

प्रत्येक के लिए दूक्तोइसके विवर्तन शंकु से मेल खाती है। फोटोग्राफिक फिल्म की एक पट्टी के साथ विवर्तित एक्स-रे के प्रत्येक शंकु का प्रतिच्छेदन एक सिलेंडर के रूप में लुढ़का हुआ है, जिसकी धुरी नमूने से गुजरती है, उस पर निशान की उपस्थिति की ओर जाता है, जिसमें सममित रूप से स्थित मेहराब का रूप होता है। प्राथमिक बीम के संबंध में (चित्र 15.37, बी)।सममित "आर्क्स" के बीच की दूरी को जानने के बाद, संबंधित इंटरप्लानर दूरी की गणना करना संभव है डीएक क्रिस्टल में।

आधुनिक उपकरणों में, एक बेलनाकार सतह पर लुढ़की हुई फिल्म के बजाय, एक छोटे छिद्र के साथ एक सेंसर और प्राप्त करने वाली खिड़की के एक क्षेत्र का उपयोग किया जाता है, जिसे एक बेलनाकार सतह के साथ विवेकपूर्वक स्थानांतरित किया जाता है, हटा दिया जाता है डिफ्रेक्टोग्राम।

प्रायोगिक तकनीक के मामले में पाउडर विधि सबसे सरल और सबसे सुविधाजनक है, लेकिन यह केवल एक ही जानकारी प्रदान करती है - इंटरप्लानर दूरी का विकल्प - किसी को केवल सबसे सरल संरचनाओं को समझने की अनुमति देता है।

पर रोटेशन विधिचर पैरामीटर कोण 0 है। शूटिंग एक बेलनाकार फिल्म पर की जाती है। पूरे एक्सपोजर समय के दौरान, क्रिस्टल कुछ महत्वपूर्ण क्रिस्टलोग्राफिक दिशा और फिल्म द्वारा गठित सिलेंडर की धुरी से मेल खाने वाली धुरी के चारों ओर समान रूप से घूमता है। विवर्तन किरणें शंकु के जनन के साथ यात्रा करती हैं, जो फिल्म के साथ प्रतिच्छेद करते समय धब्बों से बनी रेखाएँ देती हैं (परत रेखाएँ)।

रोटेशन विधि पाउडर विधि की तुलना में अधिक जानकारी प्रदान करती है। परत रेखाओं के बीच की दूरी से, क्रिस्टल रोटेशन अक्ष की दिशा में जाली अवधि की गणना की जा सकती है।

यह विधि रेडियोग्राफिक स्पॉट की पहचान को सरल बनाती है। इसलिए, यदि क्रिस्टल जाली अक्ष के चारों ओर घूमता है, तो प्राथमिक बीम के निशान से गुजरने वाली रेखा के सभी धब्बे में सूचकांक होते हैं (ए, प्रति, ओ),आसन्न परत रेखाओं पर - क्रमशः (ए, कश्मीर, मैं)और (ए, ए, मैं)आदि। हालांकि, रोटेशन विधि सभी संभावित जानकारी प्रदान नहीं करती है, क्योंकि यह ज्ञात नहीं है कि घूर्णन अक्ष के चारों ओर क्रिस्टल के घूर्णन के किस कोण पर यह या उस विवर्तन स्थान का गठन किया गया था।

शोध करते समय स्विंग विधि,जो रोटेशन विधि का एक प्रकार है, नमूना एक पूर्ण रोटेशन पूरा नहीं करता है, लेकिन एक छोटे कोणीय अंतराल में एक ही धुरी के चारों ओर "डगमगाता है"। यह स्पॉट्स के अनुक्रमण की सुविधा प्रदान करता है, क्योंकि यह भागों में रोटेशन के एक्स-रे पैटर्न को प्राप्त करना और स्विंग अंतराल की सटीकता के लिए यह निर्धारित करना संभव बनाता है कि क्रिस्टल के रोटेशन के कोण पर प्राथमिक बीम पर प्रत्येक विवर्तन स्थान दिखाई दिया।

इससे भी अधिक संपूर्ण जानकारी एक्स-रे गोनियोमीटर विधियों द्वारा प्रदान की जाती है। एक्स-रे गोनियोमीटर- यह एक ऐसा उपकरण है जो अध्ययन के तहत नमूने पर विवर्तित एक्स-रे की दिशा और विवर्तन की घटना के समय नमूने की स्थिति को एक साथ दर्ज करता है।

इन तरीकों में से एक है वीसेनबर्ग विधि- है आगामी विकाशरोटेशन विधि। उत्तरार्द्ध के विपरीत, वीसेनबर्ग एक्स-रे गोनियोमीटर में, सभी विवर्तन शंकु, एक को छोड़कर, एक बेलनाकार स्क्रीन द्वारा कवर किए जाते हैं, और शेष विवर्तन शंकु के धब्बे फोटोग्राफिक के पूरे क्षेत्र में "प्रकट" होते हैं। क्रिस्टल के घूर्णन के साथ समकालिक रूप से अपने पारस्परिक अक्षीय आंदोलन द्वारा फिल्म। इससे यह निर्धारित करना संभव हो जाता है कि प्रत्येक स्थान क्रिस्टल के किस ओरिएंटेशन पर दिखाई दिया। वीसेनबर्गग्राम।

अन्य सर्वेक्षण विधियां हैं जो नमूना और फिल्म के एक साथ आंदोलन का उपयोग करती हैं। उनमें से सबसे महत्वपूर्ण हैं पारस्परिक जाली फोटोग्राफी विधितथा बर्गर की प्रीसेशनल विधि।इस मामले में, विवर्तन पैटर्न के फोटोग्राफिक पंजीकरण का उपयोग किया जाता है। एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर में, आनुपातिक, जगमगाहट और अन्य एक्स-रे फोटॉन काउंटरों का उपयोग करके विवर्तन प्रतिबिंबों की तीव्रता को सीधे मापना संभव है।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण क्रिस्टलीय पदार्थों की संरचना को स्थापित करना संभव बनाता है, जिसमें जैविक वस्तुएं, समन्वय यौगिक आदि जैसे जटिल पदार्थ शामिल हैं। क्रिस्टल का एक पूर्ण संरचनात्मक अध्ययन अक्सर विशुद्ध रूप से रासायनिक समस्याओं को हल करना संभव बनाता है, उदाहरण के लिए, स्थापित करना या शोधन रासायनिक सूत्र, बंधन प्रकार, ज्ञात घनत्व पर आणविक भार या ज्ञात घनत्व पर घनत्व आणविक वजनअणुओं और आणविक आयनों की समरूपता और विन्यास।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का उपयोग पॉलिमर, अनाकार और तरल निकायों की क्रिस्टलीय अवस्था का अध्ययन करने के लिए भी किया जाता है। ऐसे नमूनों के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न में कई विसरित विवर्तन वलय होते हैं, जिनकी तीव्रता 0 के बढ़ते कोण के साथ तेजी से घटती है। इन वलयों की चौड़ाई, आकार और तीव्रता के आधार पर, लघु की विशेषताओं के बारे में एक निष्कर्ष निकाला जाता है। एक तरल या अनाकार संरचना में -रेंज ऑर्डर।

एक्स-रे के अनुप्रयोग का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र धातुओं और मिश्र धातुओं की रेडियोग्राफी है, जो विज्ञान की एक अलग शाखा बन गई है। रेडियोग्राफी में पूर्ण या आंशिक आरएसए के साथ, एक्स-रे का उपयोग करने के अन्य तरीके भी शामिल हैं: एक्स-रे दोष का पता लगाना(पारदर्शिता), एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण, एक्स-रे माइक्रोस्कोपीऔर आदि।

एक्सआरडी पर आधारित शुद्ध धातुओं और कई मिश्र धातुओं की संरचना का निर्धारण ( मिश्र धातुओं का क्रिस्टल रसायन)- धातु विज्ञान की प्रमुख शाखाओं में से एक। धातु मिश्र धातुओं के किसी भी राज्य आरेख को विश्वसनीय रूप से स्थापित नहीं माना जा सकता है यदि इन मिश्र धातुओं का अध्ययन एक्सआरडी विधियों द्वारा नहीं किया गया है। एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण ने धातुओं और मिश्र धातुओं में उनके प्लास्टिक और गर्मी उपचार के दौरान होने वाले संरचनात्मक परिवर्तनों का गहराई से अध्ययन करना संभव बना दिया।

एक्स-रे विवर्तन विधि की भी सीमाएँ हैं। पूर्ण एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण करने के लिए, यह आवश्यक है कि पदार्थ स्थिर क्रिस्टल के निर्माण के साथ अच्छी तरह से क्रिस्टलीकृत हो जाए। कभी-कभी उच्च या निम्न तापमान पर अध्ययन करना आवश्यक होता है। यह प्रयोग को बहुत जटिल करता है।

