Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն - ինչ է դա: Բյուրեղների ռենտգեն դիֆրակցիոն անալիզ և դիֆրակտոգրամների մեկնաբանում Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզ։

Եկեք դիտարկենք ևս մեկ մեթոդ պինդ մարմինների վերլուծության համար, որը նույնպես կապված է քվանտային ճառագայթման հետ, բայց գտնվում է սպեկտրի ավելի կարճ ալիքի երկարությամբ մասում: Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն(XRD) մարմինների կառուցվածքն ուսումնասիրելու մեթոդ է՝ օգտագործելով ռենտգենյան ճառագայթների ցրման երեւույթը։ Այս մեթոդը ներառում է նյութի կառուցվածքի ուսումնասիրություն՝ հիմնված ցրված ռենտգենյան ինտենսիվության տարածական բաշխման գնահատման վրա:

Քանի որ ռենտգենյան ճառագայթների ալիքի երկարությունը համեմատելի է ատոմի չափի և բյուրեղային մարմնի վանդակավոր հաստատունի հետ, երբ բյուրեղը ճառագայթվում է ռենտգենյան ճառագայթներով, կդիտվի դիֆրակցիոն օրինաչափություն, որը կախված է X-ի ալիքի երկարությունից: օգտագործվող ճառագայթները և օբյեկտի կառուցվածքը: Ատոմի կառուցվածքն ուսումնասիրելու համար օգտագործվում է անգստրոմների միավորների կարգի ալիքի երկարությամբ ճառագայթում։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզով ուսումնասիրվում են մետաղները, համաձուլվածքները, հանքանյութերը, անօրգանական և օրգանական միացությունները, պոլիմերները, ամորֆ նյութերը, հեղուկներն ու գազերը, սպիտակուցի մոլեկուլները, նուկլեինաթթուները և այլն։Սա բյուրեղների կառուցվածքի որոշման հիմնական մեթոդն է։ Իրենց ուսումնասիրության մեջ RSA-ն տրամադրում է ամենահուսալի տեղեկատվությունը: Այս դեպքում կարելի է վերլուծել ոչ միայն սովորական միաբյուրեղային առարկաները, այլև ավելի քիչ դասավորված կառուցվածքները, ինչպիսիք են հեղուկները, ամորֆ մարմինները, հեղուկ բյուրեղները, բազմաբյուրեղները և այլն։

Բազմաթիվ արդեն վերծանված ատոմային կառուցվածքների հիման վրա լուծվում է նաև հակադարձ խնդիրը՝ ըստ բազմաբյուրեղ նյութի ռենտգենյան օրինաչափության, օրինակ՝ լեգիրված պողպատի, համաձուլվածքի, հանքաքարի, լուսնային հողի, հաստատվում է այս նյութի բյուրեղային կառուցվածքը։ , այսինքն, կատարվում է փուլային վերլուծություն:

Ռենտգենյան դիֆրակցիայի ընթացքում հետազոտվող նմուշը տեղադրվում է ռենտգենյան ճառագայթների վրա և գրանցվում է նյութի հետ ճառագայթների փոխազդեցությունից բխող դիֆրակցիոն օրինաչափությունը: Հաջորդ քայլը վերլուծությունն է

Բրինձ. 15.35.

դիֆրակցիոն օրինաչափություն և հաշվարկով հաստատվում է մասնիկների փոխադարձ դասավորությունը տարածության մեջ, որն առաջացրել է այս օրինաչափության տեսքը։ Նկար 15.35-ը ցույց է տալիս վերլուծական սարքավորման լուսանկարը, որն իրականացնում է ռենտգենյան դիֆրակցիոն մեթոդը:

Բյուրեղային նյութերի ռենտգեն դիֆրակցիոն անալիզը կատարվում է երկու փուլով. Առաջինը բյուրեղի միավոր բջջի չափերի, միավոր բջջում մասնիկների (ատոմների, մոլեկուլների) քանակի և մասնիկների դասավորվածության համաչափության (այսպես կոչված տիեզերական խումբ) որոշումն է։ Այս տվյալները ստացվում են դիֆրակցիոն գագաթների դասավորության երկրաչափության վերլուծությամբ։

Երկրորդ փուլը միավոր բջջի ներսում էլեկտրոնային խտության հաշվարկն է և ատոմների կոորդինատների որոշումը, որոնք նույնացվում են էլեկտրոնային խտության առավելագույն դիրքի հետ։ Նման տվյալներ են ստացվում դիֆրակցիոն գագաթների ինտենսիվությունը չափելով։

Գոյություն ունեն դիֆրակցիոն օրինաչափություն ստանալու և գրանցելու տարբեր փորձարարական մեթոդներ։ Ցանկացած մեթոդի դեպքում կա ռենտգեն աղբյուր, ռենտգենյան ճառագայթների նեղ ճառագայթը բաժանելու համակարգ, ճառագայթի առանցքի նկատմամբ նմուշը ամրացնելու և կողմնորոշելու սարք և նմուշով ցրված ճառագայթման ընդունիչ: Ստացողը լուսանկարչական թաղանթ է կամ ռենտգենյան քվանտների իոնացման կամ ցինտիլացիոն հաշվիչներ կամ տեղեկատվության ամրագրման այլ սարք: Հաշվիչների օգտագործմամբ գրանցման մեթոդը (դիֆրակտոմետրիկ) ապահովում է գրանցված ճառագայթման ինտենսիվության որոշման ամենաբարձր ճշգրտությունը:

Բյուրեղների ռենտգեն պատկերման հիմնական մեթոդներն են.

• Laue մեթոդ;
• փոշի մեթոդ (debyegram մեթոդ);
• ռոտացիայի մեթոդը և դրա տատանումները՝ ճոճանակի մեթոդը:

Կրակելիս Laue մեթոդոչ միագույն ճառագայթման ճառագայթը ընկնում է մեկ բյուրեղյա նմուշի վրա (նկ. 15.36, Ա).Շեղել միայն այն ճառագայթները, որոնց ալիքի երկարությունը բավարարում է Վուլֆ-Բրագգի պայմանը։ Նրանք ձևավորում են դիֆրակցիոն բծեր Lauegram(Նկար 15.36, բ)որոնք գտնվում են էլիպսների, հիպերբոլաների և ուղիղ գծերի երկայնքով, որոնք անպայման անցնում են տեղում առաջնային ճառագայթից: Lauegram-ի կարևոր հատկությունն այն է, որ բյուրեղի համապատասխան կողմնորոշմամբ այս կորերի դասավորության համաչափությունն արտացոլում է բյուրեղի համաչափությունը։

Բրինձ. 15.36. Ռենտգեն հետազոտություն ըստ Laue մեթոդի. Ա -ճառագայթման սխեման. բ- տիպիկ Lauegram; / - ռենտգենյան ճառագայթ; 2 - կոլիմատոր; 3 - նմուշ; 4 - ցրված ճառագայթներ; 5 - հարթ ֆիլմ

Լաուեի նախշերի վրա բծերի բնույթով կարելի է բացահայտել ներքին սթրեսները և բյուրեղային կառուցվածքի այլ թերություններ: Առանձին բծերի ինդեքսավորումը դժվար է։ Հետևաբար, Laue մեթոդը օգտագործվում է բացառապես բյուրեղի ցանկալի կողմնորոշումը գտնելու և դրա համաչափության տարրերը որոշելու համար։ Այս մեթոդը ստուգում է միայնակ բյուրեղների որակը ավելի ամբողջական կառուցվածքային ուսումնասիրության համար նմուշ ընտրելիս:

Օգտագործելով փոշի մեթոդ(նկ. 15.37, Ա), ինչպես նաև ստորև նկարագրված ռենտգենյան պատկերման մեթոդներում օգտագործվում է մոնոխրոմատիկ ճառագայթում։ Փոփոխական պարամետրը անկման 0 անկյունն է, քանի որ պոլիբյուրեղային փոշու նմուշում միշտ առկա են առաջնային ճառագայթի ուղղության նկատմամբ ցանկացած կողմնորոշման բյուրեղներ:

Բրինձ. 15.37. Ռենտգեն փոշի մեթոդ. Ա- մեթոդի սխեման; բ- բնորոշ փոշու ռադիոգրաֆիա (դեբեյգրամներ); 1 - առաջնային ճառագայթ; 2- փոշի կամ պոլիբյուրեղային նմուշ; 3 - դիֆրակցիոն կոններ

Ճառագայթներ բոլոր բյուրեղներից, որոնցում որոշ միջպլանային հեռավորություններ ունեցող հարթություններ դհկջգտնվում են «արտացոլող դիրքում», այսինքն՝ բավարարում են Վուլֆ-Բրագգի պայմանը, առաջնային փնջի շուրջ կազմում են կոն՝ 40 ° ռաստերային անկյունով։

Յուրաքանչյուրին duktհամապատասխանում է նրա դիֆրակցիոն կոնին։ Ցրված ռենտգենյան ճառագայթների յուրաքանչյուր կոնի խաչմերուկը գլանաձև փաթաթված լուսանկարչական թաղանթի հետ, որի առանցքը անցնում է նմուշի միջով, հանգեցնում է դրա վրա երևացող հետքերի, որոնք նման են կամարների, որոնք գտնվում են սիմետրիկորեն: դեպի առաջնային ճառագայթ (նկ. 15.37, բ).Իմանալով սիմետրիկ «աղեղների» միջև եղած հեռավորությունները՝ կարելի է հաշվել համապատասխան միջպլանային հեռավորությունները. դբյուրեղի մեջ:

Ժամանակակից սարքերում գլանաձև մակերևույթի վրա գլորված թաղանթի փոխարեն օգտագործվում է փոքր բացվածքով և ընդունող պատուհանի տարածքով սենսոր, որը դիսկրետ կերպով շարժվում է գլանաձև մակերևույթի երկայնքով՝ հեռացնելով. դիֆրակտոգրամ.

Փոշու մեթոդը ամենապարզն է և ամենահարմարը փորձարարական տեխնիկայի առումով, բայց միակ տեղեկատվությունը, որը տալիս է` միջպլանային հեռավորությունների ընտրությունը, թույլ է տալիս վերծանել միայն ամենապարզ կառուցվածքները:

IN ռոտացիայի մեթոդփոփոխական պարամետրը անկյունն է 0: Նկարահանումը կատարվում է գլանաձև թաղանթի վրա: Լուսավորման ողջ ընթացքում բյուրեղը հավասարաչափ պտտվում է առանցքի շուրջ, որը համընկնում է որոշ կարևոր բյուրեղագրական ուղղության և թաղանթի կողմից ձևավորված գլանների առանցքի հետ: Դիֆրակցիոն ճառագայթները շարժվում են կոնների գեներատորներով, որոնք թաղանթի հետ հատվելիս տալիս են բծերից բաղկացած գծեր։ (շերտի գծեր):

Պտտման մեթոդը ավելի շատ տեղեկատվություն է տալիս, քան փոշի մեթոդը: Շերտերի գծերի միջև եղած հեռավորություններից կարելի է հաշվել բյուրեղային պտտման առանցքի ուղղությամբ վանդակավոր շրջանը։

Այս մեթոդը հեշտացնում է ռադիոգրաֆիկ բծերի նույնականացումը: Այսպիսով, եթե բյուրեղը պտտվում է ցանցի առանցքի շուրջ, ապա առաջնային ճառագայթի հետքով անցնող գծի բոլոր կետերը ունեն ինդեքսներ (A, Դեպի, ՄԱՍԻՆ),հարակից շերտերի գծերի վրա - համապատասխանաբար (A, k, ես)և (A, A, Ես)Այնուամենայնիվ, պտտման մեթոդը չի տալիս բոլոր հնարավոր տեղեկությունները, քանի որ հայտնի չէ, թե պտտման առանցքի շուրջ բյուրեղի պտտման որ անկյան տակ է ձևավորվել այս կամ այն ​​դիֆրակցիոն կետը:

Ուսումնասիրելիս ճոճանակի մեթոդ,որը ռոտացիայի մեթոդի տարբերակն է, նմուշը չի ավարտում ամբողջական պտույտը, այլ «տատանվում» է նույն առանցքի շուրջ փոքր անկյունային ընդմիջումով։ Սա հեշտացնում է բծերի ինդեքսավորումը, քանի որ հնարավորություն է տալիս ստանալ մասերի ռենտգենյան պտույտ և ճոճվող միջակայքի ճշգրտությամբ որոշել բյուրեղի պտտման ինչ անկյան տակ դեպի առաջնային ճառագայթը յուրաքանչյուր դիֆրակցիոն կետ: հայտնվել է.

Էլ ավելի ամբողջական տեղեկատվություն է տրվում ռենտգենյան գոնիոմետր մեթոդներով։ Ռենտգենյան գոնիոմետր- Սա սարք է, որը միաժամանակ գրանցում է հետազոտվող նմուշի վրա ցրված ռենտգենյան ճառագայթների ուղղությունը և նմուշի դիրքը դիֆրակցիայի առաջացման պահին:

Այս մեթոդներից մեկն է Վայսենբերգի մեթոդ- ռոտացիոն մեթոդի հետագա զարգացումն է: Ի տարբերություն վերջինիս, Վայսենբերգի ռենտգենյան գոնիոմետրում բոլոր դիֆրակցիոն կոնները, բացառությամբ մեկի, ծածկված են գլանաձև էկրանով, իսկ մնացած դիֆրակցիոն կոնի բծերը «բացված» են լուսանկարչական ամբողջ տարածքում։ ֆիլմը բյուրեղի պտտման հետ համաժամանակյա փոխադարձ առանցքային շարժումով: Սա հնարավորություն է տալիս որոշել, թե բյուրեղի որ կողմնորոշմամբ է հայտնվել յուրաքանչյուր բծը: վայսենբերգոգրամներ.

Կան հետազոտության այլ մեթոդներ, որոնք օգտագործում են նմուշի և ֆիլմի միաժամանակյա շարժումը: Դրանցից ամենակարեւորներն են փոխադարձ վանդակավոր լուսանկարչության մեթոդԵվ Բուրգերի պրեցեսիոն մեթոդ.Այս դեպքում օգտագործվում է դիֆրակցիոն օրինաչափության լուսանկարչական գրանցում։ Ռենտգենյան դիֆրակտոմետրում հնարավոր է ուղղակիորեն չափել դիֆրակցիոն անդրադարձումների ինտենսիվությունը՝ օգտագործելով համամասնական, ցինտիլացիոն և ռենտգենյան ճառագայթների ֆոտոնների այլ հաշվիչներ։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը հնարավորություն է տալիս պարզել բյուրեղային նյութերի կառուցվածքը, ներառյալ այնպիսի բարդ նյութերը, ինչպիսիք են կենսաբանական առարկաները, կոորդինացիոն միացությունները և այլն զանգվածը հայտնի խտությամբ կամ խտությամբ հայտնի մոլեկուլային քաշով, մոլեկուլների և մոլեկուլային իոնների համաչափություն և կոնֆիգուրացիա:

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը օգտագործվում է նաև պոլիմերների, ամորֆ և հեղուկ մարմինների բյուրեղային վիճակն ուսումնասիրելու համար։ Նման նմուշների ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունները պարունակում են մի քանի լղոզված դիֆրակցիոն օղակներ, որոնց ինտենսիվությունը կտրուկ նվազում է անկման անկյան 0-ի աճով: Ելնելով այս օղակների լայնությունից, ձևից և ինտենսիվությունից՝ եզրակացություն է արվում կարճի առանձնահատկությունների մասին: -հեղուկ կամ ամորֆ կառուցվածքում միջակայքի կարգը.