एक पूर्ण अध्ययन बहुत श्रमसाध्य, समय लेने वाला होता है और इसमें बड़ी मात्रा में कम्प्यूटेशनल कार्य शामिल होता है। मध्यम जटिलता (एक इकाई सेल में -50-100 परमाणु) की एक परमाणु संरचना स्थापित करने के लिए, कई सैकड़ों और यहां तक ​​कि हजारों विवर्तन प्रतिबिंबों की तीव्रता को मापना आवश्यक है। यह श्रमसाध्य कार्य स्वचालित माइक्रोडेंसिटोमीटर और पीसी-नियंत्रित डिफ्रेक्टोमीटर द्वारा किया जाता है, कभी-कभी कई हफ्तों या महीनों तक (उदाहरण के लिए, प्रोटीन संरचनाओं के विश्लेषण में, जब प्रतिबिंबों की संख्या सैकड़ों हजारों तक बढ़ जाती है)।

इस संबंध में, विशेष सॉफ्टवेयर पैकेज विकसित किए गए हैं और व्यापक रूप से एसएआर समस्याओं को हल करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिससे माप की प्रक्रिया और उनके परिणामों की व्याख्या को स्वचालित करना संभव हो जाता है। हालाँकि, कंप्यूटर प्रौद्योगिकी की भागीदारी के बावजूद, संरचना का निर्धारण कठिन बना हुआ है।

डिफ्रेक्टोमीटर में कई काउंटरों का उपयोग, जो समानांतर में प्रतिबिंब रिकॉर्ड करते हैं, प्रयोग के समय को कम करना संभव बनाता है। डिफ्रेक्टोमेट्रिक माप संवेदनशीलता और सटीकता में फोटो रिकॉर्डिंग को पार करते हैं, जिससे अणुओं की संरचना और क्रिस्टल में अणुओं की बातचीत की सामान्य प्रकृति को निर्धारित करना संभव हो जाता है।

एक एक्स-रे विवर्तन अध्ययन हमेशा एक अणु के भीतर रासायनिक बांडों की प्रकृति में अंतर की विश्वसनीयता की आवश्यक डिग्री के साथ न्याय करना संभव नहीं बनाता है, क्योंकि बांड की लंबाई और बांड कोण निर्धारित करने की सटीकता अक्सर अपर्याप्त होती है। विधि की एक गंभीर सीमा प्रकाश परमाणुओं और विशेष रूप से हाइड्रोजन परमाणुओं की स्थिति निर्धारित करने में कठिनाई भी है।

सार द्वितीय समूह Sapegina N.L के द्वितीय वर्ष के छात्र द्वारा पूरा किया गया था।

यूक्रेन के स्वास्थ्य मंत्रालय

यूक्रेन की राष्ट्रीय औषधि अकादमी

भौतिकी और गणित विभाग

विश्लेषण पाठ्यक्रम के बायोफिज़िक्स और भौतिक तरीके

हरकोव टाउन

परिचय

एक्स-रे, वी. रोएंटजेन द्वारा 1895 में खोजे गए, एक बहुत छोटे तरंग दैर्ध्य के विद्युत चुम्बकीय दोलन हैं, जो परमाणु आयामों के बराबर होते हैं, जो तब उत्पन्न होते हैं जब तेजी से इलेक्ट्रॉन पदार्थ पर कार्य करते हैं।

विज्ञान और प्रौद्योगिकी में एक्स-रे का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

उनकी तरंग प्रकृति की स्थापना 1912 में जर्मन भौतिकविदों एम। लाउ, डब्ल्यू। फ्रेडरिक और पी। निपिंग द्वारा की गई थी, जिन्होंने क्रिस्टल के परमाणु जाली पर एक्स-रे विवर्तन की घटना की खोज की थी। एक स्थिर क्रिस्टल पर एक्स-रे के एक संकीर्ण बीम को निर्देशित करते हुए, उन्होंने क्रिस्टल के पीछे रखी एक फोटोग्राफिक प्लेट पर एक विवर्तन पैटर्न दर्ज किया, जिसमें बड़ी संख्या में नियमित रूप से व्यवस्थित स्पॉट शामिल थे। प्रत्येक स्थान क्रिस्टल द्वारा बिखरे हुए विवर्तन किरण का एक निशान है। इस विधि से प्राप्त रेडियोग्राफ को लॉग्राम कहा जाता है। यह खोज एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का आधार थी।

व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए उपयोग की जाने वाली एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य कुछ एंगस्ट्रॉम से लेकर एंगस्ट्रॉम (Å) के अंशों तक होती है, जो इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा से मेल खाती है जो एक्स-रे को 10³ से 10 5 ईवी तक का कारण बनती है।

एक्स-रे स्पेक्ट्रा।

विकिरण दो प्रकार के होते हैं: ब्रेम्सस्ट्राहलंग और विशेषता।

ब्रेम्सस्ट्रालुंग तब होता है जब एक्स-रे ट्यूब के एंटीकैथोड द्वारा इलेक्ट्रॉनों को कम किया जाता है। यह लघु तरंग दैर्ध्य के किनारे एक तेज सीमा के साथ एक सतत स्पेक्ट्रम में विघटित हो जाता है। इस सीमा की स्थिति पदार्थ पर आपतित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा से निर्धारित होती है और यह पदार्थ की प्रकृति पर निर्भर नहीं करती है। बमबारी करने वाले कणों के घटते द्रव्यमान के साथ ब्रेम्सस्ट्रालंग स्पेक्ट्रम की तीव्रता तेजी से बढ़ती है और इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्तेजित होने पर एक महत्वपूर्ण मूल्य तक पहुंच जाती है।

अभिलक्षणिक एक्स-रे तब बनते हैं जब किसी परमाणु की आंतरिक परतों में से किसी एक इलेक्ट्रॉन को खटखटाया जाता है, इसके बाद किसी बाहरी परत से खाली इलेक्ट्रॉन कक्षा में संक्रमण होता है। उनके पास गैसों के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा के समान एक लाइन स्पेक्ट्रम है। हालांकि, उन और अन्य स्पेक्ट्रा के बीच एक मौलिक अंतर है: एक्स-रे के विशिष्ट स्पेक्ट्रम की संरचना (संख्या, सापेक्ष व्यवस्था और लाइनों की सापेक्ष चमक), गैसों के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम के विपरीत, पदार्थ पर निर्भर नहीं करती है (तत्व) जो यह स्पेक्ट्रम देता है।

एक्स-रे के विशिष्ट स्पेक्ट्रम की वर्णक्रमीय रेखाएं नियमित अनुक्रम या श्रृंखला बनाती हैं। इन श्रृंखलाओं को K, L, M, N ... अक्षरों से दर्शाया जाता है, और इन श्रृंखलाओं की तरंग दैर्ध्य K से L तक, L से M आदि तक बढ़ जाती है। इन श्रृंखलाओं की उपस्थिति संरचना से निकटता से संबंधित है। इलेक्ट्रॉन के गोलेपरमाणु।

विशेषता एक्स-रे स्पेक्ट्रा लक्ष्य परमाणुओं का उत्सर्जन करता है, जिसमें एक उच्च-ऊर्जा आवेशित कण या प्राथमिक एक्स के एक फोटॉन से टकराने पर एक इलेक्ट्रॉन आंतरिक गोले (K-, L-, M-, ... गोले) में से एक से बच जाता है। -किरण विकिरण। आंतरिक कोश (इसकी प्रारंभिक अवस्था) में रिक्त स्थान वाले परमाणु की स्थिति अस्थिर होती है। बाहरी कोश में से एक इलेक्ट्रॉन इस रिक्ति को भर सकता है, और परमाणु तब कम ऊर्जा (बाहरी शेल में एक रिक्ति के साथ एक राज्य) के साथ एक अंतिम अवस्था में जाता है।

एक परमाणु विशेषता विकिरण के एक फोटॉन के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा का उत्सर्जन कर सकता है। चूँकि परमाणु की प्रारंभिक और E 2 अंतिम अवस्थाओं की ऊर्जा E1 परिमाणित है, एक एक्स-रे स्पेक्ट्रम रेखा आवृत्ति n=(E 1 - E 2)/h के साथ दिखाई देती है, जहां h प्लैंक स्थिरांक है।

प्रारंभिक के-राज्य से परमाणु के सभी संभावित विकिरण क्वांटम संक्रमण सबसे कठिन (लघु-तरंग दैर्ध्य) के-श्रृंखला बनाते हैं। L-, M-, N-श्रृंखला समान रूप से बनती है (चित्र 1)।

चावल। 1. परमाणु के K-, L-, M-स्तरों की योजना और K-, L-श्रृंखला की मुख्य रेखाएँ

पदार्थ पर निर्भरता केवल इस तथ्य में प्रकट होती है कि मेंडेलीव प्रणाली में एक तत्व की क्रमिक संख्या में वृद्धि के साथ, इसकी संपूर्ण विशेषता एक्स-रे स्पेक्ट्रम छोटी तरंग दैर्ध्य की ओर स्थानांतरित हो जाती है। जी. मोसले ने 1913 में दिखाया कि वर्गमूलकिसी दी गई वर्णक्रमीय रेखा की आवृत्ति (या पारस्परिक तरंग दैर्ध्य) रैखिक रूप से तत्व Z की परमाणु संख्या से संबंधित होती है। मोसले के नियम ने भौतिक औचित्य में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। आवधिक प्रणालीमेंडेलीव।

एक और बहुत महत्वपूर्ण विशेषताएक्स-रे की विशेषता स्पेक्ट्रम यह तथ्य है कि प्रत्येक तत्व अपना स्वयं का स्पेक्ट्रम देता है, भले ही यह तत्व मुक्त अवस्था में या रासायनिक यौगिक में एक्स-रे उत्सर्जित करने के लिए उत्साहित हो। एक्स-रे के विशिष्ट स्पेक्ट्रम की यह विशेषता जटिल यौगिकों में विभिन्न तत्वों की पहचान करने के लिए उपयोग की जाती है और एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण का आधार है।

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान की एक शाखा है जो तत्वों के एक्स-रे स्पेक्ट्रा का उपयोग करता है रासायनिक विश्लेषणपदार्थ। विशेषता स्पेक्ट्रम की रेखाओं की स्थिति और तीव्रता से एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण किसी पदार्थ की गुणात्मक और मात्रात्मक संरचना को स्थापित करना संभव बनाता है और किसी पदार्थ की संरचना के गैर-विनाशकारी नियंत्रण को व्यक्त करने के लिए कार्य करता है।

एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी में, स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए, क्रिस्टल पर किरण विवर्तन की घटना या, 15-150 के क्षेत्र में, विवर्तन बार झंझरी पर छोटे (1-12 डिग्री) ग्लैंसिंग कोण पर संचालित होने पर, प्रयोग किया जाता है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का आधार वुल्फ-ब्रैग कानून है, जो दिशा q में क्रिस्टल से परावर्तित एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य l को क्रिस्टल d के इंटरप्लानर रिक्ति से संबंधित करता है।

कोण q को स्लिप कोण कहा जाता है। यह क्रिस्टल पर आपतित किरणों की दिशा है या क्रिस्टल की परावर्तक सतह से इससे परावर्तित होती है। संख्या n तथाकथित परावर्तन क्रम की विशेषता है, जिसमें दिए गए l और d के लिए, एक विवर्तन अधिकतम देखा जा सकता है।

किसी भी तत्व द्वारा उत्सर्जित एक्स-रे (n=c/l) की दोलन आवृत्ति उसके परमाणु क्रमांक से रैखिक रूप से संबंधित होती है:

Ö एन / आर = ए (जेड-एस) (2)

जहां n विकिरण आवृत्ति है, Z तत्व की परमाणु संख्या है, R Rydberg स्थिरांक है, 109737.303 सेमी -1 के बराबर है, s औसत स्क्रीनिंग स्थिरांक है, छोटी सीमाओं के भीतर, Z पर निर्भर करता है, A इसके लिए एक स्थिर मान है यह रेखा।

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण उनके परमाणु क्रमांक पर किसी तत्व की विशेषता स्पेक्ट्रम की रेखाओं की उत्सर्जन आवृत्ति की निर्भरता और इन रेखाओं की तीव्रता और उत्सर्जन में भाग लेने वाले परमाणुओं की संख्या के बीच संबंध पर आधारित है।

किसी पदार्थ के परमाणुओं का एक्स-रे उत्तेजना उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों के साथ नमूने की बमबारी के परिणामस्वरूप हो सकता है या जब यह एक्स-रे से विकिरणित होता है। पहली प्रक्रिया को प्रत्यक्ष उत्तेजना कहा जाता है, अंतिम को द्वितीयक या फ्लोरोसेंट कहा जाता है। दोनों ही मामलों में, इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा या प्राथमिक एक्स-रे विकिरण की मात्रा, जो विकिरण करने वाले परमाणु पर बमबारी करती है, परमाणु के एक निश्चित आंतरिक खोल से इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा से अधिक होनी चाहिए। अध्ययन के तहत पदार्थ की इलेक्ट्रॉन बमबारी न केवल तत्व के विशिष्ट स्पेक्ट्रम की उपस्थिति की ओर ले जाती है, बल्कि, एक नियम के रूप में, पर्याप्त रूप से तीव्र निरंतर विकिरण की उपस्थिति की ओर ले जाती है। प्रतिदीप्त विकिरण में केवल एक रेखा स्पेक्ट्रम होता है।

स्पेक्ट्रम के प्राथमिक उत्तेजना के दौरान, अध्ययन के तहत पदार्थ का तीव्र ताप होता है, जो माध्यमिक उत्तेजना के दौरान अनुपस्थित होता है। किरणों के उत्तेजन की प्राथमिक विधि में एक उच्च निर्वात में खाली की गई एक्स-रे ट्यूब के अंदर परीक्षण पदार्थ की नियुक्ति शामिल है, जबकि फ्लोरोसेंस स्पेक्ट्रा प्राप्त करने के लिए, अध्ययन के तहत नमूने प्राथमिक एक्स-रे बीम के बाहर स्थित हो सकते हैं। वैक्यूम और आसानी से एक दूसरे की जगह। इसलिए, फ्लोरेसेंस स्पेक्ट्रा का उपयोग करने वाले उपकरणों (इस तथ्य के बावजूद कि माध्यमिक विकिरण की तीव्रता प्राथमिक विधि द्वारा प्राप्त किरणों की तीव्रता से हजारों गुना कम है) को हाल ही में लगभग पूरी तरह से प्रतिष्ठानों द्वारा अभ्यास से बदल दिया गया है जिसमें एक्स-रे हैं तेजी से इलेक्ट्रॉनों की एक धारा का उपयोग करके उत्साहित।

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण के लिए उपकरण।

एक एक्स-रे प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोमीटर (चित्र 2) में तीन मुख्य घटक होते हैं: एक एक्स-रे ट्यूब, जिसका विकिरण अध्ययन के तहत नमूने के प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रम को उत्तेजित करता है, एक स्पेक्ट्रम में किरणों को विघटित करने के लिए एक क्रिस्टल विश्लेषक, और एक वर्णक्रमीय रेखाओं की तीव्रता को मापने के लिए डिटेक्टर।

चावल। अंजीर। 2. फ्लैट (ए) घुमावदार (बी) क्रिस्टल के साथ एक्स-रे मल्टीचैनल फ्लोरोसेंस स्पेक्ट्रोमीटर की योजना: 1 - एक्स-रे ट्यूब; 2 - विश्लेषण किया गया नमूना; 3 - सोलर डायाफ्राम; 4 - फ्लैट और घुमावदार (त्रिज्या - 2R) क्रिस्टल - विश्लेषक; 5 - विकिरण डिटेक्टर; 6 - तथाकथित मॉनिटर, एक अतिरिक्त रिकॉर्डिंग डिवाइस जो एक्स-रे स्रोत की तीव्रता के स्थिरीकरण की अनुपस्थिति में वर्णक्रमीय रेखाओं की सापेक्ष तीव्रता को मापने की अनुमति देता है; R तथाकथित छवि वृत्त की त्रिज्या है।

स्पेक्ट्रोमीटर डिजाइन में अक्सर अभ्यास में उपयोग किया जाता है, विकिरण स्रोत और डिटेक्टर एक ही सर्कल पर स्थित होते हैं, जिसे इमेज सर्कल कहा जाता है, और क्रिस्टल केंद्र में होता है। क्रिस्टल इस वृत्त के केंद्र से गुजरने वाली धुरी के चारों ओर घूम सकता है। जब ग्लाइड कोण q से बदलता है, तो डिटेक्टर 2q . के कोण से घूमता है

फ्लैट-क्रिस्टल स्पेक्ट्रोमीटर के साथ-साथ, "प्रतिबिंब के लिए" (कपिट्स-जोहान और जोहानसन विधियों) और "ट्रांसमिशन" (कूश और ड्यू-मॉन्ड विधियों) के लिए संचालित एक्स-रे स्पेक्ट्रोमीटर पर ध्यान केंद्रित करना व्यापक हो गया है। वे सिंगल या मल्टी-चैनल हो सकते हैं। मल्टीचैनल, तथाकथित एक्स-रे क्वांटोमीटर, ऑटोमीटर और अन्य, आपको एक साथ निर्धारित करने की अनुमति देते हैं बड़ी संख्यातत्वों और विश्लेषण प्रक्रिया को स्वचालित। वे आमतौर पर विशेष एक्स-रे ट्यूब और उपकरणों से लैस होते हैं जो प्रदान करते हैं एक उच्च डिग्रीएक्स-रे तीव्रता का स्थिरीकरण। तरंग दैर्ध्य क्षेत्र जिसमें स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया जा सकता है, क्रिस्टल-विश्लेषक (डी) के इंटरप्लानर रिक्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है। समीकरण (1) के अनुसार, क्रिस्टल उन किरणों को "प्रतिबिंबित" नहीं कर सकता जिनकी तरंग दैर्ध्य 2d से अधिक है।