Ռենտգենյան ճառագայթների կիրառման կարևոր բնագավառ է մետաղների և համաձուլվածքների ռադիոգրաֆիան, որը դարձել է գիտության առանձին ճյուղ։ Ռադիոգրաֆիան, ամբողջական կամ մասնակի RSA-ի հետ մեկտեղ, ներառում է նաև ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործման այլ մեթոդներ. ռենտգենյան թերությունների հայտնաբերում(կիսաթափանցիկություն), Ռենտգեն սպեկտրալ անալիզ, ռենտգեն մանրադիտակև այլն։

Մաքուր մետաղների և բազմաթիվ համաձուլվածքների կառուցվածքի որոշում XRD-ի հիման վրա ( համաձուլվածքների բյուրեղային քիմիա)- մետաղագործության առաջատար ճյուղերից մեկը։ Մետաղական համաձուլվածքների ոչ մի վիճակի դիագրամ չի կարող հուսալիորեն հաստատված համարվել, եթե այդ համաձուլվածքները չեն ուսումնասիրվել XRD մեթոդներով: Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը հնարավորություն է տվել խորապես ուսումնասիրել մետաղների և համաձուլվածքների կառուցվածքային փոփոխությունները դրանց պլաստիկ և ջերմային մշակման ընթացքում:

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն մեթոդը նույնպես սահմանափակումներ ունի. Ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիոն ամբողջական վերլուծություն կատարելու համար անհրաժեշտ է, որ նյութը լավ բյուրեղանա կայուն բյուրեղների առաջացմամբ: Երբեմն անհրաժեշտ է լինում ուսումնասիրություններ կատարել բարձր կամ ցածր ջերմաստիճաններում։ Սա մեծապես բարդացնում է փորձը:

Ամբողջական ուսումնասիրությունը շատ աշխատատար է, ժամանակատար և ներառում է մեծ քանակությամբ հաշվողական աշխատանք: Միջին բարդության ատոմային կառուցվածք ստեղծելու համար (-50-100 ատոմ միավոր բջջում) անհրաժեշտ է չափել մի քանի հարյուր և նույնիսկ հազարավոր դիֆրակցիոն արտացոլումների ինտենսիվությունը։ Այս տքնաջան աշխատանքը կատարվում է ավտոմատ միկրոդենսիտոմետրերի և ԱՀ-ով կառավարվող դիֆրակտոմետրերի միջոցով, երբեմն մի քանի շաբաթ կամ նույնիսկ ամիսներ շարունակ (օրինակ՝ սպիտակուցային կառուցվածքների վերլուծության ժամանակ, երբ արտացոլումների թիվը հասնում է հարյուր հազարների):

Այս առումով մշակվել և լայնորեն կիրառվում են SAR խնդիրների լուծման համար մասնագիտացված ծրագրային փաթեթներ, որոնք հնարավորություն են տալիս ավտոմատացնել չափումների և դրանց արդյունքների մեկնաբանման գործընթացը: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ համակարգչային տեխնիկայի ներգրավմամբ, կառուցվածքի որոշումը մնում է դժվար:

Դիֆրակտոմետրում մի քանի հաշվիչների օգտագործումը, որոնք զուգահեռ արձանագրում են արտացոլումները, հնարավորություն է տալիս կրճատել փորձի ժամանակը։ Դիֆրակտոմետրիկ չափումները զգայունությամբ և ճշգրտությամբ գերազանցում են ֆոտոգրառմանը, ինչը հնարավորություն է տալիս որոշել մոլեկուլների կառուցվածքը և բյուրեղներում մոլեկուլների փոխազդեցության ընդհանուր բնույթը:

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն հետազոտությունը միշտ չէ, որ հնարավորություն է տալիս հուսալիության պահանջվող աստիճանով դատել մոլեկուլի ներսում քիմիական կապերի բնույթի տարբերությունները, քանի որ կապի երկարությունների և կապի անկյունների որոշման ճշգրտությունը հաճախ անբավարար է: Մեթոդի լուրջ սահմանափակում է նաև թեթև ատոմների և հատկապես ջրածնի ատոմների դիրքերը որոշելու դժվարությունը։

Ռուսաստանի Դաշնության կրթության և գիտության նախարարություն

Բարձրագույն մասնագիտական ​​կրթության դաշնային պետական ​​բյուջետային ուսումնական հաստատություն

Կուբանի պետական ​​համալսարան

ֆիզիկատեխնիկական ֆակուլտետ

Ֆիզիկայի և տեղեկատվական տեխնոլոգիաների բաժին

Ուղղություն 03.03.02 Ֆիզիկա

ԴԱՍԸՆԹԱՑ ԱՇԽԱՏԱՆՔ

Բյուրեղների ռենտգեն դիֆրակցիոն վերլուծություն և դիֆրակցիոն օրինաչափությունների մեկնաբանություն

Ավարտել է Պուրունովա Ա.Մ.

2-րդ կուրսի ուսանող

Ղեկավար Skachedub A.V.

Կրասնոդար 2015թ

Վերացական

Դասընթաց 33 էջ, 11 նկար, 16 բանաձև, 10 աղբյուր:

ՀիմնաբառերԲանալի բառեր՝ ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզ, դիֆրակտոգրամներ, ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի մեթոդներ, բյուրեղներ, ճառագայթում:

Ուսումնասիրության օբյեկտԲյուրեղների ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության ուսումնասիրություն

Ուսումնասիրության առարկա.Բյուրեղյա

Հետազոտության մեթոդներ.Տեսականորեն տիրապետում են ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության և դիֆրակցիոն օրինաչափությունների մեկնաբանման երեք մեթոդներին

Դասընթացի աշխատանքի նպատակը.Ստացեք տեսական գիտելիքներ բյուրեղների հետազոտման մեթոդների մասին

Դասընթացի աշխատանքի նպատակներն են.

Ուսումնասիրել գիտական ​​գրականությունը բյուրեղների ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության և դիֆրակցիոն օրինաչափությունների մեկնաբանման թեմայով

Եզրակացություններ.Տիրապետել է բյուրեղների ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծությանը և սովորել դիֆրակցիոն օրինաչափությունների վերծանման մեթոդները

Առաջարկներ.Առաջարկվել են բյուրեղների վերլուծության երեք մեթոդներ.

Ներածություն

1. Պատմական նախադրյալներ

Ռենտգենյան ճառագայթների ստացում և հատկություններ

3. Ռենտգենյան ճառագայթների փոխազդեցության տեսակները նյութի հետ

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության մեթոդներ

Ռենտգեն փուլային վերլուծություն

6. Փոխադարձ վանդակը լուսանկարելու մեթոդ

7. Օգտագործելով ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի արդյունքները ատոմների կոորդինատները որոշելու համար

8. Սարքի ֆունկցիոնալ դիագրամը և բյուրեղների ձևավորման սկզբունքը

Եզրակացություն

Մատենագիտություն

ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը նյութի կառուցվածքի ուսումնասիրման դիֆրակցիոն մեթոդներից է, որը հիմնված է վերլուծվող օբյեկտի վրա ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիայի վրա (եռաչափ բյուրեղային ցանց): Հետազոտության ընթացքում ստացված դիֆրակցիոն օրինաչափությունն ուղղակիորեն կախված է ռենտգենյան ճառագայթների ալիքի երկարությունից, ինչպես նաև օբյեկտի կառուցվածքից։

Կան անալիզի տարբեր մեթոդներ, որոնք օգտագործվում են մետաղների, անօրգանական և օրգանական միացությունների, համաձուլվածքների, պոլիմերների, հանքանյութերի, հեղուկների և գազերի, բյուրեղների և այլնի ուսումնասիրության համար։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը (այսուհետ՝ ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն) բյուրեղի ատոմային կառուցվածքի որոշման հիմնական մեթոդն է, որը ներառում է միավոր բջջի տիեզերական խումբը, դրա ձևն ու չափը և որոշում է բյուրեղի սիմետրիկ խումբը։ բյուրեղը. Նաև շնորհիվ այն բանի, որ մեծ թվով ատոմային կառուցվածքներ արդեն վերծանվել են, հնարավոր է հաստատել նյութերի բյուրեղային բաղադրությունը, այսինքն՝ կատարել ֆազային անալիզ։

Ռենտգենյան ճառագայթումը չի գրգռվում ուսումնասիրված նմուշում ռենտգեն դիֆրակցիոն վերլուծության ժամանակ (եթե նմուշը կառուցվածքային ուսումնասիրությունների ժամանակ լյումինեսցենտ ճառագայթում է արձակում, ապա այդ ազդեցությունը կողմնակի, վնասակար ազդեցություն է): Ռենտգենյան ճառագայթների արտանետվող ռենտգենյան ճառագայթները ցրվում են հետազոտվող նմուշի բյուրեղային ցանցով: Այնուհետև կատարվում է դիֆրակցիոն օրինաչափության վերլուծություն և հաշվարկների միջոցով հաստատվում է մասնիկների փոխադարձ դասավորությունը տարածության մեջ, որն էլ առաջացրել է այս օրինաչափության տեսքը։

Բյուրեղների XRD-ի երեք սկզբունքորեն տարբեր մեթոդներ կան.

Պտտման մեթոդ (օգտագործվում է մոնոխրոմատիկ ճառագայթում)

Փոշի մեթոդ (միագույն ճառագայթման օգտագործմամբ)

Laue մեթոդը (օգտագործվում է սպիտակ ռենտգենյան սպեկտր):

Պտտման մեթոդը սովորաբար բաժանվում է երկու տեսակի՝ ռոտացիոն (ճոճվող) մեթոդ և ռենտգենյան գոնիոմետրիկ մեթոդ։

Սովորեք RSA;

Վերլուծեք դիֆրակտոգրամների մեկնաբանությունը:

Աշխատանքի կառուցվածքը բաղկացած է ներածությունից, 8 գլուխներից, եզրակացությունից և հղումների ցանկից։

1. Պատմական նախադրյալներ

1912 թվականին գերմանացի ֆիզիկոսներ Մ.Լաուեն, Վ.Ֆրիդրիխը և Պ.Նիպինգը հայտնաբերեցին ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիան բյուրեղների վրա։ Նրանք ռենտգենյան ճառագայթների նեղ ճառագայթ ուղղեցին բյուրեղի վրա և բյուրեղի հետևում տեղադրված լուսանկարչական ափսեի վրա գրանցեցին դիֆրակցիոն օրինաչափություն: Այն բաղկացած էր մեծ թվով բծերից, որոնք պարբերաբար տեղակայվում էին։ Յուրաքանչյուր կետ բյուրեղով ցրված դիֆրակցիոն ճառագայթի հետք է: Այս ռադիոգրաֆիան կոչվում է Lauegram (Նկար 1):

Նկար 1 - բերիլային բյուրեղի լաուոգրամ՝ վերցված 2-րդ կարգի սիմետրիայի առանցքի երկայնքով

Բյուրեղներով ռենտգենյան դիֆրակցիայի այս տեսությունը հնարավորություն տվեց կապել ալիքի երկարությունը ճառագայթում, բյուրեղային տարրական բջիջների պարամետրեր a,b,c, անկման անկյուններ ( α 0,β 0,γ 0) և դիֆրակցիա ( α 0,β 0,γ 0) ճառագայթներն ըստ հարաբերակցության.

ա (cosα-cosα 0) = hλ(cosβ-cosβ 0) = կլ (1)

հետ ( cosγ -cosγ 0) = lλ ,

որտեղ h, k, l-ն ամբողջ թվեր են (Միլլերի ինդեքսներ): Որպեսզի դիֆրակցիոն ճառագայթ առաջանա, անհրաժեշտ է, որ (1) պայմանը բավարարվի, այսինքն՝ զուգահեռ ճառագայթների ուղու տարբերությունը այն ճառագայթների միջև, որոնք ցրված են հարևան վանդակավոր տեղամասերին համապատասխանող ատոմով, պետք է հավասար լինի ամբողջ թվի։ ալիքի երկարությունների.

1913 թվականին Վ.Լ. Բրեգը և Գ.Վ. Վուլֆը ցույց տվեց, որ դիֆրակցիոն ճառագայթներից որևէ մեկը կարելի է համարել որպես բյուրեղագրական հարթությունների համակարգերից մեկի ընկնող ճառագայթի արտացոլում։ Որպես մեթոդ, PCA-ն մշակվել է Debye-ի և Scherrer-ի կողմից:

2. Ռենտգենյան ճառագայթների ստացում և հատկություններ

Ռենտգեն ստանալու համար օգտագործվում են հատուկ վակուումային սարքեր՝ ռենտգենյան խողովակներ։ Ռենտգենյան ճառագայթումը տեղի է ունենում ռենտգենյան խողովակի անոդում, երբ այն ռմբակոծվում է արագացված էլեկտրոնների ճառագայթով, իսկ արագացնող լարումը պետք է լինի 10-70 կիլովոլտ (կառուցվածքային վերլուծության մեջ օգտագործվող արագացնող լարումը հենց այս միջակայքում է): Բարձր լարումը ստացվում է բարձր լարման տրանսֆորմատորների միջոցով։ Շատ ռենտգենյան մեքենաների սխեմաները պարունակում են բարձր լարման կոնդենսատորներ, որոնք հնարավորություն են տալիս խողովակին մատակարարել լարում, որը երկու անգամ գերազանցում է տրանսֆորմատորի երկրորդական ոլորուն լարումը: Որոշ սխեմաներ պարունակում են կենոտրոններ (հզոր վակուումային դիոդներ), որոնք հեռացնում են ռենտգենյան խողովակից հոսանքը ուղղելու գործառույթը։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության ժամանակակից կայանքները հագեցած են նաև ֆերռեզոնանսային կայունացուցիչներով և ցանցի լարման ուղղիչներով, ռենտգենյան խողովակի թելի հոսանքի էլեկտրոնային կայունացուցիչներով:

Նմուշով ցրված ճառագայթման գրանցումը կարող է իրականացվել ինչպես թաղանթի վրա, այնպես էլ իոնացման մեթոդներով:

Որոշ ռենտգենյան մեքենաների սխեմատիկ դիագրամները ներկայացված են Նկար 2-6-ում:

Նկար 2 - Սարքի 1-ի սխեմատիկ դիագրամ

Նկար 3 - 2, 3 սարքերի սխեմատիկ դիագրամներ

Նկար 4 - 4, 5 սարքերի սխեմատիկ դիագրամներ

Ռենտգենյան խողովակի անոդից դուրս եկող ռենտգենյան ճառագայթների սպեկտրի արտաքին տեսքը բավականին բարդ է (տես նկ. 5) և կախված է անոդի նյութից, անոդային հոսանքի մեծությունից և խողովակի լարումից: Ցածր լարման դեպքում (վերևից սահմանափակված յուրաքանչյուր նյութի համար որոշված ​​արժեքով), խողովակը առաջացնում է ռենտգենյան ճառագայթների միայն շարունակական սպեկտր: Այս սպեկտրը, որը նաև կոչվում է «սպիտակ», շարունակական կամ bremsstrahlung, ունի ընդգծված ինտենսիվության առավելագույն և կարճ ալիքի երկարության սահման: Առավելագույն ինտենսիվության դիրք I մ և կարճ ալիքի սահմանը λ 0 չի փոխվում, երբ խողովակի միջով հոսանքը փոխվում է, այլ շարժվում է դեպի ավելի կարճ ալիքներ՝ խողովակի վրա աճող լարմամբ (Նկարներ 5.2, 5.3):

Լարման հետագա աճի դեպքում սպեկտրը կարող է արմատապես փոխվել (Նկար 5). շարունակական սպեկտրի ֆոնի վրա հայտնվում են այսպես կոչված «բնութագրական» ճառագայթման ինտենսիվ, սուր գծեր: Լարումը, որը պետք է կիրառվի խողովակի վրա՝ բնորոշ ճառագայթման գծեր ստանալու համար, կոչվում է այս գծի գրգռման ներուժ։

3. Ռենտգենյան ճառագայթների փոխազդեցության տեսակները նյութի հետ

Ռենտգենյան ճառագայթների առաջին հատկություններից մեկը, որը հայտնաբերվեց նրանց ուսումնասիրության ժամանակ, բարձր թափանցող ուժն էր: Իրոք, ռենտգենյան ճառագայթը փայլում է բազմաթիվ անթափանց (տեսանելի լույսի համար) օբյեկտների միջով: Այնուամենայնիվ, նյութի միջով անցած ճառագայթման ինտենսիվությունը պակաս է սկզբնական ճառագայթի ինտենսիվությունից: Նյութի կողմից ռենտգենյան ճառագայթների թուլացման մեխանիզմները տարբեր են ռենտգենյան սպեկտրի տարբեր մասերի և տարբեր ճառագայթվող նյութերի համար (Նկար 6):

Նկար 6 - նյութի կողմից ռենտգենյան ճառագայթների թուլացման մեխանիզմների դիագրամ

Վերոնշյալ դիագրամը ցույց է տալիս, թե որ ալիքներով է ծախսվում նյութի վրա ընկած ռենտգենյան ճառագայթի էներգիան։

Ռենտգենյան ճառագայթների ընդհանուր կամ ընդհանուր թուլացումը իրական կլանման և ցրման գումարն է: Իրական կլանումը համապատասխանում է էլեկտրամագնիսական դաշտի էներգիայի փոխակերպմանը էներգիայի այլ տեսակների (ֆոտոէլեկտրոնների կինետիկ էներգիա) կամ երկրորդական (լյումինեսցենտային) ճառագայթման։ Ռենտգենյան ճառագայթները կարող են ցրվել համահունչ (առանց ալիքի երկարությունը փոխելու) կամ անկապ (Կոմպտոնի ցրում): լյումինեսցենտային ճառագայթման առաջացումը չպետք է դիտարկել որպես ցրման տեսակներից մեկը, քանի որ. այս դեպքում առաջնային ռենտգենյան ճառագայթման էներգիան ամբողջությամբ ծախսվում է ճառագայթվող նյութի ատոմների ներքին էներգիայի մակարդակների իոնացման վրա, ինչի արդյունքում առաջանում է ճառագայթվող նյութի ատոմների բնորոշ ճառագայթումը։ Առաջնային ճառագայթի սկզբնական ռենտգեն ճառագայթումը ամբողջությամբ կլանում է այս նյութը: Կարելի է ասել, որ կոհերենտ կլանման ժամանակ առաջնային ճառագայթման քվանտը անհետանում է, իսկ ցրման ժամանակ փոխում է իր ուղղությունը։

4. Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի մեթոդներ

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության մեջ օգտագործվում է երեք մեթոդ՝ հաղթահարելու այնպիսի դժվարություն, ինչպիսին է մոնոխրոմատիկ ճառագայթման մեջ իդեալական անշարժ բյուրեղից արտացոլումների բացակայությունը։

Lauegram մեթոդ

Laue մեթոդը կիրառվում է միայնակ բյուրեղների վրա: Նմուշը ճառագայթվում է շարունակական սպեկտրով ճառագայթով, ճառագայթի և բյուրեղի փոխադարձ կողմնորոշումը չի փոխվում։ Ցրված ճառագայթման անկյունային բաշխումն ունի առանձին դիֆրակցիոն բծերի ձև (Lauegram)։ Սխեման ներկայացված է Նկար 7-ում:

Նկար 7 - Laue մեթոդի սխեման

Այս մեթոդը չի կարող օգտագործվել ցանցի հաստատունները որոշելու համար: Մասնավորապես, այն օգտագործվում է միայնակ բյուրեղներին կողմնորոշելու և մեկ բյուրեղների կատարելությունը չափի և ռենտգենյան օրինաչափության վրա կետերի ճիշտ տեղադրության առումով վերլուծելու համար:

Պտտվող կամ ճոճվող բյուրեղային մեթոդ

Պտտվող կամ ճոճվող բյուրեղների մեթոդը ներկայացված է Նկար 8-ում:

Նկար 8 - Էվալդի կառուցումը ճոճվող բյուրեղային մեթոդի համար

Սև կետեր - փոխադարձ ցանցի հանգույցներ, երբ բյուրեղը անշարժ է, պայծառ կետեր - փոխադարձ ցանցի հանգույցներ, երբ բյուրեղի պտտման ժամանակ հարվածում են Էվալդի ոլորտին:

Ի տարբերություն Lauegram մեթոդի, այստեղ օգտագործվում է մոնոխրոմատիկ ճառագայթում (հաշվի ենք առնում, որ Ewald ոլորտի շառավիղը հաստատուն է), և փոխադարձ ցանցի կետերը հարվածում են այս ոլորտին ուղիղ և փոխադարձ ցանցերի պտույտով (պտույտներով): նմուշը։ Այս մեթոդը ավելի քիչ հարմար է կողմնորոշվելու համար:

Փոշու մեթոդ

Փոշու մեթոդը (debyegram մեթոդ) հիմնված է պոլիբյուրեղների կամ միաբյուրեղներից պատրաստված նուրբ փոշիների օգտագործման վրա՝ որպես նմուշներ: Այն առաջարկվել է 1916 թվականին Դիբայի և Շերերի կողմից։ Այն լայնորեն կիրառվում է բյուրեղների կառուցվածքը որոշելու համար։

Նկար 9 - փոշի մեթոդ (debyegram մեթոդ).

ա - Էվալդի շինարարությունը; 1 - Էվալդ ոլորտի 2-ի հատման գծերը 3-ի հետ, որոնց վրա ընկած են B փոխադարձ վանդակավոր վեկտորների սկզբնական կետերը. բ - փորձի սխեման. 4 - ճառագայթման աղբյուր (ռենտգենյան խողովակ), 5 - նմուշ, 6 - լուսանկարչական ֆիլմ; գ - փաթաթված ֆիլմ

Այս մեթոդով իրականում օգտագործված չափերի նմուշները պարունակում են ավելի քան ~ 108 մասնիկները, բյուրեղագրական առանցքների կողմնորոշումը, որոնցում քիչ թե շատ հավասարաչափ բաշխված են բոլոր ուղղություններով։ Մենք գծելու ենք այս մասնիկների փոխադարձ վանդակավոր վեկտորները, որպեսզի դրանց վերջնակետերը համընկնեն (Նկար 8, ա): Այնուհետև դրանց սկզբնական կետերը կգտնվեն B շառավղով մի գնդիկի վրա: Եվ քանի որ ռենտգենյան վերլուծության մեջ օգտագործվող ճառագայթման հարաբերական գծի լայնությունը (այսինքն ∂k/k) կազմում է ~10 -4, ապա այս շրջանագծի գրեթե բոլոր կետերը կլինեն ցրված ճառագայթման ալիքային վեկտորների սկզբնական կետերը k. 2. Փոխադարձ ցանցի մյուս վեկտորները (դրանցից մեկը ցույց է տրված Նկար 8ա - բ »-ում) կտան հատման այլ շրջաններ Էվալդի ոլորտի և ցրված ճառագայթման այլ վեկտորների հետ: 2".

Փորձի սխեման ներկայացված է Նկար 8b-ում, իսկ բացված ռենտգեն ֆիլմը՝ Նկար 8c-ում: Այս թաղանթի վրա կհայտնվեն տարբեր շառավիղների կամարներ, դրանք թույլ են տալիս գտնել փոխադարձ վանդակավոր վեկտորները և գտնել ցանցի հաստատունը։

. Ռենտգեն փուլային վերլուծություն

Ռենտգեն փուլային վերլուծությունը հաճախ կոչվում է նաև նյութի նույնականացում: Նույնականացման նպատակն է հաստատել նմուշի փուլային կազմը, այսինքն. «Ի՞նչ բյուրեղային փուլեր կան այս նմուշում» հարցի պատասխանը։

Ռենտգենյան փուլային վերլուծության հիմնարար հնարավորությունը հիմնված է այն փաստի վրա, որ յուրաքանչյուր բյուրեղային նյութ ունի իր (և միայն այն) միջպլանային հեռավորությունները. և, հետևաբար, գնդերի «պատշաճ» շարք, որը բնակեցված է փոխադարձ վանդակավոր տեղամասերով: Այս սկզբունքի համաձայն, յուրաքանչյուր բյուրեղի ռենտգենյան պատկերը խիստ անհատական ​​է: Նույն նյութի պոլիմորֆ մոդիֆիկացիաները կտան տարբեր ռադիոգրաֆիա:

Վերջին դրույթը օգնում է հասկանալ փուլային վերլուծության և վերլուծության բոլոր այլ տեսակների միջև հիմնարար տարբերությունը (քիմիական, սպեկտրալ). . Օգտագործելով փուլային անալիզ, կարելի է որոշել նմուշի քիմիական բաղադրությունը. հակառակը միշտ չէ, որ հնարավոր է:

Ռենտգեն ֆազային անալիզն անփոխարինելի է նույն նյութի մոդիֆիկացիաների խառնուրդների վերլուծության, պինդ լուծույթների և ընդհանրապես վիճակների դիագրամների ուսումնասիրության ժամանակ։

Մեթոդի զգայունությունը ցածր է: Սովորաբար խառնուրդի մեջ առկա փուլերը որոշակի քանակությամբ<1%, уже не могут быть обнаружены рентгеновским методом. К тому же чувствительность метода зависит от состава пробы.

Մեկ փուլի հայտնաբերումը մյուսում կախված է բազմաթիվ հանգամանքներից՝ նմուշի բաղադրիչների ատոմային թվերից, բյուրեղների միավոր բջջի չափից և համաչափությունից, բոլոր բաղկացուցիչ փուլերի ցրման և կլանման կարողություններից: Որքան մեծ է ցրման հզորությունը և որքան ցածր է ատոմների կլանման գործակիցը, որոնք կազմում են փուլի ցանցը, այնքան քիչ է այս փուլի քանակությունը հայտնաբերել: Բայց որքան ցածր է ուսումնասիրվող նյութի բյուրեղային ցանցի համաչափությունը, այնքան այն ավելի շատ է անհրաժեշտ հայտնաբերման համար։ Վերջինս պայմանավորված է նրանով, որ համաչափության նվազումը հանգեցնում է ռենտգենյան օրինաչափության գծերի քանակի ավելացմանը։ Այս դեպքում ինտեգրված ճառագայթման ինտենսիվությունը բաշխվում է ավելի մեծ թվով գծերի վրա, և դրանցից յուրաքանչյուրի ինտենսիվությունը նվազում է: Այլ կերպ ասած, համաչափության իջեցումը հանգեցնում է այս հարթությունների կրկնելիության գործոնի նվազմանը . Օրինակ՝ խորանարդային համաչափությամբ բյուրեղյա վանդակում , իսկ տրիկլինիկ սինգոնիայում այն ​​ընդամենը 2 է: Եվ .

Մեթոդի զգայունությունը որոշող կարևոր գործոն է ուսումնասիրվող նյութի բյուրեղների չափը. որքան փոքր են բյուրեղները (L 10-6սմ), որքան մեծ է միջամտության գծերի լղոզումը, և փոքր քանակությամբ փուլի դեպքում լղոզված գծերը կարող են միաձուլվել ֆոնի հետ:

Մեթոդի զգայունությունը զգալիորեն մեծանում է ռենտգենյան լուսանկարչության դեպքում մոնոխրոմատիկ ճառագայթման մեջ, քանի որ monochromatization-ը հանգեցնում է ֆոնային մակարդակի կտրուկ նվազմանը: Պետք է հիշել, որ մոնոխրոմատորների օգտագործումը ենթադրում է ազդեցության զգալի աճ: Դուք կարող եք բարձրացնել զգայունությունը ճառագայթների հմուտ ընտրությամբ, նկարահանման ռեժիմների միջոցով, օգտագործելով ժամանակակից սարքավորումներ (դիֆրակտոմետրեր): Այնուամենայնիվ, ցանկացած նկարահանման պայմաններում զգայունության սահմանը սահմանվում է, առաջին հերթին, հենց նմուշի կողմից. դրա կազմը և կառուցվածքային վիճակը:

Փուլային վերլուծության մեթոդները հիմնված են այն փաստի վրա, որ յուրաքանչյուր նյութ տալիս է միջամտության գծերի որոշակի շարք, որը անկախ է նմուշում առկա այլ նյութերից: Տվյալ փուլի գծերի ինտենսիվության հարաբերակցությունը չի փոխվում, թեև յուրաքանչյուր տողի ինտենսիվությունը համաչափ է նյութի մեջ փուլի պարունակությանը (եթե կլանումը անտեսվում է): Քանակական փուլային վերլուծությունը ներկայումս իրականացվում է հիմնականում դիֆրակտոմետրերի օգնությամբ, սակայն որոշ դեպքերում կիրառվում է նաև լուսանկարչական մեթոդը։ Մինչ այժմ մշակված քանակական փուլային վերլուծության բոլոր մեթոդները հիմնված են այն պատճառների վերացման կամ հաշվի վրա, որոնք առաջացնում են շեղում փուլային կոնցենտրացիայի և միջամտության գծի ինտենսիվության համաչափությունից, որով որոշվում է փուլային պարունակությունը: Եկեք համառոտ դիտարկենք քանակական փուլային վերլուծության մեթոդներից մի քանիսը:

Հոմոլոգ զույգերի մեթոդը մշակվել է Վ.Վ. Նեչվոլոդով, օգտագործվում է ցրված ճառագայթման լուսանկարչական գրանցման համար։ Այն չի պահանջում հղման նմուշի օգտագործում և կարող է օգտագործվել երկփուլ համակարգերի ուսումնասիրության համար, եթե որոշված ​​փուլի կլանման գործակիցը նկատելիորեն չի տարբերվում խառնուրդի կլանման գործակիցից:

Հոմոլոգ զույգ տողերի աղյուսակը հաշվարկվում է տեսականորեն կամ կազմվում է փորձարարական տվյալների հիման վրա։ Հոմոլոգ զույգեր հայտնաբերվում են խառնուրդների ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունների վրա՝ գտնելու համար զույգ գծեր, որոնք ունեն տարբեր սևացման խտություն և պատկանում են տարբեր փուլերի։ Իմանալով այս տողերի ինդեքսները՝ վերլուծված փուլի բովանդակությունը հայտնաբերվում է հոմոլոգ զույգերի աղյուսակից։

Ներքին ստանդարտ մեթոդը (խառնման մեթոդ) օգտագործվում է երկֆազային և բազմաֆազ խառնուրդների քանակական վերլուծության ժամանակ։ Հղման նյութի որոշակի քանակություն (10-20%) խառնվում է փորձարկվող նյութի փոշու մեջ, որի միջամտության գծերի հետ համեմատվում են ուսումնասիրվող փուլի գծերը։ Այս մեթոդը կարող է օգտագործվել դիֆրակցիոն օրինաչափության ինչպես լուսանկարչական, այնպես էլ իոնացման գրանցման համար: Հղման նյութը պետք է համապատասխանի հետևյալ պայմաններին.