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण में प्रयुक्त क्रिस्टल की संख्या काफी बड़ी है। सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले क्वार्ट्ज, अभ्रक, जिप्सम और LiF हैं।

एक्स-रे डिटेक्टरों के रूप में, स्पेक्ट्रम के क्षेत्र के आधार पर, गीजर नेट, आनुपातिक, क्रिस्टल और जगमगाहट क्वांटम काउंटरों का सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है।

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण का अनुप्रयोग।

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग जटिल रासायनिक संरचना की सामग्री में एमजी 12 से यू 92 तक तत्वों को मापने के लिए किया जा सकता है - धातुओं और मिश्र धातुओं, खनिजों, कांच, चीनी मिट्टी की चीज़ें, सीमेंट, प्लास्टिक, अपघर्षक, धूल और विभिन्न उत्पादों में। रासायनिक प्रौद्योगिकियां. सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण धातु विज्ञान और भूविज्ञान में मैक्रो- (1-100%) और सूक्ष्म घटकों (10 -1 - 10 -3%) को निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

कभी-कभी, एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण की संवेदनशीलता को बढ़ाने के लिए, इसे रासायनिक और रेडियोमेट्रिक विधियों के साथ जोड़ा जाता है। एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण की सीमित संवेदनशीलता निर्धारित किए जाने वाले तत्व की परमाणु संख्या और निर्धारित किए जाने वाले नमूने की औसत परमाणु संख्या पर निर्भर करती है। प्रकाश तत्वों वाले नमूने में औसत परमाणु संख्या के तत्वों का निर्धारण करते समय इष्टतम स्थितियों का एहसास होता है। एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण की सटीकता आमतौर पर 2-5 सापेक्ष प्रतिशत होती है, नमूने का वजन कई ग्राम होता है। विश्लेषण की अवधि कई मिनटों से 1 - 2 घंटे तक है। छोटे Z वाले तत्वों के विश्लेषण और स्पेक्ट्रम के नरम क्षेत्र में काम करने में सबसे बड़ी कठिनाइयाँ आती हैं।

विश्लेषण के परिणाम नमूने की समग्र संरचना (अवशोषण), उपग्रह तत्वों द्वारा चयनात्मक उत्तेजना और विकिरण के अवशोषण के प्रभावों के साथ-साथ नमूनों की चरण संरचना और अनाज के आकार से प्रभावित होते हैं।

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण ने तेल और गैसोलीन में Pb और Br के निर्धारण में, गैसोलीन में सल्फर, स्नेहक में अशुद्धियों और मशीनों में पहनने वाले उत्पादों, उत्प्रेरक के विश्लेषण में, एक्सप्रेस सिलिकेट विश्लेषण के कार्यान्वयन में, और अन्य में खुद को साबित किया है।

नरम विकिरण को उत्तेजित करने और विश्लेषण में इसका उपयोग करने के लिए, ए-कणों (उदाहरण के लिए, पोलोनियम स्रोत से) के साथ नमूनों की बमबारी का सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है।

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण के आवेदन का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र उत्पादों की सतह को परेशान किए बिना सुरक्षात्मक कोटिंग्स की मोटाई का निर्धारण है।

उन मामलों में जहां नमूने से विशेषता विकिरण को अलग करने में उच्च रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता नहीं होती है और विश्लेषण किए गए तत्व परमाणु संख्या में दो से अधिक भिन्न होते हैं, एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण की क्रिस्टल रहित विधि को सफलतापूर्वक लागू किया जा सकता है। यह क्वांटम की ऊर्जा और पल्स के आयाम के बीच प्रत्यक्ष आनुपातिकता का उपयोग करता है जो इसे आनुपातिक या जगमगाहट काउंटर में बनाता है। यह आपको आयाम विश्लेषक का उपयोग करके तत्व की वर्णक्रमीय रेखा के अनुरूप दालों का चयन और जांच करने की अनुमति देता है।

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण की एक महत्वपूर्ण विधि किसी पदार्थ के सूक्ष्म आयतन का विश्लेषण है।

माइक्रोएनालिज़र (चित्र 3) का आधार एक ऑप्टिकल मेटल-माइक्रोस्कोप के साथ संयुक्त एक माइक्रोफोकस एक्स-रे ट्यूब है।

एक विशेष इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल प्रणाली एक पतली इलेक्ट्रॉन जांच बनाती है जो एनोड पर रखे गए एक छोटे, लगभग 1-2 माइक्रोन, अध्ययन किए गए पतले खंड के क्षेत्र पर बमबारी करती है, और एक्स-रे को उत्तेजित करती है, जिसकी वर्णक्रमीय संरचना का और विश्लेषण किया जाता है। एक घुमावदार क्रिस्टल के साथ एक स्पेक्ट्रोग्राफ का उपयोग करना। ऐसा उपकरण कई तत्वों के लिए "एक बिंदु पर" एक पतले खंड का एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण करना संभव बनाता है या उनमें से किसी एक को चयनित दिशा में वितरण की जांच करना संभव बनाता है। बाद में बनाए गए रास्टर माइक्रोएनालिज़र में, इलेक्ट्रॉनिक जांच विश्लेषण किए गए नमूने के किसी दिए गए सतह क्षेत्र के चारों ओर चलती है और आपको मॉनिटर स्क्रीन पर दस गुना बढ़े हुए वितरण पैटर्न का निरीक्षण करने की अनुमति देती है। रासायनिक तत्वकट की सतह पर। ऐसे उपकरणों के दोनों वैक्यूम (स्पेक्ट्रम के नरम क्षेत्र के लिए) और गैर-वैक्यूम संस्करण हैं। विधि की पूर्ण संवेदनशीलता 10 -13 -10 -15 ग्राम है। इसकी मदद से, वे मिश्र धातु मिश्र धातुओं की चरण संरचना का सफलतापूर्वक विश्लेषण करते हैं और उनकी समरूपता की डिग्री की जांच करते हैं, मिश्र धातुओं में मिश्र धातु के वितरण का अध्ययन करते हैं और उम्र बढ़ने, विरूपण या गर्मी उपचार के दौरान उनके पुनर्वितरण का अध्ययन करते हैं, प्रसार प्रक्रिया और प्रसार की संरचना का अध्ययन करते हैं। अन्य मध्यवर्ती परतें, गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं के प्रसंस्करण और सोल्डरिंग के साथ की प्रक्रियाओं का अध्ययन करती हैं, और रसायन विज्ञान, खनिज विज्ञान और भू-रसायन विज्ञान में गैर-धातु वस्तुओं का भी पता लगाती हैं। बाद के मामले में, एल्यूमीनियम, बेरिलियम, या कार्बन की एक पतली परत (50-100Å) पहले पतले वर्गों की सतह पर जमा की जाती है।

चावल। 3. एक्स-रे माइक्रोएनालिज़र कास्टिंग और गिनीयर की योजना:

1 - इलेक्ट्रॉन बंदूक; 2 - डायाफ्राम; 3 - पहला अभिसारी इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस; 4 - एपर्चर डायाफ्राम; 5 - दूसरा एकत्रित इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस; 6 - परीक्षण नमूना; 7 - एक्स-रे स्पेक्ट्रोमीटर; 8 - दर्पण; 9 - मेटलोग्राफिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उद्देश्य; एचवी - उच्च वोल्टेज।

एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण का एक स्वतंत्र खंड रासायनिक यौगिकों और मिश्र धातुओं में एक्स-रे अवशोषण और परमाणुओं के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा की बारीक संरचना का अध्ययन है। इस घटना का एक विस्तृत अध्ययन रासायनिक यौगिकों, धातुओं और मिश्र धातुओं में अंतर-परमाणु बातचीत की प्रकृति के एक प्रयोगात्मक अध्ययन और उनमें इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रम की ऊर्जा संरचना के अध्ययन के लिए रास्ता खोलता है, जिसमें विभिन्न परमाणुओं पर केंद्रित प्रभावी चार्ज का निर्धारण होता है। अणु, और संघनित पदार्थ के रसायन विज्ञान और भौतिकी की अन्य समस्याओं का समाधान।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण एक्स-रे विवर्तन की घटना का उपयोग करके निकायों की संरचना का अध्ययन करने की एक विधि है, अंतरिक्ष में वितरण द्वारा किसी पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने और विश्लेषण की गई वस्तु पर बिखरे एक्स-रे विकिरण की तीव्रता का अध्ययन करने की एक विधि है। विवर्तन पैटर्न प्रयुक्त एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य और वस्तु की संरचना पर निर्भर करता है। परमाणु संरचना का अध्ययन करने के लिए ~1Å की तरंग दैर्ध्य वाले विकिरण का उपयोग किया जाता है, अर्थात। एक परमाणु के आकार के बारे में।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के तरीकों से धातु, मिश्र धातु, खनिज, अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिक, पॉलिमर, अनाकार सामग्री, तरल पदार्थ और गैस, प्रोटीन के अणु, न्यूक्लिक एसिड आदि का अध्ययन किया जाता है। क्रिस्टल की संरचना का निर्धारण करने के लिए एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण मुख्य विधि है। क्रिस्टल की जांच करते समय, यह सबसे अधिक जानकारी देता है। यह इस तथ्य के कारण है कि क्रिस्टल की संरचना में सख्त आवधिकता होती है और प्रकृति द्वारा बनाई गई एक्स-रे के लिए एक विवर्तन झंझरी का प्रतिनिधित्व करती है। हालांकि, यह कम व्यवस्थित संरचना वाले निकायों के अध्ययन में मूल्यवान जानकारी भी प्रदान करता है, जैसे कि तरल पदार्थ, अनाकार शरीर, तरल क्रिस्टल, पॉलिमर, और अन्य। कई पहले से ही समझी गई परमाणु संरचनाओं के आधार पर, उलटा समस्या भी हल की जा सकती है: इस पदार्थ की क्रिस्टलीय संरचना पॉलीक्रिस्टलाइन पदार्थ के एक्स-रे पैटर्न से स्थापित की जा सकती है, उदाहरण के लिए, मिश्र धातु इस्पात, मिश्र धातु, अयस्क, चंद्र मिट्टी , अर्थात्, एक चरण विश्लेषण किया जाता है।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के दौरान, अध्ययन के तहत नमूना एक्स-रे के पथ में रखा जाता है और पदार्थ के साथ किरणों की बातचीत के परिणामस्वरूप विवर्तन पैटर्न दर्ज किया जाता है। अध्ययन के अगले चरण में, विवर्तन पैटर्न का विश्लेषण किया जाता है और अंतरिक्ष में कणों की पारस्परिक व्यवस्था, जो इस पैटर्न की उपस्थिति का कारण बनती है, गणना द्वारा स्थापित की जाती है।

क्रिस्टलीय पदार्थों का एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण दो चरणों में बांटा गया है।

एक क्रिस्टल की प्राथमिक कोशिका के आकार का निर्धारण, प्राथमिक कोशिका में कणों (परमाणुओं, अणुओं) की संख्या और कणों की व्यवस्था की समरूपता (तथाकथित अंतरिक्ष समूह)। ये आंकड़े विवर्तन चोटियों की व्यवस्था की ज्यामिति का विश्लेषण करके प्राप्त किए जाते हैं।

यूनिट सेल के अंदर इलेक्ट्रॉन घनत्व की गणना और परमाणुओं के निर्देशांक का निर्धारण, जो इलेक्ट्रॉन घनत्व मैक्सिमा की स्थिति से पहचाने जाते हैं। ये डेटा विवर्तन चोटियों की तीव्रता का विश्लेषण करके प्राप्त किए जाते हैं।

क्रिस्टल के एक्स-रे शूटिंग के तरीके।

विवर्तन पैटर्न प्राप्त करने और रिकॉर्ड करने के लिए विभिन्न प्रयोगात्मक विधियां हैं। किसी भी मामले में, एक एक्स-रे स्रोत है, एक्स-रे की एक संकीर्ण बीम को अलग करने के लिए एक प्रणाली, बीम में नमूने को ठीक करने और उन्मुख करने के लिए एक उपकरण, और नमूने द्वारा बिखरे हुए विकिरण का एक डिटेक्टर है। रिसीवर एक फोटोग्राफिक फिल्म, या एक्स-रे क्वांटा के आयनीकरण या जगमगाहट काउंटर है। काउंटरों (डिफ्रेक्टोमेट्रिक) का उपयोग करके पंजीकरण विधि पंजीकृत विकिरण की तीव्रता को निर्धारित करने में बहुत अधिक सटीकता प्रदान करती है।

यह सीधे वुल्फ-ब्रैग की स्थिति से इस प्रकार है कि एक विवर्तन पैटर्न दर्ज करते समय, इसमें शामिल दो मापदंडों में से एक ¾ l - तरंग दैर्ध्य या q - घटना का कोण, परिवर्तनशील होना चाहिए।

क्रिस्टल की मुख्य एक्स-रे फिल्में हैं: लाउ विधि, पाउडर विधि (डेबीग्राम विधि), रोटेशन विधि और इसकी भिन्नता - रॉकिंग विधि और एक्स-रे गोनियोमीटर के विभिन्न तरीके।

लाउ विधि में, गैर-मोनोक्रोमैटिक ("सफेद") बीम का एक बीम एकल-क्रिस्टल नमूने पर आपतित होता है (चित्र 4ए)। केवल उन्हीं किरणों का विवर्तन करें जिनकी तरंगदैर्घ्य Wulf-Bragg स्थिति को संतुष्ट करती है। लॉग्राम (चित्र 4 बी) पर विवर्तन स्पॉट दीर्घवृत्त, हाइपरबोलस और सीधी रेखाओं के साथ स्थित होते हैं, जो आवश्यक रूप से प्राथमिक बीम से स्पॉट से गुजरते हैं।

चावल। 4. ए - लाउ के अनुसार एक्स-रे विधि की योजना: 1 - एकल-क्रिस्टल नमूने पर एक्स-रे घटना की बीम; 2 - समापक; 3 - नमूना; 4 - विवर्तित बीम; 5 - फ्लैट फिल्म;

बी - ठेठ लौग्राम।

लाउग्राम की एक महत्वपूर्ण संपत्ति यह है कि, क्रिस्टल के उपयुक्त अभिविन्यास के साथ, इन वक्रों की व्यवस्था की समरूपता क्रिस्टल की समरूपता को दर्शाती है। लाउ पैटर्न पर धब्बे की प्रकृति से, क्रिस्टल संरचना में आंतरिक तनाव और कुछ अन्य दोषों को प्रकट किया जा सकता है। लाउग्राम के अलग-अलग स्थानों को अनुक्रमित करना बहुत मुश्किल है। इसलिए, लाउ विधि का उपयोग विशेष रूप से क्रिस्टल के वांछित अभिविन्यास को खोजने और इसके समरूपता तत्वों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। अधिक संपूर्ण संरचनात्मक अध्ययन के लिए नमूना चुनते समय यह विधि एकल क्रिस्टल की गुणवत्ता की जांच करती है।

पाउडर विधि (चित्र 5.ए) में, साथ ही साथ नीचे वर्णित अन्य सभी एक्स-रे इमेजिंग विधियों में, मोनोक्रोमैटिक विकिरण का उपयोग किया जाता है। चर पैरामीटर घटना का कोण q है, क्योंकि प्राथमिक बीम की दिशा के संबंध में किसी भी अभिविन्यास के क्रिस्टल हमेशा पॉलीक्रिस्टलाइन पाउडर नमूने में मौजूद होते हैं।

चित्रा 5.ए - पाउडर विधि द्वारा एक्स-रे फोटोग्राफी की योजना: 1 - प्राथमिक बीम; 2 - पाउडर या पॉलीक्रिस्टलाइन नमूना; 3 - परिधि के चारों ओर लुढ़का हुआ फोटोग्राफिक फिल्म; 4 - विवर्तन शंकु; 5 - फिल्म पर "आर्क्स", तब उत्पन्न होता है जब इसकी सतह विवर्तन शंकु के साथ प्रतिच्छेद करती है;

बी - ठेठ पाउडर एक्स-रे पैटर्न (डिबायग्राम)।

सभी क्रिस्टल से किरणें, जिसमें दी गई इंटरप्लानर दूरी d hk1 वाले विमान "परावर्तन स्थिति" में होते हैं, यानी वे वुल्फ-ब्रैग की स्थिति को संतुष्ट करते हैं, प्राथमिक किरण के चारों ओर 4q के रेखापुंज कोण के साथ एक शंकु बनाते हैं। . प्रत्येक d hk1 अपने स्वयं के विवर्तन शंकु से मेल खाता है। फोटोग्राफिक फिल्म की एक पट्टी के साथ विवर्तित एक्स-रे के प्रत्येक शंकु का प्रतिच्छेदन एक सिलेंडर के रूप में लुढ़का हुआ है, जिसकी धुरी नमूने से गुजरती है, उस पर निशान की उपस्थिति की ओर जाता है जो सम्मान के साथ सममित रूप से स्थित मेहराब की तरह दिखता है। प्राथमिक बीम तक (चित्र 5.बी)। सममित "आर्क्स" के बीच की दूरी को जानने के बाद, क्रिस्टल में संबंधित इंटरप्लानर दूरी डी की गणना करना संभव है।