ա) ստանդարտի տողերը չպետք է համընկնեն ուսումնասիրվող փուլի ուժեղ գծերի հետ.

բ) հղման նյութի զանգվածային կլանման գործակիցը պետք է մոտ լինի վերլուծված նմուշի կլանման գործակցին.

գ) բյուրեղների չափը պետք է լինի 5-25 մկմ:

Արտաքին ստանդարտ (անկախ ստանդարտ) մեթոդն օգտագործվում է, երբ փորձանմուշը չի կարող փոշիացվել: Այն նաև հաճախ օգտագործվում է նկարահանման պայմանները ստանդարտացնելու համար: Լուսանկարչական ձայնագրման մեթոդում բարակ փայլաթիթեղի տեսքով հղում նյութը սոսնձվում է նմուշի գլանաձև կամ հարթ մակերեսի վրա: Դիֆրակտոմետր օգտագործելիս փորձանմուշը պարունակող կյուվետի վրա դրվում է արտաքին ստանդարտ կամ պարբերաբար վերցվում է հղման նյութ: Վերլուծությունն իրականացվում է աստիճանավոր գրաֆիկի միջոցով, որը կառուցված է հղումային խառնուրդների վրա

(2)

Անկախ ստանդարտ մեթոդի սխալը փոքր է, առավել բարենպաստ դեպքերում այն ​​կազմում է 1,0-0,5%: Նպատակահարմար է օգտագործել արտաքին ստանդարտ մեթոդը, որտեղ պահանջվում են բարձր արտահայտչականությամբ սերիական ուսումնասիրություններ, և որտեղ վերլուծված նմուշներն ունեն որակապես միատարր և համեմատաբար հաստատուն քանակական կազմ:

Բարդ խառնուրդների սերիական վերլուծության համար նպատակահարմար է օգտագործել մասնագիտացված բազմալիք ռենտգենյան դիֆրակտոմետրեր: Մեթոդի զգայունությունն այս դեպքում հասնում է 0,05%-ի:

ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափություն ատոմի բյուրեղ

6. Փոխադարձ վանդակը լուսանկարելու մեթոդ

Ռենտգենյան օրինաչափությունները կարող են դիտվել որպես փոխադարձ վանդակավոր հարթությունների աղավաղված պրոյեկցիաներ: Շատ ավելի հետաքրքիր է ստանալ փոխադարձ ցանցի չաղավաղված պրոյեկցիա: Նկատի առեք, թե ինչպես են ստացվում չխեղաթյուրված կանխատեսումները:

Պատկերացրեք, որ հարթ թաղանթ գտնվում է պտտման առանցքին ուղղահայաց փոխադարձ ցանցային հարթություններից մեկի վրա: Երբ փոխադարձ վանդակը պտտվում է, թաղանթը կհատի արտացոլման ոլորտը համապատասխան հարթության հետ միասին: Դիֆրակցիոն ճառագայթները, որոնք հայտնվում են արտացոլման ոլորտի հետ փոխադարձ ցանցի հանգույցների հատման պահերին, կընկնեն միայն թաղանթի այն կետերում, որոնց տակ գտնվում են այդ հանգույցները։ Այնուհետև դուք ստանում եք փոխադարձ վանդակավոր ցանցի կոնտակտային լուսանկարի նման մի բան: Շնորհիվ այն բանի, որ փոխադարձ վանդակաճաղը և արտացոլման գոտին արհեստական ​​կոնստրուկցիաներ են և կարող են պատկերվել ցանկացած մասշտաբով, լուսանկարչական ֆիլմը տեղադրվում է ոչ թե ամենաշատ լուսանկարվող փոխադարձ ցանցի հարթության վրա, այլ դրանից որոշ հեռավորության վրա։ Այս դեպքում ֆիլմի պտտման առանցքը չի համընկնի բյուրեղների պտտման առանցքի հետ:

Առաջնային ճառագայթների կապոց Ս 0 ընկնում է A բյուրեղի վրա իր պտտման առանցքի որոշակի անկյան տակ: Այս անկյունը փոխելով՝ կարելի է փոխել միջամտության կոնների բացվածքը։ Օղակաձև էկրանը հնարավորություն է տալիս կտրել որոշակի միջամտության կոն, որի բացվածքն ընտրված է այնպես, որ այս կոնն անցնի էկրանի օղակաձև բացվածքով: Կարգավորման տվյալները (պտտման առանցքի և բյուրեղի պտտման առանցքի միջև հեռավորությունը) կախված են մեկ մեծությունից՝ փոխադարձ ցանցի ուսումնասիրված n-րդ հարթության հեռավորությունից մինչև զրո։

րդ x = n/I (3)

Անկյուն μ n որոշվում է հարաբերակցությունից

, (4)

քանի որ «= OO» + OB (5)

. (6)

, (7)

, (8)

, (9)

, (10)

Ահա թե ինչու

(11)

Ռադիոգրաֆիայի վրա մեծանում է փոխադարձ վանդակաճաղի պրոյեկցիան։ Հարաբերությունից որոշվում է խոշորացման սանդղակը

, (12)

Նրանք. Կ սանդղակը նույնն է փոխադարձ ցանցի բոլոր հարթությունների համար (տվյալ էկրանի և որոշակի ալիքի երկարության համար)։

KFOR-ի պալատում ստացված ռադիոգրաֆիայի ինդեքսավորումը դժվար չէ: Այն բաղկացած է ցանցի վրա ուղղություններ հաստատելուց, որոնք համապատասխանում են երկու առավել բնորոշ հանգուցային գծերին՝ փոխադարձ ցանցի առանցքներին a x և բ x . Պետք է սկսել ինդեքսավորումը ոչ թե զրոյական ցանցից, այլ ցանկացած n-ից, քանի որ Զրոյական ցանցի ռենտգենյան օրինաչափության վրա մարումները կարող են հանգեցնել ամենափոքր թարգմանություններով ուղղությունների վերաբերյալ սխալ դատողության: Ցանկալի է զրոյական հարթությունից կիֆորոգրամի վրա դնել կֆորոգրամ, օրինակ, I-րդ հարթությունից: Այնուհետև ստացված ցանցը թույլ կտա հեշտությամբ որոշել երկու արտացոլման ինդեքս. երրորդ ինդեքսը որոշվում է շերտի գծի համարով:

Որոշակի առանցքի շուրջ բյուրեղի պտտման ժամանակ փոխադարձ վանդակը լուսանկարելու համար խցիկում ստացված ռենտգենյան նախշը հնարավորություն է տալիս որոշել մյուս երկու առանցքների երկայնքով վանդակաճաղերը, ինչպես նաև այդ առանցքների միջև եղած անկյունը:

7. Օգտագործելով ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի արդյունքները ատոմների կոորդինատները որոշելու համար

Առաջին և մասամբ երկրորդ խնդիրները կարող են լուծվել Լաուեի մեթոդներով և բյուրեղների ճոճմամբ կամ պտտմամբ։ Հնարավոր է վերջնականապես հաստատել հիմնական ատոմային բարդ կառուցվածքների համաչափության խումբը և կոորդինատները միայն բարդ վերլուծության և տրված բյուրեղից բոլոր դիֆրակցիոն արտացոլումների ինտենսիվության մաթեմատիկական մշակման օգնությամբ: Նման մշակման վերջնական նպատակն է փորձարարական տվյալների հիման վրա հաշվարկել էլեկտրոնի խտության արժեքները ρ( x, y, z): Բյուրեղային կառուցվածքի պարբերականությունը մեզ թույլ է տալիս Ֆուրիեի շարքի միջոցով գրել դրա մեջ էլեկտրոնային խտությունը.

, (13)

որտեղ V-ը բջջի միավորի ծավալն է,

Fhkl - Ֆուրիեի գործակիցներ, որոնք կոչվում են կառուցվածքային ամպլիտուդներ ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության մեջ, .

Յուրաքանչյուր կառուցվածքային ամպլիտուդ բնութագրվում է երեք ամբողջ թվով:

Դիֆրակցիոն արտացոլումը ալիքային գործընթաց է: Այն ունի ամպլիտուդ, որը հավասար է , և փուլ αhkl (միջադեպի նկատմամբ արտացոլված ալիքի փուլային տեղաշարժով), որի միջոցով կառուցվածքային ամպլիտուդն արտահայտվում է.

. (14)

Դիֆրակցիոն փորձը հնարավորություն է տալիս չափել միայն արտացոլման ինտենսիվությունը՝ համաչափ , բայց ոչ դրանց փուլերը։ Ֆազային որոշումը բյուրեղային կառուցվածքի վերծանման հիմնական խնդիրն է: Կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի սահմանումը սկզբունքորեն նույնն է ինչպես ատոմներից բաղկացած բյուրեղների, այնպես էլ մոլեկուլներից բաղկացած բյուրեղների համար: Որոշելով մոլեկուլային բյուրեղային նյութի ատոմների կոորդինատները՝ հնարավոր է մեկուսացնել դրա բաղկացուցիչ մոլեկուլները և հաստատել դրանց չափն ու ձևը:

Հեշտ է լուծել խնդիրը, կառուցվածքային մեկնաբանության հակառակը՝ կառուցվածքային ամպլիտուդների հայտնի ատոմային կառուցվածքի հաշվարկը, իսկ դրանց վրա՝ դիֆրակցիոն անդրադարձումների ինտենսիվությունը։ Փորձարկման և սխալի մեթոդը, որը պատմականորեն կառուցվածքների վերծանման առաջին մեթոդն է, բաղկացած է փորձնականորեն ստացված |Fhkl| exp, փորձնական մոդելի հիման վրա հաշվարկված արժեքներով | ֆհկլ| կալկ. Կախված դիվերգենցիայի գործոնի արժեքից, փորձնական մոդելն ընդունվում կամ մերժվում է:

, (15)

30-ական թթ. Բյուրեղային կառույցների համար մշակվել են ավելի պաշտոնական մեթոդներ, բայց ոչ բյուրեղային կառույցների համար ավելի պաշտոնական մեթոդներ, բայց ոչ բյուրեղային օբյեկտների համար փորձարկումն ու սխալը դեռևս գործնականում միակ միջոցն է դիֆրակցիոն օրինաչափության մեկնաբանման համար:

Միաբյուրեղների ատոմային կառուցվածքների վերծանման սկզբունքորեն նոր ճանապարհ բացվեց այսպես կոչված օգտագործմամբ. Պատերսոնի ֆունկցիաները (միջատոմային վեկտորների ֆունկցիաները): N ատոմներից բաղկացած ինչ-որ կառուցվածքի Paterson ֆունկցիան կառուցելու համար մենք այն տեղափոխում ենք իրեն զուգահեռ այնպես, որ առաջին ատոմը առաջինը դիպչի ֆիքսված սկզբնակետին: Վեկտորները սկզբից մինչև կառուցվածքի բոլոր ատոմները (ներառյալ զրոյական երկարությամբ վեկտորը մինչև առաջին ատոմը) ցույց կտան միջատոմային վեկտորների ֆունկցիայի N մաքսիմումների դիրքերը, որոնց ամբողջությունը կոչվում է կառուցվածքի պատկեր. Ատոմ 1. Դրանց ավելացնենք ևս N մաքսիմումներ, որոնց դիրքը ցույց կտա N վեկտորներ երկրորդ ատոմից, որոնք տեղադրված են կառուցվածքի նույն սկզբնակետին զուգահեռ տեղափոխման ժամանակ: Այս պրոցեդուրան կատարելով բոլոր N ատոմների հետ (Նկար 10), մենք կստանանք N2 վեկտորներ: Նրանց դիրքը նկարագրող ֆունկցիան Պատերսոնի ֆունկցիան է։

Նկար 10 - Պատերսոնի ֆունկցիայի կառուցման սխեման 3 ատոմից բաղկացած կառուցվածքի համար

Patterson ֆունկցիայի համար P(u ω ) (u ω - միջատոմային վեկտորների տարածության կետերի կոորդինատները), կարող եք ստանալ արտահայտությունը.

, (16)

որից հետևում է, որ այն որոշվում է կառուցվածքային ամպլիտուդների մոդուլներով, կախված չէ դրանց փուլերից և, հետևաբար, կարող է ուղղակիորեն հաշվարկվել դիֆրակցիոն փորձի տվյալներից։ P ֆունկցիան մեկնաբանելու դժվարություն (u ω ) բաղկացած է N2 ատոմների կոորդինատները գտնելու անհրաժեշտությունից իր առավելագույնի N2-ից, որոնցից շատերը միաձուլվում են համընկնումների պատճառով, որոնք առաջանում են միջատոմային վեկտորների ֆունկցիան կառուցելիս: Ամենահեշտը վերծանելը P (u ω ) այն դեպքը, երբ կառուցվածքը պարունակում է մեկ ծանր ատոմ և մի քանի թեթև ատոմ։ Նման կառույցի պատկերը ծանր ատոմում զգալիորեն կտարբերվի դրա այլ պատկերներից։ Տարբեր մեթոդների շարքում, որոնք հնարավորություն են տալիս Patterson ֆունկցիայից որոշել ուսումնասիրվող կառուցվածքի մոդելը, ամենաարդյունավետը այսպես կոչված սուպերպոզիցիոն մեթոդներն էին, որոնք հնարավորություն տվեցին պաշտոնականացնել դրա վերլուծությունը և կատարել այն համակարգչում:

Պատերսոնի ֆունկցիայի մեթոդները լուրջ դժվարությունների են հանդիպում նույն կամ համանման ատոմային թվի ատոմներից կազմված բյուրեղների կառուցվածքների ուսումնասիրության հարցում։ Այս դեպքում առավել արդյունավետ են ստացվել կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի որոշման այսպես կոչված ուղղակի մեթոդները։ Հաշվի առնելով այն փաստը, որ բյուրեղում էլեկտրոնային խտության արժեքը միշտ դրական է (կամ հավասար է զրոյի), կարելի է ստանալ մեծ թվով անհավասարություններ, որոնք ենթարկվում են ֆունկցիայի Ֆուրիեի գործակիցներին (կառուցվածքային ամպլիտուդներին). ρ( x, y, z): Օգտագործելով անհավասարությունների մեթոդները, համեմատաբար հեշտ է վերլուծել բյուրեղի միավորի բջջում մինչև 20–40 ատոմ պարունակող կառուցվածքները։ Ավելի բարդ կառուցվածքների համար օգտագործվում են խնդրի հավանական մոտեցման վրա հիմնված մեթոդներ. կառուցվածքային ամպլիտուդները և դրանց փուլերը դիտարկվում են որպես պատահական փոփոխականներ; Այս պատահական փոփոխականների բաշխման գործառույթները բխում են ֆիզիկական ներկայացումներից, որոնք հնարավորություն են տալիս գնահատել՝ հաշվի առնելով կառուցվածքային ամպլիտուդների մոդուլների փորձարարական արժեքները, փուլերի ամենահավանական արժեքները: Այս մեթոդներն իրականացվում են նաև համակարգչի վրա և հնարավորություն են տալիս վերծանել 100–200 և ավելի ատոմներ պարունակող կառուցվածքները բյուրեղի միավոր բջիջում։

Այսպիսով, եթե հաստատված են կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերը, ապա կարելի է հաշվարկել կառուցվածքում ատոմների էլեկտրոնային խտության բաշխումը (նկ. 10): Ատոմների կոորդինատների վերջնական ճշգրտումն իրականացվում է համակարգչի վրա՝ օգտագործելով նվազագույն քառակուսիների մեթոդը և, կախված փորձի որակից և կառուցվածքի բարդությունից, հնարավոր է դարձնում դրանք ստանալ A-ի հազարերորդական ճշգրտությամբ։ օգտագործելով ժամանակակից դիֆրակցիոն փորձը, կարելի է նաև հաշվարկել բյուրեղներում ատոմների ջերմային թրթռումների քանակական բնութագրերը՝ հաշվի առնելով այդ թրթռումների անիզոտրոպությունը): Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծությունը նաև հնարավորություն է տալիս հաստատել ատոմային կառուցվածքների ավելի նուրբ բնութագրերը, օրինակ՝ բյուրեղում վալենտային էլեկտրոնների բաշխումը։ Սակայն այս բարդ խնդիրը մինչ այժմ լուծվել է միայն ամենապարզ կառույցների համար։ Այս նպատակով նեյտրոնների դիֆրակցիայի և ռենտգենյան դիֆրակցիոն հետազոտությունների համադրությունը շատ խոստումնալից է. ատոմային միջուկների կոորդինատների վերաբերյալ նեյտրոնային դիֆրակցիոն տվյալները համեմատվում են ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիայի միջոցով ստացված էլեկտրոնային ամպի տարածական բաշխման հետ: Բազմաթիվ ֆիզիկական և քիմիական խնդիրներ լուծելու համար օգտագործվում են ռենտգենյան դիֆրակցիոն հետազոտություններ և ռեզոնանսային մեթոդներ։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության ձեռքբերումների գագաթնակետը սպիտակուցների, նուկլեինաթթուների և այլ մակրոմոլեկուլների եռաչափ կառուցվածքի վերծանումն է։ Բնական պայմաններում սպիտակուցները, որպես կանոն, բյուրեղներ չեն առաջացնում։ Սպիտակուցների մոլեկուլների կանոնավոր դասավորվածության հասնելու համար սպիտակուցները բյուրեղացվում են, այնուհետև ուսումնասիրվում է դրանց կառուցվածքը: Սպիտակուցային բյուրեղների կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերը կարող են որոշվել միայն ռադիոգրագետների և կենսաքիմիկոսների համատեղ ջանքերի արդյունքում։ Այս խնդիրը լուծելու համար անհրաժեշտ է ձեռք բերել և ուսումնասիրել բուն սպիտակուցի բյուրեղները, ինչպես նաև նրա ածանցյալները՝ ծանր ատոմների ընդգրկմամբ, և այդ բոլոր կառույցներում ատոմների կոորդինատները պետք է համընկնեն։

8. Սարքի ֆունկցիոնալ դիագրամը և ազդանշանի ձևավորման սկզբունքը

Ռենտգեն սարքերը պետք է բավարարեն մի քանի հիմնական պահանջներ, որոնք թելադրված են Wulf-Bragg օրենքով և R-ray օպտիկայով.

պոլի- և մոնոխրոմատիկ ճառագայթման ստացման հնարավորությունը.

ճառագայթների կենտրոնացում;

օրենքի ավտոմատ կիրարկման ապահովում.

նմուշի մակերեսի վրա արտացոլման միջինացում;

ճառագայթման դետեկտորի համաչափությունը ռենտգենյան քվանտների քանակին.

դիֆրակցիոն անկյան ավտոմատ նշում.

Նկար 11-ում ներկայացված է DRON-3M սարքի ֆունկցիոնալ կառուցվածքը:

Նկար 11 - DRON-3M սարքի կառուցվածքը. 1 - ռենտգենյան խողովակ; 2 - նմուշ; 3 - ճառագայթման դետեկտոր; 4 - գոնիոմետր մեխանիզմ ավտոմատ դիֆրակցիոն անկյունով; 5 - էլեկտրամատակարարման համակարգ; 6 - հովացման համակարգ; 7 - դետեկտորային ազդանշանի մշակման համակարգ; 8 - ձայնագրիչ

Մոնոխրոմատիկությունը ձեռք է բերվում մետաղական փայլաթիթեղի օգտագործմամբ, որը փոխանցում է մեկ ալիքի երկարություն և, հնարավորության դեպքում, կլանում է մեկ ալիքի երկարություն: Այս հատկությունն ունի նիկելի փայլաթիթեղը, որը կլանում է պղնձի հակակատոդի ճառագայթման 97%-ը և փոխանցում շատ ցածր կլանմամբ։ λ = 1,54 Ա.

Ոսպնյակներ, որոնք կարող են կենտրոնացնել R- ճառագայթները, դեռ հասանելի չեն: Հետեւաբար, սարքի նախագծման մեջ ընտրելու եւ չափելու համար օգտագործվում են հատուկ սարքեր θ - գոնիոմետրեր. Գոնիոմետրը ավտոմատ կերպով պահպանում է ճառագայթման կենտրոնացումը ցանկացած դիֆրակցիոն անկյան տակ: Այն ավտոմատ կերպով կատարում է Wulf-Bragg օրենքը, քանի որ այն նմուշի պտտման անկյունային արագությունը, որի վրա ընկնում է ճառագայթումը, ցանկացած պահի 2 անգամ պակաս է ճառագայթման դետեկտորի (ընդունիչի) արագությունից: Դրա շնորհիվ ցանկացած պահի դետեկտորը գտնվում է 2 անկյան տակ θ հարվածող ճառագայթմանը, և նմուշը անկյան տակ θ.

Նմուշում արտացոլող հարթությունների բոլոր դասավորությունների միջինացումը տեղի է ունենում արտացոլման հարթությանը ուղղահայաց առանցքի շուրջ դրա պտտման շնորհիվ:

Որպես ազդանշանի դետեկտոր՝ օգտագործվում է ֆոտոբազմապատկիչ ունեցող ցինտիլացիոն հաշվիչը, որն ունի լավ համաչափություն իրեն մատակարարվող ռենտգենյան քվանտների քանակին։ Ձայնագրիչ ժապավենի վրա, ռենտգենյան օրինաչափությունների մեկնաբանումը հեշտացնելու համար, դիֆրակցիոն անկյունը ավտոմատ կերպով նշվում է հատուկ էլեկտրոնային սխեմայի միջոցով, որը կապված է գոնիոմետրում տեղակայված նմուշի շարժման մեխանիզմի հետ:

ԵԶՐԱԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆ

Ներկայումս դժվար է գտնել մարդու գործունեության այնպիսի ոլորտ, որտեղ ռենտգենյան ճառագայթները չեն կիրառվի։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծությունը հնարավորություն է տալիս օբյեկտիվորեն հաստատել բյուրեղային նյութերի կառուցվածքը, ներառյալ այնպիսի բարդ նյութեր, ինչպիսիք են վիտամինները, հակաբիոտիկները, կոորդինացիոն միացությունները և այլն: Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը հաջողությամբ օգտագործվում է պոլիմերների բյուրեղային վիճակն ուսումնասիրելու համար։ Արժեքավոր տեղեկություններ են տալիս նաև ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը՝ ամորֆ և հեղուկ մարմինների ուսումնասիրության ժամանակ։ Նման մարմինների ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունները պարունակում են մի քանի լղոզված դիֆրակցիոն օղակներ, որոնց ինտենսիվությունը արագորեն նվազում է q-ի աճով։ Ելնելով այս օղակների լայնությունից, ձևից և ինտենսիվությունից՝ կարելի է եզրակացություններ անել որոշակի հեղուկ կամ ամորֆ կառուցվածքում փոքր հեռահարության կարգի առանձնահատկությունների մասին։

Ռենտգենյան ճառագայթների կիրառման կարևոր բնագավառ է մետաղների և համաձուլվածքների ռադիոգրաֆիան, որը դարձել է գիտության առանձին ճյուղ։ «Ռադիոգրաֆիա» հասկացությունը ռենտգենյան ճառագայթների ամբողջական կամ մասնակի դիֆրակցիոն վերլուծության հետ մեկտեղ ներառում է նաև ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործման այլ եղանակներ՝ ռենտգենյան արատների հայտնաբերում (փոխանցում), ռենտգենյան սպեկտրային վերլուծություն, ռենտգեն միկրոսկոպիա և այլն։ . Որոշվել են մաքուր մետաղների և բազմաթիվ համաձուլվածքների կառուցվածքները։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի հիման վրա համաձուլվածքների բյուրեղային քիմիան մետաղագիտության առաջատար ճյուղերից է։ Մետաղական համաձուլվածքների ոչ մի վիճակի դիագրամ չի կարող արժանահավատորեն հաստատված համարվել, եթե այդ համաձուլվածքները չեն ուսումնասիրվել ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզով: Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության մեթոդների կիրառման շնորհիվ հնարավոր է դարձել խորապես ուսումնասիրել մետաղների և համաձուլվածքների կառուցվածքային փոփոխությունները դրանց պլաստիկ և ջերմային մշակման ընթացքում։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի մեթոդը նույնպես լուրջ սահմանափակումներ ունի։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն ամբողջական վերլուծության համար անհրաժեշտ է, որ նյութը լավ բյուրեղանա և բավականաչափ կայուն բյուրեղներ տա: Երբեմն անհրաժեշտ է հետազոտություն անցկացնել բարձր կամ ցածր ջերմաստիճաններում։ Սա մեծապես բարդացնում է փորձը: Ամբողջական ուսումնասիրությունը շատ ժամանակատար է, ժամանակատար և ներառում է մեծ քանակությամբ հաշվողական աշխատանք:

Միջին բարդության ատոմային կառուցվածք ստեղծելու համար (~50–100 ատոմ միավոր բջջում) անհրաժեշտ է չափել մի քանի հարյուր և նույնիսկ հազարավոր դիֆրակցիոն արտացոլումների ինտենսիվությունը։ Այս շատ ժամանակատար և տքնաջան աշխատանքը կատարվում է համակարգչային կառավարվող ավտոմատ միկրոդենսիոմետրերի և դիֆրակտոմետրերի միջոցով, երբեմն մի քանի շաբաթ կամ նույնիսկ ամիսներ շարունակ: Այս առումով, վերջին տարիներին ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի խնդիրներ լուծելու համար լայնորեն կիրառվում են գերարագ համակարգիչները։ Այնուամենայնիվ, նույնիսկ համակարգիչների օգտագործման դեպքում կառուցվածքի որոշումը մնում է բարդ և ժամանակատար աշխատանք: Դիֆրակտոմետրում մի քանի հաշվիչների օգտագործումը, որոնք կարող են զուգահեռ արձանագրել արտացոլումները, կարող է նվազեցնել փորձի ժամանակը: Դիֆրակտոմետրիկ չափումները զգայունության և ճշգրտության առումով գերազանցում են լուսանկարչական ձայնագրությանը:

Թույլ տալով ձեզ օբյեկտիվորեն որոշել մոլեկուլների կառուցվածքը և բյուրեղներում մոլեկուլների փոխազդեցության ընդհանուր բնույթը, ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը միշտ չէ, որ հնարավորություն է տալիս անհրաժեշտ որոշակիությամբ դատել քիմիական կապերի բնույթի տարբերությունները: մոլեկուլ, քանի որ կապի երկարությունների և կապի անկյունների որոշման ճշգրտությունը հաճախ անբավարար է այդ նպատակով: Մեթոդի լուրջ սահմանափակում է նաև թեթև ատոմների և հատկապես ջրածնի ատոմների դիրքերը որոշելու դժվարությունը։

Կուրսային աշխատանքի արդյունքում ես յուրացրել եմ հետևյալ ընդհանուր մշակութային և մասնագիտական ​​իրավասությունները.

) (OK-12) տեղեկատվության ստացման, պահպանման, մշակման հիմնական մեթոդներին, մեթոդներին և միջոցներին տիրապետելու, համակարգչի հետ որպես տեղեկատվության կառավարման միջոց աշխատելու հմտություններ ունենալու ունակություն.

Աշխատանքում օգտագործվել են «Ինտերնետ» համաշխարհային ցանցից վերցված աղբյուրներ։

Այս կուրսային աշխատանքը գրելու ընթացքում ես համացանցում ուսումնասիրեցի մի շարք տարբեր գրքեր և հրապարակումներ: Նրանց օգնությամբ այս աշխատանքը լի է տարբեր փաստերով, որոնք մինչ այս պահը ինձ անհայտ էին։

) (GPC-7) Օտար լեզվի գիտելիքներ ձեռք բերելու և իրենց գործունեության մեջ օգտագործելու կարողություն. Օտար լեզվի իմացության շնորհիվ ստեղծագործությունը գրելիս օգտագործվել է անգլերեն գրականություն։

Այս աշխատանքը գրելիս ես գտա նյութ օտար լեզվով։ Գտնված տեղեկատվությունից օգտվելու համար անհրաժեշտ է եղել հոդվածները թարգմանել ռուսերեն, ինչը նրան հաջողվել է՝ թարգմանված տեքստը ներառելով իր աշխատանքում։

) (PC-1) ֆիզիկայի բնագավառում մասնագիտացված գիտելիքներ օգտագործելու ունակությունը մասնագիտացված ֆիզիկական առարկաների զարգացման համար.

Այս թեմայի վերաբերյալ իմ ուսումնասիրած տեղեկատվությունը կօգնի ինձ ոչ միայն այս կուրսային աշխատանքը գրելիս, այլ նաև ապագայում օգտակար կլինի բյուրեղների խորը ուսումնասիրության, ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության, ինչպես նաև քննություններին պատրաստվելու համար:

ՄԻՋԲԵՐՈՒՄՆԵՐԻ ՑԱՆԿ

1.Գուրևիչ, Ա.Գ. Պինդ մարմինների ֆիզիկա - Պրոց. նպաստ համալսարանների համար / FTI im. Ա.Ֆ. Ioffe RAS.- Սանկտ Պետերբուրգ. Նևսկի բարբառ; BVH-Petersburg, 2004.-320 p.: ill.

2.Ժդանով, Գ.Ս. Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության հիմունքներ.- Մոսկվա.- Գոստեխիզդատ.-1940.-76 էջ: հիվանդ.