प्रायोगिक तकनीक के दृष्टिकोण से पाउडर विधि सबसे सरल और सबसे सुविधाजनक है, हालांकि, यह केवल एक ही जानकारी प्रदान करती है जो इंटरप्लानर दूरी का विकल्प है, जिससे बहुत ही सरल संरचनाओं को समझना संभव हो जाता है।

रोटेशन विधि (चित्र 6.a) में, चर पैरामीटर कोण q है।

शूटिंग एक बेलनाकार फिल्म पर की जाती है। पूरे एक्सपोजर समय के दौरान, क्रिस्टल अपनी धुरी के चारों ओर समान रूप से घूमता है, जो कुछ महत्वपूर्ण क्रिस्टलोग्राफिक दिशा और बार द्वारा गठित सिलेंडर की धुरी के साथ मेल खाता है। विवर्तन किरणें शंकु के जनन के साथ जाती हैं, जो फिल्म के साथ पार करते समय, धब्बों से युक्त रेखाएँ देती हैं (तथाकथित परत रेखाएँ (चित्र। 6.b)।

रोटेशन विधि प्रयोगकर्ता को पाउडर विधि की तुलना में अधिक समृद्ध जानकारी प्रदान करती है। परत रेखाओं के बीच की दूरी से, क्रिस्टल रोटेशन अक्ष की दिशा में जाली अवधि की गणना की जा सकती है।

चावल। 6.ए - रोटेशन विधि के अनुसार एक्स-रे सर्वेक्षण की योजना: 1 - प्राथमिक बीम;

2 - नमूना (तीर की दिशा में घूमता है); 3 - बेलनाकार फिल्म;

बी - रोटेशन की विशिष्ट एक्स-रे।

विचाराधीन विधि एक्स-रे स्पॉट के अनुक्रमण को सरल बनाती है। तो यदि क्रिस्टल जाली से अक्ष के चारों ओर घूमता है, तो प्राथमिक बीम के निशान से गुजरने वाली रेखा पर सभी धब्बे सूचकांक (एच, के, 0) से सटे परत रेखाओं पर होते हैं - क्रमशः (एच, के, 1 ) और (एच, के, 1 ¯) और इसी तरह। हालांकि, रोटेशन विधि सभी संभावित जानकारी प्रदान नहीं करती है, इसलिए यह कभी नहीं जाना जाता है कि घूर्णन अक्ष के चारों ओर क्रिस्टल के घूर्णन के किस कोण पर यह या उस विवर्तन स्थान का गठन किया गया था।

रॉकिंग विधि में, जो रोटेशन विधि का एक प्रकार है, नमूना एक पूर्ण रोटेशन को पूरा नहीं करता है, लेकिन एक छोटे कोणीय अंतराल में एक ही धुरी के चारों ओर "चट्टानें"। यह धब्बों के अनुक्रमण की सुविधा देता है, क्योंकि यह संभव बनाता है, जैसा कि यह था, भागों में रोटेशन का एक एक्स-रे पैटर्न प्राप्त करने के लिए और यह निर्धारित करने के लिए कि रॉकिंग अंतराल की सटीकता के लिए, क्रिस्टल के रोटेशन के किस कोण पर प्राथमिक बीम कुछ विवर्तन स्पॉट दिखाई दिए।

एक्स-रे गोनियोमीटर के तरीके सबसे समृद्ध जानकारी प्रदान करते हैं। एक्स-रे गोनियोमीटर, एक उपकरण जिसके साथ आप परीक्षण नमूने पर एक्स-रे की दिशा और विवर्तन की घटना के समय नमूने की स्थिति को एक साथ रिकॉर्ड कर सकते हैं। उनमें से एक, वीसेनबर्ग विधि, रोटेशन विधि का एक और विकास है। उत्तरार्द्ध के विपरीत, वीसेनबर्ग एक्स-रे गोनियोमीटर (चित्र। 7) में, सभी विवर्तन शंकु, एक को छोड़कर, एक बेलनाकार स्क्रीन से ढके होते हैं, और शेष विवर्तन शंकु के धब्बे (या, वही क्या है, एक परत रेखा) फोटोग्राफिक फिल्म के पूरे क्षेत्र में क्रिस्टल के रोटेशन के साथ समकालिक रूप से इसकी वापसी अनुवादकीय अक्षीय गति के माध्यम से "अनरोल"। इससे यह निर्धारित करना संभव हो जाता है कि वासेनबर्गोग्राम के प्रत्येक स्थान पर क्रिस्टल किस ओरिएंटेशन में दिखाई दिया।

चावल। अंजीर। 7. वीसेनबर्ग एक्स-रे गोनियोमीटर का योजनाबद्ध आरेख: 1 - एक निश्चित स्क्रीन जो केवल एक विवर्तन शंकु से गुजरती है; 2 - एक्स-एक्स अक्ष के चारों ओर घूमने वाला क्रिस्टल; 3 - बेलनाकार फोटोग्राफिक फिल्म क्रिस्टल 2 के रोटेशन के साथ एक्स - एक्स अक्ष के साथ समकालिक रूप से आगे बढ़ती है; 4 - विवर्तन शंकु एक स्क्रीन से होकर गुजरता है; 5 - प्राथमिक बीम।

अन्य इमेजिंग विधियां हैं जो नमूना और फोटोग्राफिक फिल्म के एक साथ आंदोलन का उपयोग करती हैं। इनमें से सबसे महत्वपूर्ण पारस्परिक जाली और बर्गर की पूर्वसर्ग विधि को चित्रित करने की विधि है। ये सभी विधियां विवर्तन पैटर्न के फोटोग्राफिक पंजीकरण का उपयोग करती हैं। एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर में, आनुपातिक, जगमगाहट और अन्य एक्स-रे फोटॉन काउंटरों का उपयोग करके विवर्तन प्रतिबिंबों की तीव्रता को सीधे मापना संभव है।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का अनुप्रयोग।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण क्रिस्टलीय पदार्थों की संरचना को निष्पक्ष रूप से स्थापित करना संभव बनाता है, जिसमें विटामिन, एंटीबायोटिक्स, समन्वय यौगिकों आदि जैसे जटिल शामिल हैं। क्रिस्टल का एक पूर्ण संरचनात्मक अध्ययन अक्सर विशुद्ध रूप से रासायनिक समस्याओं को हल करना संभव बनाता है, उदाहरण के लिए, रासायनिक सूत्र की स्थापना या शोधन, बंधन का प्रकार, ज्ञात घनत्व पर आणविक भार या ज्ञात आणविक भार पर घनत्व, समरूपता और अणुओं का विन्यास और आणविक आयन।

पॉलिमर की क्रिस्टलीय अवस्था का अध्ययन करने के लिए एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है। अनाकार और तरल निकायों के अध्ययन में एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण द्वारा मूल्यवान जानकारी भी प्रदान की जाती है। ऐसे पिंडों के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न में कई धुंधले विवर्तन वलय होते हैं, जिनकी तीव्रता q बढ़ने के साथ तेजी से घटती है। इन रिंगों की चौड़ाई, आकार और तीव्रता के आधार पर, किसी विशेष तरल या अनाकार संरचना में शॉर्ट-रेंज ऑर्डर की विशेषताओं के बारे में निष्कर्ष निकाला जा सकता है।

एक्स-रे के अनुप्रयोग का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र धातुओं और मिश्र धातुओं की रेडियोग्राफी है, जो विज्ञान की एक अलग शाखा बन गई है। "रेडियोग्राफी" की अवधारणा में पूर्ण या आंशिक एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के साथ, एक्स-रे का उपयोग करने के अन्य तरीके भी शामिल हैं - एक्स-रे दोष का पता लगाने (ट्रांसमिशन), एक्स-रे वर्णक्रमीय विश्लेषण, एक्स-रे माइक्रोस्कोपी, और बहुत कुछ . शुद्ध धातुओं और कई मिश्र धातुओं की संरचना निर्धारित की गई है। एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण पर आधारित मिश्र धातुओं का क्रिस्टल रसायन धातु विज्ञान की प्रमुख शाखाओं में से एक है। यदि इन मिश्र धातुओं का अध्ययन एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण द्वारा नहीं किया गया है, तो धातु मिश्र धातुओं के किसी भी राज्य आरेख को विश्वसनीय रूप से स्थापित नहीं माना जा सकता है। एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण विधियों के उपयोग के लिए धन्यवाद, धातुओं और मिश्र धातुओं में उनके प्लास्टिक और गर्मी उपचार के दौरान होने वाले संरचनात्मक परिवर्तनों का गहराई से अध्ययन करना संभव हो गया है।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण की विधि की भी गंभीर सीमाएँ हैं। एक पूर्ण एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के लिए, यह आवश्यक है कि पदार्थ अच्छी तरह से क्रिस्टलीकृत हो और पर्याप्त रूप से स्थिर क्रिस्टल दे। कभी-कभी उच्च या निम्न तापमान पर शोध करना आवश्यक होता है। यह प्रयोग को बहुत जटिल करता है। एक पूर्ण अध्ययन बहुत समय लेने वाला, समय लेने वाला होता है और इसमें बड़ी मात्रा में कम्प्यूटेशनल कार्य शामिल होता है।