.Պոկոև, Ա.Վ. Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն - Մոսկվա - խմբ. 2, - 1981. - 127 էջ.

.Ռախիմովա, Ն.Տ. Դասընթաց «Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն» թեմայով.- Ufa.-2012.-30 p.

.Բելով, Ն.Վ. Կառուցվածքային բյուրեղագրություն - Սանկտ Պետերբուրգ - խմբ. 4, 1951.-97 էջ.

.«Վիքիպեդիա».- Ինտերնետ հանրագիտարան

.Ջեյմս, Ռ. Ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիայի օպտիկական սկզբունքներ - Մոսկվա - Գոստեխիզդատ - խմբ. 1, 1950-146 էջ.

8.Ջոնսթոն Վ.Դ., կրտսեր Ոչ գծային օպտիկական գործակիցները և LO և TO ֆոնոնների Raman ցրման արդյունավետությունը կենտրոնական մեկուսիչ բյուրեղներում // Ֆիզ. Վեր. Բ. - 1970. - V.1, թիվ 8: - P.3494-3503.

Նմանատիպ աշխատանքներ - բյուրեղների ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն և դիֆրակցիոն օրինաչափությունների մեկնաբանություն

Ուղարկել ձեր լավ աշխատանքը գիտելիքների բազայում պարզ է: Օգտագործեք ստորև բերված ձևը

Ուսանողները, ասպիրանտները, երիտասարդ գիտնականները, ովքեր օգտագործում են գիտելիքների բազան իրենց ուսումնառության և աշխատանքի մեջ, շատ շնորհակալ կլինեն ձեզ:

Տեղակայված է http://www.allbest.ru/ կայքում

ԴԱՇՆԱԿԱՆ ՈՒՍՈՒՄՆԱԿԱՆ ԳՈՐԾԱԿԱԼՈՒԹՅՈՒՆ ՊԵՏԱԿԱՆ ՈՒՍՈՒՄՆԱԿԱՆ ՈՒՍՈՒՄՆԱԿԱՆ ՀԱՍՏԱՏՈՒԹՅՈՒՆ ԲԱՇՔԻՐԻ ՊԵՏԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆԻ ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՏԵԽՆՈԼՈԳԻԱԿԱՆ ՖԱԿՈՒԼՏԵՏ ՏԵԽՆԻԿԱԿԱՆ ՔԻՄԻԱՅԻ ԲԱԺԻՆ

Դասընթացի աշխատանք

«Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն»

Դասախոս՝ ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր, պրոֆ. Չուվիրով Ա.Ն.

Ուսանող՝ Ռախիմովա Ն.Տ.

Խումբ՝ HFMM-3

1. Ներածություն

2. Պատմական նախադրյալներ

3.1 SAR ազդանշանների բնույթը

7. Գրականություն

1. Ներածություն

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը մարմինների կառուցվածքն ուսումնասիրելու մեթոդ է՝ օգտագործելով ռենտգենյան դիֆրակցիայի երևույթը, նյութի կառուցվածքն ուսումնասիրելու մեթոդ՝ տարածության մեջ բաշխմամբ և վերլուծված օբյեկտի վրա ցրված ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությամբ: Դիֆրակցիոն օրինաչափությունը կախված է օգտագործվող ռենտգենյան ճառագայթների ալիքի երկարությունից և օբյեկտի կառուցվածքից։ Ատոմի կառուցվածքն ուսումնասիրելու համար օգտագործվում է ~1E ալիքի երկարությամբ ճառագայթում, այսինքն. ատոմի չափի մասին։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզով ուսումնասիրվում են մետաղները, համաձուլվածքները, միներալները, անօրգանական և օրգանական միացությունները, պոլիմերները, ամորֆ նյութերը, հեղուկներն ու գազերը, սպիտակուցի մոլեկուլները, նուկլեինաթթուները և այլն։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը բյուրեղների կառուցվածքի որոշման հիմնական մեթոդն է։ Բյուրեղները ուսումնասիրելիս այն տալիս է առավելագույն տեղեկատվություն: Այնուամենայնիվ, այն նաև արժեքավոր տեղեկատվություն է տալիս ավելի քիչ դասավորված կառուցվածք ունեցող մարմինների ուսումնասիրության համար, ինչպիսիք են հեղուկները, ամորֆ մարմինները, հեղուկ բյուրեղները, պոլիմերները և այլն: Բազմաթիվ արդեն վերծանված ատոմային կառուցվածքների հիման վրա կարող է լուծվել նաև հակադարձ խնդիրը. այս նյութի բյուրեղային բաղադրությունը կարելի է պարզել բազմաբյուրեղ նյութի ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունից, օրինակ՝ լեգիրված պողպատից, խառնուրդից, հանքաքարից, լուսնայինից։ հողը, այսինքն, կատարվում է փուլային վերլուծություն:

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի ընթացքում հետազոտվող նմուշը տեղադրվում է ռենտգենյան ճառագայթների ուղու վրա և գրանցվում է նյութի հետ ճառագայթների փոխազդեցությունից բխող դիֆրակցիոն օրինաչափությունը: Հետազոտության հաջորդ փուլում վերլուծվում է դիֆրակցիոն օրինաչափությունը և հաշվարկով սահմանվում է մասնիկների փոխադարձ դասավորությունը տարածության մեջ, որն առաջացրել է այս օրինաչափության տեսքը:

Գոյություն ունեն բյուրեղների ռենտգենյան պատկերման երեք սկզբունքորեն տարբեր մեթոդներ, որոնցից երկուսում՝ պտտման և փոշու մեթոդով, օգտագործում են մոնոխրոմատիկ ճառագայթում, իսկ երրորդը՝ Լաուեի մեթոդը, օգտագործում է ռենտգենյան ճառագայթների սպիտակ սպեկտրը։ Պտտման մեթոդի փոփոխությունը բյուրեղային ճոճվող մեթոդն է: Բացի այդ, պտտման մեթոդը կարելի է բաժանել երկու տեսակի. մի դեպքում բյուրեղի պտույտը կամ ճոճումը տեղի է ունենում, երբ թաղանթն անշարժ է (պտտման կամ ճոճվելու սովորական եղանակը), իսկ մյուս դեպքում՝ թաղանթը շարժվում է միաժամանակ։ բյուրեղի պտույտը (շերտավոր գծերի մաքրման մեթոդներ կամ, ինչպես հաճախ կոչվում են ռենտգենյան մեթոդներ):

Դիֆրակտոմետրիկ մեթոդը նույնպես հարում է ռենտգենյան գոնիոմետրիայի մեթոդներին: Դրա հիմնական տարբերությունն այն է, որ ռենտգենյան ճառագայթները գրանցվում են ոչ թե լուսանկարչական թաղանթով, այլ իոնացնող սարքի կամ ցինտիլացիոն հաշվիչի միջոցով։

2. Պատմական նախադրյալներ

Ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիան բյուրեղների միջոցով հայտնաբերվել է 1912 թվականին գերմանացի ֆիզիկոսներ Մ.Լաուեի, Վ.Ֆրիդրիխի և Պ.Կնիփինգի կողմից։ Ռենտգենյան ճառագայթների նեղ ճառագայթն ուղղելով անշարժ բյուրեղի վրա՝ նրանք գրանցեցին դիֆրակցիոն օրինաչափություն բյուրեղի հետևում տեղադրված լուսանկարչական ափսեի վրա, որը բաղկացած էր մեծ թվով կանոնավոր դասավորված բծերից։ Յուրաքանչյուր կետ բյուրեղով ցրված դիֆրակցիոն ճառագայթի հետք է: Այս մեթոդով ստացված ռենտգենյան օրինաչափությունը կոչվում է Laue օրինակ (նկ. 1):

դիֆրակցիոն ռենտգենյան ատոմ

Բրինձ. 1. NaCl միաբյուրեղի Laue դիագրամ: Յուրաքանչյուր կետ ռենտգենյան դիֆրակցիոն արտացոլման հետք է: Կենտրոնում ցրված շառավղային բծերը առաջանում են բյուրեղային ցանցի ջերմային թրթիռների միջոցով ռենտգենյան ճառագայթների ցրման հետևանքով։

Լաուի կողմից մշակված բյուրեղների վրա ռենտգենյան դիֆրակցիայի տեսությունը հնարավորություն է տվել կապել ճառագայթման l ալիքի երկարությունը, a, b, c բյուրեղի միավոր բջջի պարամետրերը (տես Բյուրեղային ցանց), անկման անկյունները (a0): , b0, g0) և դիֆրակցիոն (a, b, g) ճառագայթների հարաբերակցությունները.

a (cosa--cosa0) = hl,

b (cosb -- cosb0) = kl, (1)

c(cosg -- cosg0)=ll,

որտեղ h, k, l-ն ամբողջ թվեր են (Միլլերի ինդեքսներ): Դիֆրակցիոն փնջի առաջացման համար անհրաժեշտ է կատարել վերը նշված Laue պայմանները [հավասարումներ (1)], որոնք պահանջում են, որ զուգահեռ ճառագայթներում հարևան վանդակավոր տեղամասերին համապատասխանող ատոմներով ցրված ճառագայթների միջև ուղու տարբերությունը հավասար լինի ամբողջ թվի։ ալիքի երկարությունների.

1913 թվականին W. L. Bragg-ը և նրա հետ միաժամանակ՝ G. W. Wulff-ը առաջարկեցին բյուրեղում դիֆրակցիոն ճառագայթների տեսքի ավելի պատկերավոր մեկնաբանություն։ Նրանք ցույց տվեցին, որ դիֆրակցիոն ճառագայթներից որևէ մեկը կարող է դիտարկվել որպես բյուրեղագրական հարթությունների համակարգերից մեկի ընկնող ճառագայթի արտացոլում։ Նույն թվականին W. G.-ն և W. L. Braggy-ն առաջինն էին, ովքեր ուսումնասիրեցին ամենապարզ բյուրեղների ատոմային կառուցվածքները՝ օգտագործելով ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիոն մեթոդները։ 1916 թվականին Պ.Դեբյեն և գերմանացի ֆիզիկոս Պ.Շերերը առաջարկեցին ռենտգենյան դիֆրակցիայի կիրառումը բազմաբյուրեղ նյութերի կառուցվածքն ուսումնասիրելու համար։ 1938 թվականին ֆրանսիացի բյուրեղագետ Ա. Գինյեն մշակել է ռենտգենյան ճառագայթների փոքր անկյան ցրման մեթոդը՝ նյութի մեջ անհամասեռությունների ձևն ու չափերն ուսումնասիրելու համար։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության կիրառելիությունը նյութերի լայն դասի ուսումնասիրության համար, այդ ուսումնասիրությունների արդյունաբերական կարիքը խթանեցին կառուցվածքների վերծանման մեթոդների մշակումը: 1934 թվականին ամերիկացի ֆիզիկոս Ա. Պատերսոնը առաջարկեց ուսումնասիրել նյութերի կառուցվածքը՝ օգտագործելով միջատոմային վեկտորների ֆունկցիան (Պատերսոնի ֆունկցիա)։ Ամերիկացի գիտնականներ Դ.Հարկերը, Ջ.Կասպերը (1948թ.), Վ.Զախարիասենը, Դ.Սեյրը և անգլիացի գիտնական Վ. Ն.Վ.Բելով, Գ.Ս.Ժդանով, Ա.Ի.Կիտայգորոդսկի, Բ.Կ.Վայնշտեյն, Մ.Պորայ-Կոշից (ԽՍՀՄ), Լ.Պոլինգ, Պ.Էվալդ, Մ.Բուրգեր, Ջ.Կարլե, Գ.Հաուպտման (ԱՄՆ), Մ.Վուլֆսոն (Մեծ Բրիտանիա): Քենդրյուն, Մ. Պերուցը, Դ. Քրոուֆութ-Հոջկինը և ուրիշներ բացառիկ կարևոր դեր են խաղացել մոլեկուլային կենսաբանության զարգացման գործում։ 1953 թվականին Ջ. Ուոթսոնը և Ֆ. Քրիքը առաջարկեցին դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի (ԴՆԹ) մոլեկուլի մոդելը, որը լավ համընկավ Մ. Ուիլկինսի կողմից ստացված ԴՆԹ-ի ռենտգեն հետազոտությունների արդյունքների հետ։

3. Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի փորձարարական մեթոդներ

3.1 SAR ազդանշանների բնույթը

Նյութի, ներառյալ պոլիմերների, տարածական կառուցվածքի մասին տեղեկատվություն ստանալու համար օգտագործվում է ռենտգենյան ճառագայթում, որի ալիքի երկարությունը կազմում է 0,1-ից մինչև 100 E: Գործնականում պոլիմերներից ազդանշաններ (ռեֆլեքսներ) ստանալու համար օգտագործվում է պղնձի հակակաթոդ և Ամենից հաճախ օգտագործվում է նիկելի ֆիլտր, որի միջոցով R- ճառագայթման շարունակական սպեկտրից տարբերվում է K-գիծը ալիքի երկարությամբ = 1,54 E: Նման ճառագայթում օգտագործող պոլիմերների ուսումնասիրությունը հնարավորություն է տալիս տեղեկատվություն ստանալ ինչպես մոլեկուլային կառուցվածքի մասին ( մեծ անկյան ռենտգենյան դիֆրակցիա) և վերմոլեկուլային կառուցվածքի վրա (R դիֆրակցիոն ճառագայթները փոքր անկյուններում):

Ճառագայթների «դիֆրակցիա» և «միջամտություն» հասկացությունները ձեզ հայտնի են ֆիզիկայի կուրսից։

SAR-ը հիմնված է R- ճառագայթների արտացոլման, ցրման, դիֆրակցիայի և միջամտության երևույթների վրա: Դիֆրակցիան բնորոշ է ճառագայթման բոլոր տեսակներին. եթե էկրանի վրա կան մի քանի ճեղքեր (թերություններ), ապա դրանցից յուրաքանչյուրը ստացվում է շրջանաձև կամ գնդաձև ալիքների աղբյուր (նկ. 1): Այս ալիքները խանգարում են (փոխազդում) միմյանց հետ՝ տեղ-տեղ փոխադարձաբար ոչնչացնելով, իսկ որոշ տեղերում՝ ուժեղանալով (նկ. 2):

1913թ.-ին հայր և որդի Բրագը (բրիտանացի) և ռուս գիտնական Վուլֆը հայտնաբերեցին, որ բյուրեղից դուրս եկող R ճառագայթների ճառագայթն իրեն այնպես է պահում, կարծես այն արտացոլված է հայելուց՝ ինքնաթիռից:

Եկեք դիտարկենք մի քանի ատոմային շերտեր, որոնք գտնվում են միմյանցից հեռավորության վրա, որը համաչափ է կամ մի փոքր ավելի մեծ է, քան ճառագայթումը: Եթե ​​R- ճառագայթների ճառագայթն ուղղված է նման օբյեկտի, ապա այն կետը, որին հասնում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը, կարող է արտացոլված ճառագայթման աղբյուր լինել։ Ենթադրենք, որ հարթ ալիքի անկման անկյունը, ապա անդրադարձման անկյունը հավասար կլինի 2-ի։

Բրինձ. 1. Դիֆրակցիան մեկ ճեղքով

Բրինձ. 2. Ալիքային միջամտություն

Տարբեր ատոմային շերտերից արտացոլման շնորհիվ ուղու տարբերությունը հավասար է, որտեղ դրական ամբողջ թիվն է, պատահարի ալիքի երկարությունն է և արտացոլված R ճառագայթումը: Պարզ երկրաչափական նկատառումներից մենք գտնում ենք, որ ուղու տարբերությունը հավասար է

Հավասարումը (1) սովորաբար կոչվում է Վուլֆ-Բրեգի օրենք ռենտգենյան ճառագայթների ցրման համար բյուրեղների կողմից: Այս օրենքը պատկերող դիագրամը ներկայացված է նկ. 3.