मध्यम जटिलता की एक परमाणु संरचना (एक इकाई सेल में ~ 50-100 परमाणु) स्थापित करने के लिए, कई सैकड़ों और यहां तक ​​कि हजारों विवर्तन प्रतिबिंबों की तीव्रता को मापना आवश्यक है। यह बहुत समय लेने वाला और श्रमसाध्य कार्य कंप्यूटर-नियंत्रित स्वचालित माइक्रोडेंसिटोमीटर और डिफ्रेक्टोमीटर द्वारा किया जाता है, कभी-कभी कई हफ्तों या महीनों तक (उदाहरण के लिए, प्रोटीन संरचनाओं के विश्लेषण में, जब प्रतिबिंबों की संख्या सैकड़ों हजारों तक बढ़ जाती है)। इस संबंध में, में पिछले साल काएक्स-रे विवर्तन विश्लेषण की समस्याओं को हल करने के लिए उच्च गति वाले कंप्यूटरों का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। हालाँकि, कंप्यूटर के उपयोग के साथ भी, संरचना का निर्धारण एक जटिल और समय लेने वाला काम है। डिफ्रेक्टोमीटर में कई काउंटरों का उपयोग, जो समानांतर में प्रतिबिंब दर्ज कर सकते हैं, प्रयोग के समय को कम कर सकते हैं। संवेदनशीलता और सटीकता के मामले में डिफ्रेक्टोमेट्रिक माप फोटोग्राफिक रिकॉर्डिंग से बेहतर हैं।

आपको अणुओं की संरचना और क्रिस्टल में अणुओं की बातचीत की सामान्य प्रकृति को निष्पक्ष रूप से निर्धारित करने की अनुमति देते हुए, एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण हमेशा निश्चितता की आवश्यक डिग्री के साथ रासायनिक बंधनों की प्रकृति में अंतर का न्याय करना संभव नहीं बनाता है। एक अणु, चूंकि बांड की लंबाई और बांड कोणों को निर्धारित करने की सटीकता अक्सर इस उद्देश्य के लिए अपर्याप्त होती है। विधि की एक गंभीर सीमा प्रकाश परमाणुओं और विशेष रूप से हाइड्रोजन परमाणुओं की स्थिति निर्धारित करने में कठिनाई भी है।

ग्रन्थसूची

ज़ादानोव जी.एस. भौतिक विज्ञान ठोस शरीर, एम।, 1962।

ब्लोखिन एम.ए., एक्स-रे की भौतिकी, दूसरा संस्करण।, एम।, 1957।

ब्लोखिन एमए, एक्स-रे वर्णक्रमीय अध्ययन के तरीके, एम।, 1959।

Vanshtein E.E., अणुओं में परमाणुओं का एक्स-रे स्पेक्ट्रा रासायनिक यौगिकऔर मिश्र धातुओं में, एम.-एल।, 1950।

बोके जी.बी., पोरे-कोशिट्स एमए, एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण, एम।, 1964।

शिशकोव एन.ए., संरचनात्मक विश्लेषण की मूल अवधारणाएं, एम।, 1961।

ब्रेस्ट, 2010

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण में मुख्य रूप से तीन विधियों का उपयोग किया जाता है

1. लाउ विधि। इस पद्धति में, एक स्थिर एकल क्रिस्टल पर एक सतत स्पेक्ट्रम वाला विकिरण बीम आपतित होता है। विवर्तन पैटर्न एक स्थिर फोटोग्राफिक फिल्म पर दर्ज किया गया है।

2. सिंगल क्रिस्टल रोटेशन विधि। मोनोक्रोमैटिक विकिरण की किरण एक क्रिस्टल पर एक निश्चित क्रिस्टलोग्राफिक दिशा के चारों ओर घूमते (या दोलन) होती है। विवर्तन पैटर्न एक स्थिर फोटोग्राफिक फिल्म पर दर्ज किया गया है। कई मामलों में, फिल्म क्रिस्टल के घूर्णन के साथ समकालिक रूप से चलती है; रोटेशन विधि के इस बदलाव को लेयर्ड लाइन स्वीप मेथड कहा जाता है।

3. पाउडर या पॉलीक्रिस्टल की विधि (Debye-Scherrer-Hull विधि)। यह विधि किरणों के एकवर्णी पुंज का उपयोग करती है। नमूने में एक क्रिस्टलीय पाउडर होता है या एक पॉलीक्रिस्टलाइन समुच्चय होता है।

लाउ विधि

क्रिस्टल की परमाणु संरचना का अध्ययन करने के पहले चरण में लाउ विधि का उपयोग किया जाता है। इसका उपयोग क्रिस्टल और लाउ वर्ग (फ़्रीडेल क्रिस्टल वर्ग को व्युत्क्रम के केंद्र तक) के पर्यायवाची को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। फ्राइडल के नियम के अनुसार, लॉग्राम पर समरूपता के केंद्र की अनुपस्थिति का पता लगाना कभी भी संभव नहीं होता है, और इसलिए 32 क्रिस्टल वर्गों में समरूपता का केंद्र जोड़ने से उनकी संख्या 11 हो जाती है। लाउ विधि का उपयोग मुख्य रूप से एकल क्रिस्टल का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। या मोटे अनाज के नमूने। लाउ विधि में, एक स्थिर एकल क्रिस्टल एक सतत स्पेक्ट्रम के साथ किरणों के समानांतर बीम द्वारा प्रकाशित होता है। नमूना या तो एक पृथक क्रिस्टल या पॉलीक्रिस्टलाइन कुल में काफी बड़ा अनाज हो सकता है।

विवर्तन पैटर्न का गठन एल मिनट \u003d एल 0 \u003d 12.4 / यू से तरंग दैर्ध्य के साथ विकिरण के प्रकीर्णन के दौरान होता है, जहां यू एक्स-रे ट्यूब पर वोल्टेज है, एल एम तक - तरंग दैर्ध्य जो तीव्रता देता है परावर्तन (विवर्तन अधिकतम) पृष्ठभूमि से कम से कम 5% अधिक। एलएम न केवल प्राथमिक बीम की तीव्रता (एनोड की परमाणु संख्या, वोल्टेज और ट्यूब के माध्यम से करंट) पर निर्भर करता है, बल्कि नमूने और फिल्म कैसेट में एक्स-रे के अवशोषण पर भी निर्भर करता है। स्पेक्ट्रम एल मिनट - एल एम 1/ एल मीटर से 1/ली मिनट तक त्रिज्या के साथ ईवाल्ड क्षेत्रों के एक सेट से मेल खाता है, जो नोड 000 और अध्ययन के तहत क्रिस्टल के ओआर को छूता है (चित्र 1)।

फिर, इन क्षेत्रों के बीच स्थित सभी OR नोड्स के लिए, Laue स्थिति संतुष्ट होगी (अंतराल में एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के लिए (l m l min)) और, परिणामस्वरूप, एक विवर्तन अधिकतम प्रकट होता है - फिल्म पर एक प्रतिबिंब। ल्यू विधि के अनुसार शूटिंग के लिए आरकेएसओ कैमरे का उपयोग किया जाता है (चित्र 2)।

चावल। 2 चैंबर आरकेएसओ

यहां, प्राथमिक एक्स-रे बीम को एपर्चर 1 द्वारा दो छेद 0.5-1.0 मिमी व्यास के साथ काटा जाता है। डायाफ्राम का एपर्चर आकार चुना जाता है ताकि प्राथमिक बीम का क्रॉस सेक्शन अध्ययन के तहत क्रिस्टल के क्रॉस सेक्शन से बड़ा हो। क्रिस्टल 2 को गोनियोमेट्रिक हेड 3 पर रखा गया है, जिसमें दो परस्पर लंबवत चापों की एक प्रणाली होती है। इस सिर पर क्रिस्टल धारक इन चापों के सापेक्ष आगे बढ़ सकता है, और गोनियोमेट्रिक सिर को प्राथमिक बीम के लंबवत अक्ष के चारों ओर किसी भी कोण से घुमाया जा सकता है। गोनियोमेट्रिक हेड प्राथमिक बीम के संबंध में क्रिस्टल के उन्मुखीकरण को बदलना संभव बनाता है और इस बीम के साथ क्रिस्टल की एक निश्चित क्रिस्टलोग्राफिक दिशा निर्धारित करता है। विवर्तन पैटर्न एक कैसेट में रखी गई फोटोग्राफिक फिल्म 4 पर दर्ज किया गया है, जिसका तल प्राथमिक बीम के लंबवत है। फिल्म के सामने कैसेट पर एक पतला तार होता है जो गोनियोमेट्रिक हेड की धुरी के समानांतर फैला होता है। इस तार की छाया गोनियोमेट्रिक हेड की धुरी के संबंध में फिल्म के उन्मुखीकरण को निर्धारित करना संभव बनाती है। यदि नमूना 2 को फिल्म 4 के सामने रखा जाता है, तो इस तरह से प्राप्त एक्स-रे पैटर्न को ल्यू पैटर्न कहा जाता है। क्रिस्टल के सामने स्थित फोटोग्राफिक फिल्म पर रिकॉर्ड किए गए विवर्तन पैटर्न को एपिग्राम कहा जाता है। लाउग्राम पर, विवर्तन धब्बे आंचलिक वक्रों (दीर्घवृत्त, परवलय, अतिपरवलय, सीधी रेखाओं) के साथ स्थित होते हैं। ये वक्र विवर्तन शंकु के समतल भाग हैं और प्राथमिक स्थान को स्पर्श करते हैं। एपिग्राम पर, विवर्तन स्पॉट हाइपरबोलस के साथ स्थित होते हैं जो प्राथमिक बीम से नहीं गुजरते हैं।

लाउ विधि में विवर्तन पैटर्न की विशेषताओं पर विचार करने के लिए, एक ज्यामितीय व्याख्या का उपयोग पारस्परिक जाली का उपयोग करके किया जाता है। Lauegrams और epigrams एक क्रिस्टल के पारस्परिक जाली का प्रतिबिंब हैं। लाउग्राम के अनुसार निर्मित सूक्ति प्रक्षेपण अंतरिक्ष में परावर्तक विमानों के लिए मानदंडों की पारस्परिक व्यवस्था का न्याय करना और क्रिस्टल पारस्परिक जाली की समरूपता का एक विचार प्राप्त करना संभव बनाता है। लाउग्राम स्पॉट के आकार का उपयोग क्रिस्टल की पूर्णता की डिग्री का न्याय करने के लिए किया जाता है। एक अच्छा क्रिस्टल लाउग्राम पर स्पष्ट धब्बे देता है। लाउग्राम के अनुसार क्रिस्टल की समरूपता स्पॉट की पारस्परिक व्यवस्था द्वारा निर्धारित की जाती है (परमाणु विमानों की सममित व्यवस्था परावर्तित किरणों की सममित व्यवस्था के अनुरूप होनी चाहिए)। (अंजीर देखें। 3)

चावल। अंजीर। 3 लाउ विधि के अनुसार एक्स-रे चित्र लेने की योजना (ए - ट्रांसमिशन में, बी - प्रतिबिंब में, एफ - एक्स-रे ट्यूब का फोकस, के - एपर्चर, ओ - नमूना, पीएल - फिल्म)

एकल क्रिस्टल रोटेशन विधि

क्रिस्टल की परमाणु संरचना को निर्धारित करने में रोटेशन विधि मुख्य है। यह विधि यूनिट सेल के आकार, प्रति सेल परमाणुओं या अणुओं की संख्या निर्धारित करती है। अंतरिक्ष समूह परावर्तन के विलुप्त होने (उलटा के केंद्र के लिए सटीक) से पाया जाता है। परमाणु संरचना के निर्धारण से संबंधित गणनाओं में विवर्तन चोटियों की तीव्रता के मापन से डेटा का उपयोग किया जाता है। रोटेशन विधि द्वारा एक्स-रे छवियों को लेते समय, क्रिस्टल एक निश्चित क्रिस्टलोग्राफिक दिशा के चारों ओर घूमता या दोलन करता है जब यह मोनोक्रोमैटिक या विशिष्ट एक्स-रे से विकिरणित होता है। प्राथमिक बीम को एक डायाफ्राम (दो गोल छिद्रों के साथ) से काट दिया जाता है और क्रिस्टल में प्रवेश करता है। क्रिस्टल को गोनियोमेट्रिक हेड पर लगाया जाता है ताकि इसकी एक महत्वपूर्ण दिशा (जैसे, , ) गोनियोमेट्रिक हेड के रोटेशन की धुरी के साथ उन्मुख हो। गोनियोमेट्रिक हेड दो परस्पर लंबवत चापों की एक प्रणाली है, जो आपको रोटेशन की धुरी और प्राथमिक एक्स-रे बीम के संबंध में वांछित कोण पर क्रिस्टल सेट करने की अनुमति देता है। गोनियोमेट्रिक हेड को मोटर की मदद से गियर सिस्टम के माध्यम से धीमी गति से घुमाया जाता है। विवर्तन पैटर्न एक निश्चित व्यास (86.6 या 57.3 मिमी) के कैसेट की बेलनाकार सतह की धुरी के साथ स्थित एक फोटोग्राफिक फिल्म पर दर्ज किया गया है।

बाहरी कट की अनुपस्थिति में, क्रिस्टल लाउ विधि द्वारा उन्मुख होते हैं। इस प्रयोजन के लिए, घूर्णन कक्ष में एक फ्लैट फिल्म के साथ एक कैसेट स्थापित करना संभव है। रोटेशन के एक्स-रे पैटर्न पर विवर्तन मैक्सिमा सीधी रेखाओं के साथ स्थित होती है, जिसे परत रेखाएं कहा जाता है। रेडियोग्राफ़ पर मैक्सिमा प्राथमिक स्थान से गुजरने वाली ऊर्ध्वाधर रेखा के संबंध में सममित रूप से स्थित है। घूर्णी एक्स-रे विवर्तन पैटर्न अक्सर विवर्तन मैक्सिमा से गुजरते हुए निरंतर बैंड दिखाते हैं। इन बैंडों की उपस्थिति विशेषता स्पेक्ट्रम के साथ-साथ एक्स-रे ट्यूब विकिरण में एक सतत स्पेक्ट्रम की उपस्थिति के कारण होती है।

जब क्रिस्टल मुख्य क्रिस्टलोग्राफिक दिशा के चारों ओर घूमता है, तो इससे जुड़ी पारस्परिक जाली घूमती है। जब पारस्परिक जाली के नोड्स प्रसार क्षेत्र को पार करते हैं, तो विवर्तन किरणें दिखाई देती हैं, जो शंकु के जेनरेट्रिक्स के साथ स्थित होती हैं, जिनमें से अक्ष क्रिस्टल के रोटेशन की धुरी के साथ मेल खाते हैं। इसके रोटेशन के दौरान प्रसार क्षेत्र द्वारा प्रतिच्छेदित पारस्परिक जाली के सभी नोड्स प्रभावी क्षेत्र का निर्माण करते हैं, अर्थात। किसी दिए गए क्रिस्टल से उसके घूर्णन के दौरान उत्पन्न होने वाले विवर्तन मैक्सिमा के सूचकांकों का क्षेत्र निर्धारित करें। किसी पदार्थ की परमाणु संरचना को स्थापित करने के लिए, घूर्णन के एक्स-रे पैटर्न को इंगित करना आवश्यक है। अनुक्रमण आमतौर पर पारस्परिक जाली अभ्यावेदन का उपयोग करके रेखांकन किया जाता है। रोटेशन विधि क्रिस्टल जाली अवधि निर्धारित करती है, जो ल्यू विधि द्वारा निर्धारित कोणों के साथ, यूनिट सेल वॉल्यूम को खोजना संभव बनाती है। घनत्व डेटा का उपयोग करना, रासायनिक संरचनाऔर यूनिट सेल वॉल्यूम, यूनिट सेल में परमाणुओं की संख्या पाएं।

पाउडर विधि

पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री के अध्ययन की सामान्य विधि में, एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के साथ एक्स-रे के एक संकीर्ण बीम के साथ ग्राउंड पाउडर या अन्य सूक्ष्म सामग्री का एक पतला स्तंभ प्रकाशित होता है। किरण विवर्तन पैटर्न एक सिलेंडर के रूप में लुढ़का हुआ फोटोग्राफिक फिल्म की एक संकीर्ण पट्टी पर तय किया गया है, जिसके अक्ष के साथ अध्ययन के तहत नमूना स्थित है। फ्लैट फोटोग्राफिक फिल्म पर शूटिंग अपेक्षाकृत कम आम है।

विधि का योजनाबद्ध आरेख अंजीर में दिया गया है। चार।

चावल। 4 पाउडर शूटिंग का योजनाबद्ध आरेख:

1 - डायाफ्राम; 2 - किरणों के प्रवेश का स्थान;

3 - नमूना: 4 - वह स्थान जहाँ से किरणें निकलती हैं;

5 - कैमरा बॉडी; 6 - (फोटोग्राफिक फिल्म)

जब विभिन्न झुकावों वाले कई छोटे क्रिस्टल वाले नमूने पर मोनोक्रोमैटिक किरणों का एक बीम होता है, तो नमूने में हमेशा क्रिस्टल की एक ज्ञात संख्या होगी, जो इस तरह से स्थित होगी कि विमानों के कुछ समूह कोण q बनाएंगे। घटना बीम के साथ, जो प्रतिबिंब की शर्तों को संतुष्ट करता है।