Բրինձ. 3. Միջադեպի ընթացքի և արտացոլված ճառագայթների սխեման բյուրեղում

Յուրաքանչյուր ուղղությամբ նույնականության շրջան ունեցող եռաչափ վանդակի համար (այսինքն՝ մեծածավալ բյուրեղյա ցանցի համար) պետք է բավարարվեն երեք դիֆրակցիոն պայմաններ, որոնք որոշում են երեք անկյունների արժեքը՝ 1, 2, 3:

որտեղ n, m, k-ն ամբողջ թվեր են:

Այնուամենայնիվ, տարածության երեք անկյունները չեն կարող կամայականորեն ընտրվել, քանի որ կամայական ուղիղ գծի և երեք փոխադարձ ուղղահայաց կոորդինատային առանցքների միջև անկյունները միացված են երկրաչափական պայմանով:

(2) և (3) հավասարումները լուծումներ ունեն, այսինքն. հնարավորություն է տալիս հաշվարկել 1, 2, 3 անկյունները ցանցի համար տրված պարամետրերով, ոչ թե որևէ ալիքի երկարությամբ, այլ միայն նրանց, որոնք ապահովում են (2) և (3) հավասարումների համատեղելիությունը։ Մնացած բոլոր ալիքները ցրվում են՝ չտալով առավելագույնը:

Արդյունքների մշակումը կրճատվում է նույնականության ժամանակաշրջանների չափերի հաշվարկով d (միջպլանային հեռավորություն) հայտնի և փորձնականորեն որոշված ​​անկյան տակ արտացոլված ճառագայթման առավելագույնի համար: Մակրոմոլեկուլների և դրանց մասերի դասավորության կառուցվածքային դասավորությունը որոշում է պարբերականության մի քանի մակարդակների առկայությունը, որոնք բնութագրվում են դրանց ժամանակաշրջանի արժեքով, որոնցից յուրաքանչյուրը համապատասխանում է իր արտացոլման առավելագույն անկյունին:

3.2 Ռենտգեն դիֆրակցիոն անալիզի արդյունքների ներկայացման ձեւերը

Մեթոդապես, ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը կատարվում է երեք տարբերակներից մեկի համաձայն, որոնք տարբերվում են նմուշի պատրաստման եղանակով և արդյունքների ներկայացման ձևով:

Laue մեթոդը օգտագործվում է բավականին մեծ չափերի (շրջագծում ավելի քան 1 մմ) մեկ բյուրեղների ուսումնասիրության համար։ Նմուշը տեղադրվում է շարունակական (պոլիքրոմատիկ) ռենտգենյան ճառագայթման ճանապարհին, որի մեջ միշտ կա ալիքի երկարություն, որը բավարարում է (2) և (3) հավասարումները: Ռենտգենյան օրինաչափությունը տարբեր կարգերի բծերի (կետային արտացոլումների) համակարգ է։ Պոլիմերների համար այս մեթոդը գործնականում չի օգտագործվում, քանի որ նման չափերի մեկ բյուրեղներ ստանալու դժվարություններ կան:

Պտտման կամ ճոճման մեթոդը (Բրագգի մեթոդ) հիմնված է մեկ բյուրեղի և մոնոխրոմատիկ ճառագայթման օգտագործման վրա։ Պտտման կամ ճոճվելու ժամանակ բյուրեղը կարող է պտտվել այնպիսի հարթությունում, որի համար բավարարված է Վուլֆ-Բրագգի օրենքը։ Ամեն անգամ, երբ դա տեղի է ունենում, տեղի է ունենում համապատասխան ռեֆլեքս, որը ամրագրվում է գլանի ներսի վրա տեղադրված լուսանկարչական թաղանթով, որի կենտրոնում նմուշը պտտվում կամ տատանվում է:

Փոշու մեթոդը առավել հարմար է պոլիմերների համար: Ռենտգենյան օրինաչափություն ստանալու համար R- ճառագայթների մոնոխրոմատիկ ճառագայթն ուղղվում է դեպի բազմաբյուրեղ նմուշ (փոշի): Երբ ճառագայթը հանդիպում է բյուրեղին, որի կողմնորոշումը անկման ճառագայթման նկատմամբ բավարարում է Վուլֆ-Բրագգի օրենքը, դիֆրակցիան տեղի է ունենում հավասարապես կողմնորոշված ​​հարթությունների յուրաքանչյուր համակարգից։ Ռենտգենյան պատկերը ստացվում է համակենտրոն շրջանակների (օղակների) տեսքով, որոնք ամրագրված են լուսանկարչական թաղանթով, որը գտնվում է նմուշի հետևում ընկած ճառագայթին ուղղահայաց:

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունը կարող է գրվել որպես ցանկացած դիֆրակցիոն անդրադարձման ամբողջական ինտենսիվության կախվածություն 2-րդ անկյան վրա: Նկար 4-ում ներկայացված են բյուրեղության բարձր աստիճանով (a), խառը կառուցվածքով (b) և ամորֆով պոլիմերների պայմանական դիֆրակցիոն օրինաչափությունները: կառուցվածքը (գ).

Բրինձ. 4. Պոլիմերների բնորոշ դիֆրակտոգրամներ՝ ստվերավորված տարածք՝ ամորֆ հալո; 01, 02, 03 - ռեֆլեքսներ

3.3 Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության արդյունքների օգտագործումը պոլիմերային տեխնոլոգիայի խնդիրների լուծման համար

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծությունը պատկերացում է տալիս պոլիմերային նյութի կառուցվածքի և դրա փոփոխության մասին՝ մշակման պայմանների հետ կապված տարբեր գործոնների ազդեցության տակ՝ ջերմաստիճան, բեռ, կողմնորոշում և այլն: Պոլիմերային կառուցվածքի վերահսկում դրա արտադրության տեխնոլոգիայում հնարավորություն է տալիս ընտրել ցանկալի հատկություններով պոլիմերների սինթեզի օպտիմալ պայմանները: Պոլիմերի ազդեցության ընթացքում կարելի է անմիջապես տեղեկատվություն ստանալ մակրոմոլեկուլների փուլային անցումների և կոնֆորմացիաների մասին։

R-փնջերի դիֆրակցիան փոքր անկյուններում թույլ է տալիս դատել մակրոմոլեկուլների և դրանց մասերի դասավորության կառուցվածքային դասավորությունը կարճ և հեռահար կարգի տարածաշրջանում, ամորֆ միջշերտերի խտությունը և բյուրեղային կառուցվածքների անկատարությունը: Այս ամենը կարևոր է վերամշակման պայմաններում ջերմամեխանիկական ազդեցության տակ պոլիմերի վարքագիծը կանխատեսելու համար։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության առավելությունը էլեկտրոնային մանրադիտակի համեմատությամբ, ինչը հնարավորություն է տալիս նման տեղեկատվություն ստանալ վերմոլեկուլային կառուցվածքի մասին, նմուշի պատրաստման պարզությունն է փոշու մեթոդով, մեծ քանակությամբ տեղեկատվություն՝ վերլուծության վրա ծախսվող ավելի քիչ ժամանակով:

3.4 Սարքի ֆունկցիոնալ դիագրամ և ազդանշանի ձևավորման սկզբունք

Ռենտգեն սարքերը պետք է բավարարեն մի քանի հիմնական պահանջներ, որոնք թելադրված են Wulf-Bragg օրենքով և R-ray օպտիկայով.

Պոլի- և մոնոխրոմատիկ ճառագայթման ստացման հնարավորությունը.

Ճառագայթների կենտրոնացում;

Օրենքի ավտոմատ կիրարկման ապահովում;

Նմուշի մակերեսի վրա միջինացում;

Ճառագայթման դետեկտորի համաչափությունը ռենտգենյան քվանտների քանակին.

Դիֆրակցիոն անկյան ավտոմատ նշում:

Նկ. 5-ը ցույց է տալիս DRON-3M սարքի ֆունկցիոնալ կառուցվածքը:

Բրինձ. 5. DRON-3M սարքի արգելափակման դիագրամ.

1 - ռենտգենյան խողովակ; 2 - նմուշ; 3 - ճառագայթման դետեկտոր; 4 - գոնիոմետր մեխանիզմ ավտոմատ դիֆրակցիոն անկյունով; 5 - էլեկտրամատակարարման համակարգ; 6 - հովացման համակարգ; 7 - դետեկտորային ազդանշանի մշակման համակարգ; 8 - ձայնագրիչ

Մոնոխրոմատիկությունը ձեռք է բերվում մետաղական փայլաթիթեղի օգտագործմամբ, որը փոխանցում է մեկ ալիքի երկարություն և, հնարավորության դեպքում, կլանում է այլ ալիքների երկարություն: Այս հատկությունն ունի նիկելի փայլաթիթեղը, որը կլանում է պղնձի հակակատոդի ճառագայթման 97%-ը և փոխանցում է շատ ցածր կլանմամբ = 1,54 E։

Ոսպնյակներ, որոնք կարող են կենտրոնացնել R- ճառագայթները, դեռ հասանելի չեն: Ուստի սարքի նախագծման մեջ անկյունները ընտրելու և չափելու համար օգտագործվում են հատուկ սարքեր՝ գոնիոմետրեր: Գոնիոմետրը ավտոմատ կերպով պահպանում է ճառագայթման կենտրոնացումը ցանկացած դիֆրակցիոն անկյան տակ: Այն ավտոմատ կերպով կատարում է Wulf-Bragg օրենքը, քանի որ այն նմուշի պտտման անկյունային արագությունը, որի վրա ընկնում է ճառագայթումը, ցանկացած պահի 2 անգամ պակաս է ճառագայթման դետեկտորի (ընդունիչի) արագությունից: Դրա շնորհիվ ցանկացած պահի դետեկտորը գտնվում է հարվածող ճառագայթման նկատմամբ 2 անկյան տակ, իսկ նմուշը՝ անկյան տակ։

Նմուշում արտացոլող հարթությունների բոլոր դասավորությունների միջինացումը տեղի է ունենում արտացոլման հարթությանը ուղղահայաց առանցքի շուրջ դրա պտտման շնորհիվ:

Որպես ազդանշանի դետեկտոր՝ օգտագործվում է ֆոտոբազմապատկիչ ունեցող ցինտիլացիոն հաշվիչը, որն ունի լավ համաչափություն իրեն մատակարարվող ռենտգենյան քվանտների քանակին։ Ձայնագրիչ ժապավենի վրա, ռենտգենյան օրինաչափությունների մեկնաբանումը հեշտացնելու համար, դիֆրակցիոն անկյունը ավտոմատ կերպով նշվում է հատուկ էլեկտրոնային սխեմայի միջոցով, որը կապված է գոնիոմետրում տեղակայված նմուշի շարժման մեխանիզմի հետ:

4. Դիֆրակտոգրամների մեկնաբանում և վերլուծության արդյունքների մշակում

4.1 Կառուցվածքային տարրերի չափերի որոշում

Տարբեր պոլիմերների կամ մեկ պոլիմերների նմուշներից ստացված, բայց տարբեր պայմաններում ստացված ռենտգենյան օրինաչափություններ կամ դիֆրակցիոն օրինաչափություններ ուսումնասիրելիս նկատվել է, որ նույն ռենտգենյան արտացոլումները տարբեր լայնություններ ունեն։ Դա բացատրվում է բյուրեղների փոքր չափերով և դրանց թերություններով։ Եթե ​​հաշվի չառնենք թերության ներդրումը ազդանշանի ընդլայնմանը, ապա բյուրեղների չափերը կարելի է որոշել արտացոլման ընդլայնումից, քանի որ թերության ներդրումը մեծության կարգով ցածր է։

Բյուրեղի չափը (L) նրա արդյունավետ չափն է, այսինքն. որոշակի արժեք, որը բնութագրում է բյուրեղի չափի կարգը: L-ի արժեքը կարելի է հաշվարկել Scherer բանաձևով

որտեղ է բյուրեղի չափը, անգստրոմները; - ալիքի երկարություն, անգստրոմներ; - գծի երկարացում, ռադիաններ; - Bragg անկյուն, աստիճան; k-ն գործակից է՝ կախված բյուրեղի ձևից։

Արժեքը որոշվում է գծի առավելագույն բարձրության կեսի մակարդակում՝ ֆոնը և ամորֆ լուսապսակը հանելուց հետո, եթե այն գտնվում է բյուրեղության գագաթների տակ։ k = 0,9 գործակիցը, եթե բյուրեղի ձևը հայտնի է, և k = 1, եթե բյուրեղը գնդաձև է: Վերջին դեպքում L = 0,75D, որտեղ D-ը ոլորտի տրամագիծն է։ Փոշու համար, որը բաղկացած է V ծավալի համասեռ հատիկներից, 20%-ից պակաս սխալով, բյուրեղային ծավալը L3 է՝ 50%-ից պակաս սխալով:

Ճիշտ արժեք ստանալու համար օգտագործվում է ստանդարտ, առավել հաճախ՝ NaCl, առավել ինտենսիվ արտացոլմամբ 2 = 31–34, կամ ուսումնասիրվող պոլիմերի լավ բյուրեղացված տեղեկատու նմուշ՝ բավականաչափ մեծ հատիկներով: Նրա համար

որտեղ B-ն ուսումնասիրված պոլիմերի գծի լայնությունն է. - ստանդարտի գծի լայնությունը:

Ստանդարտը և փորձանմուշը հետազոտվում են նույն ճեղքի լայնությամբ և ստանդարտի համար առաջնային ճառագայթի ինտենսիվության նվազմամբ (ուղղումը պետք է լինի բավականաչափ փոքր): Գծապատկերի ժապավենի վրա գրանցված դիֆրակցիոն կորի վրա գծի լայնությունը չափվում է միլիմետրերով: (4) և (5) բանաձևերը կիրառելու համար անհրաժեշտ է կատարել վերահաշվարկ։ Օրինակ, թող ժապավենի վրա մեկ անկյունային աստիճան համապատասխանի 27,3 մմ հեռավորությանը: Իր հերթին հայտնի է, որ մեկ ռադիանը համապատասխանում է մոտավորապես 57,3 աստիճանի։ Այնուհետև L-ի համար անգստրոմներում մենք ստանում ենք

2 \u003d 20º, \u003d 1,54 E, \u003d 2,2 մմ: L = 1000 E, և ժամը
= 220 մմ և այլ պարամետրերի նույն արժեքները L = 10 E. With
= 220 մմ, շատ լայն ինտենսիվության գիծ, ​​գործնականում վատ դիտարկված, և = 2,2 մմ, սա առավելագույն չափելի գիծ է:

Հետևաբար, մեթոդի կիրառման սահմանները բյուրեղների արդյունավետ չափերն են 10-ից մինչև 1000 E: Արդյունաբերական պոլիմերային նմուշների մեծամասնությունն ունեն 50-500 E բյուրեղների չափսեր, այսինքն. XRD մեթոդի կիրառելիության սահմաններում։ Չափման սխալը 10-20% է:

4.2 Պոլիմերների բյուրեղականության աստիճանի որոշում

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը հնարավորություն է տալիս իրականացնել պոլիմերների փուլային անալիզ։ Ռենտգեն փուլային վերլուծության առանձնահատուկ դեպք է պոլիմերների այսպես կոչված ռենտգենյան բյուրեղության աստիճանի որոշումը: Կապ կա այս հատկանիշի և պոլիմերների որոշ հատկությունների (խտություն, կարծրություն, հալման ելքի ուժ և այլն) միջև։ Այնուամենայնիվ, միայն բյուրեղության աստիճանի փոփոխությունը չի կարող բացատրել պոլիմերների վարքագիծը տարբեր պայմաններում: Պահանջվում է նաև այլ մեթոդներով ձեռք բերված վերմոլեկուլային կառուցվածքի փոփոխության մասին լրացուցիչ տեղեկություններ։ Ռենտգենյան բյուրեղության աստիճանը միշտ չէ, որ համընկնում է այլ մեթոդներով որոշված ​​նույն բնութագրի հետ՝ IR, NMR սպեկտրոսկոպիա, դիլատոմետրիա, ջերմային մեթոդներ և այլն։

Բյուրեղության աստիճանը () բնութագրում է կանոնավոր փաթեթավորված մոլեկուլների համամասնությունը ամբողջովին անկարգությունների մոլեկուլների նկատմամբ, այսինքն. պոլիմերում բյուրեղային և ամորֆ փուլերի հարաբերակցությունը (բյուրեղության հարաբերական աստիճան), % հաշվարկվում է բանաձևով.

Պոլիմերի բյուրեղականության ընդհանուր աստիճանը, %, հաշվարկվում է բանաձևով

որտեղ է բյուրեղային մասի տարածքը (հալոյի վերևում); ամորֆ մասի (հալոյի տակ) տարածքն է։

Բրինձ. 6. Դիֆրակցիոն կորի տակ գտնվող տարածքը բաժանելով.

ֆոնային գիծ; - հալո գիծ; 1 - իզոտակտիկ պոլիստիրոլ; 2 - պոլի-4-մեթիլպենտեն-1; 3 - պոլիտետրաֆտորէթիլեն; 4 - պոլիպրոպիլեն օքսիդ

Գործնականում դիֆրակցիոն օրինաչափության վրա բյուրեղային գագաթների և ամորֆ հոլոի տակ գտնվող տարածքները չափվում են Բրագգի անկյունների որոշակի սահմանափակ տիրույթում, հաշվի առնելով ֆոնի ուղղումը, և հայտնաբերվում է այդ տարածքների հարաբերակցությունը: Տարածքները չափվում են պլանաչափով, միլիմետրային թղթի բջիջներով կամ քաշի մեթոդով. կշռում են կտրված հատվածները և նույն թղթի 1 սմ 2-ը, որի վրա դրանք դրված են, և յուրաքանչյուր գործչի մակերեսները գտնում են համամասնությունից: Տարածքի բաժանման օրինակները ներկայացված են նկ. 6.

Դիֆրակցիոն կորի տակ գտնվող տարածքի բաժանումը բյուրեղային և ամորֆ մասերի առաջացնում է որոշակի դժվարություններ և սխալներ, որոնք կախված են կորի ձևից։ Նման ընթացակարգ իրականացնելիս կարելի է օգտագործել Հերմանսի էմպիրիկ չափանիշը, ըստ որի երկու գագաթների միջև միշտ կա մի կետ, որը չի պատկանում դրանցից որևէ մեկին, եթե արտացոլման մաքսիմումները միմյանցից առանձնացված են առնվազն 2 = 3º-ով: . Բյուրեղային գագաթների և ամորֆ հալոի ինտենսիվությունը պետք է չափվի ցրման անկյան հնարավորինս լայն տիրույթում:

5. Ատոմի կառուցվածքի որոշում ռենտգենյան դիֆրակցիոն տվյալներից

Բյուրեղի ատոմային կառուցվածքի վերծանումը ներառում է. բյուրեղի պատկանելիության որոշում 230 Ֆեդորովի (հայտնաբերված Է. Ս. Ֆեդորովի կողմից) բյուրեղային համաչափության խմբերից մեկին. ստանալով կառուցվածքի հիմնական ատոմների կոորդինատները. Առաջին և մասամբ երկրորդ խնդիրները կարող են լուծվել Լաուեի մեթոդներով և բյուրեղի ճոճմամբ կամ պտտմամբ։ Հնարավոր է վերջնականապես հաստատել բարդ կառուցվածքների հիմնական ատոմների համաչափության խումբը և կոորդինատները միայն բարդ վերլուծության և տվյալ բյուրեղից բոլոր դիֆրակցիոն արտացոլումների ինտենսիվության արժեքների մաթեմատիկական մշակման օգնությամբ: Նման մշակման վերջնական նպատակն է փորձարարական տվյալների հիման վրա հաշվարկել էլեկտրոնային խտության արժեքները r(x, y, z) բյուրեղային բջիջի ցանկացած կետում՝ x, y, z կոորդինատներով: Բյուրեղային կառուցվածքի պարբերականությունը մեզ թույլ է տալիս Ֆուրիեի շարքի միջոցով գրել դրա մեջ էլեկտրոնային խտությունը.

c(x, y, z) = 1/V? Fhkl exp [-2pi (hx + ky + lz)], (2)

որտեղ V-ը տարրական բջիջի ծավալն է, Fhkl-ը Ֆուրիեի գործակիցներն են, որոնք R. s. Ա. կոչվում են կառուցվածքային ամպլիտուդներ, i = v-1: Յուրաքանչյուր կառուցվածքային ամպլիտուդ բնութագրվում է երեք ամբողջ թվով hkl և կապված է դիֆրակցիոն արտացոլման հետ, որը որոշվում է պայմաններով (1): Գումարի (2) նպատակն է մաթեմատիկորեն հավաքել ռենտգենյան դիֆրակցիոն արտացոլումները՝ ատոմային կառուցվածքի պատկեր ստանալու համար։ Այս կերպ պատկերի սինթեզ արտադրել Ռ.ս. Ա. Դա պայմանավորված է բնության մեջ ռենտգենյան ճառագայթների ոսպնյակների բացակայությամբ (տեսանելի լույսի օպտիկայի դեպքում դրա համար ծառայում է կոնվերգենտ ոսպնյակը):

Դիֆրակցիոն արտացոլումը ալիքային գործընթաց է: Այն բնութագրվում է SFhklS-ին հավասար ամպլիտուդով և ֆազային ahkl-ով (արտացոլված ալիքի փուլային տեղաշարժը միջադեպի նկատմամբ), որի միջոցով արտահայտվում է կառուցվածքային ամպլիտուդը՝ Fhkl =SFhkl--S(cosahkl + isinahkl)։ Դիֆրակցիոն փորձը հնարավորություն է տալիս չափել միայն SFhklS2-ին համաչափ արտացոլման ինտենսիվությունները, բայց ոչ դրանց փուլերը։ Ֆազային որոշումը բյուրեղային կառուցվածքի վերծանման հիմնական խնդիրն է: Կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի սահմանումը սկզբունքորեն նույնն է ինչպես ատոմներից բաղկացած բյուրեղների, այնպես էլ մոլեկուլներից բաղկացած բյուրեղների համար: Որոշելով մոլեկուլային բյուրեղային նյութի ատոմների կոորդինատները՝ հնարավոր է մեկուսացնել դրա բաղկացուցիչ մոլեկուլները և հաստատել դրանց չափն ու ձևը:

Հեշտ է լուծել այն խնդիրը, որը կառուցվածքային մեկնաբանության հակառակն է՝ կառուցվածքային ամպլիտուդների հայտնի ատոմային կառուցվածքի և դրանցից դիֆրակցիոն անդրադարձումների ինտենսիվության հաշվարկը։ Փորձարկման և սխալի մեթոդը, որը պատմականորեն կառուցվածքների վերծանման առաջին մեթոդն է, բաղկացած է փորձնականորեն ստացված SFhklSexp-ի համեմատությունից SFhklScalc-ի արժեքների հետ՝ հաշվարկված փորձնական մոդելի հիման վրա: Կախված դիվերգենցիայի գործոնի արժեքից

փորձնական մոդելն ընդունվում կամ մերժվում է: 30-ական թթ. Բյուրեղային կառուցվածքների համար մշակվել են ավելի պաշտոնական մեթոդներ, սակայն ոչ բյուրեղային օբյեկտների համար փորձարկումն ու սխալը դեռևս գործնականում միակ միջոցն է դիֆրակցիոն օրինաչափության մեկնաբանման համար:

Միաբյուրեղների ատոմային կառուցվածքների վերծանման սկզբունքորեն նոր ճանապարհ բացվեց այսպես կոչված օգտագործմամբ. Պատերսոնի ֆունկցիաները (միջատոմային վեկտորների ֆունկցիաները): N ատոմներից բաղկացած ինչ-որ կառուցվածքի Paterson ֆունկցիան կառուցելու համար մենք այն տեղափոխում ենք իրեն զուգահեռ այնպես, որ առաջին ատոմը առաջինը դիպչի ֆիքսված սկզբնակետին: Վեկտորները սկզբնաղբյուրից մինչև կառուցվածքի բոլոր ատոմները (ներառյալ զրոյական երկարությամբ վեկտորը մինչև առաջին ատոմը) ցույց կտան միջատոմային վեկտորների ֆունկցիայի N մաքսիմումների դիրքը, որոնց ամբողջությունը կոչվում է կառուցվածքի պատկեր. Ատոմ 1. Դրանց ավելացնենք ևս N մաքսիմումներ, որոնց դիրքը ցույց կտա N վեկտորներ երկրորդ ատոմից, որոնք տեղադրված են կառուցվածքի նույն սկզբնակետին զուգահեռ տեղափոխման ժամանակ: Այս պրոցեդուրան կատարելով բոլոր N ատոմների հետ (նկ. 3), մենք կստանանք N2 վեկտորներ: Նրանց դիրքը նկարագրող ֆունկցիան Paterson ֆունկցիան է։

Բրինձ. 3. 3 ատոմից բաղկացած կառուցվածքի համար Պատերսոնի ֆունկցիայի կառուցման սխեմա։

Paterson ֆունկցիայի համար P(u, u, w) (u, u, w միջատոմային վեկտորների տարածության կետերի կոորդինատներն են), կարելի է ստանալ արտահայտությունը.

P (u, x, u) \u003d 2 / V? |Ֆհկլ|2 cos 2р (hu + kх + lш), (4)

որից հետևում է, որ այն որոշվում է կառուցվածքային ամպլիտուդների մոդուլներով, կախված չէ դրանց փուլերից և, հետևաբար, կարող է ուղղակիորեն հաշվարկվել դիֆրակցիոն փորձի տվյալներից։ P (u, u, w) ֆունկցիան մեկնաբանելու դժվարությունը կայանում է նրանում, որ անհրաժեշտ է գտնել N ատոմների կոորդինատները N2-ից իր առավելագույնի, որոնցից շատերը միաձուլվում են միջատոմային վեկտորների ֆունկցիան կառուցելիս առաջացող համընկնումների պատճառով: P (u, u, w) վերծանման ամենապարզ դեպքն այն դեպքն է, երբ կառուցվածքը պարունակում է մեկ ծանր ատոմ և մի քանի թեթև ատոմ։ Նման կառույցի պատկերը ծանր ատոմում զգալիորեն կտարբերվի դրա այլ պատկերներից։ Տարբեր մեթոդների շարքում, որոնք հնարավորություն են տալիս որոշել Paterson ֆունկցիայի կողմից ուսումնասիրվող կառույցի մոդելը, ամենաարդյունավետը այսպես կոչված սուպերպոզիցիոն մեթոդներն էին, որոնք հնարավորություն տվեցին պաշտոնականացնել դրա վերլուծությունը և կատարել այն համակարգչում:

Paterson ֆունկցիայի մեթոդները լուրջ դժվարությունների են հանդիպում ատոմային թվով միանման կամ նմանատիպ ատոմներից կազմված բյուրեղների կառուցվածքների ուսումնասիրության մեջ։ Այս դեպքում առավել արդյունավետ են ստացվել կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի որոշման այսպես կոչված ուղղակի մեթոդները։ Հաշվի առնելով այն փաստը, որ բյուրեղում էլեկտրոնային խտության արժեքը միշտ դրական է (կամ հավասար է զրոյի), կարելի է ստանալ մեծ թվով անհավասարություններ, որոնցում համապատասխանում են r(x, y) ֆունկցիայի Ֆուրիեի գործակիցները (կառուցվածքային ամպլիտուդները). , զ) հնազանդվել. Օգտագործելով անհավասարությունների մեթոդները, համեմատաբար հեշտ է վերլուծել բյուրեղի միավորի բջջում մինչև 20–40 ատոմ պարունակող կառուցվածքները։ Ավելի բարդ կառուցվածքների համար օգտագործվում են խնդրի հավանական մոտեցման վրա հիմնված մեթոդներ. կառուցվածքային ամպլիտուդները և դրանց փուլերը դիտարկվում են որպես պատահական փոփոխականներ; Այս պատահական փոփոխականների բաշխման գործառույթները բխում են ֆիզիկական ներկայացումներից, որոնք հնարավորություն են տալիս գնահատել՝ հաշվի առնելով կառուցվածքային ամպլիտուդների մոդուլների փորձարարական արժեքները, փուլերի ամենահավանական արժեքները: Այս մեթոդներն իրականացվում են նաև համակարգչի վրա և հնարավորություն են տալիս վերծանել 100–200 և ավելի ատոմներ պարունակող կառուցվածքները բյուրեղի միավոր բջիջում։

Այսպիսով, եթե կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերը հաստատված են, ապա բյուրեղում էլեկտրոնային խտության բաշխումը կարելի է հաշվարկել (2-ից), այս բաշխման առավելագույն չափերը համապատասխանում են կառուցվածքում ատոմների դիրքին (նկ. 3): Ատոմների կոորդինատների վերջնական ճշգրտումն իրականացվում է համակարգչի վրա՝ օգտագործելով նվազագույն քառակուսիների մեթոդը և, կախված փորձի որակից և կառուցվածքի բարդությունից, թույլ է տալիս դրանք ստանալ E-ի հազարերորդական ճշգրտությամբ (օգտագործելով ժամանակակից դիֆրակցիոն փորձ, դուք կարող եք նաև հաշվարկել բյուրեղում ատոմների ջերմային թրթռումների քանակական բնութագրերը՝ հաշվի առնելով այդ թրթռումների անիզոտրոպիան): Ռ.ս. Ա. հնարավորություն է տալիս հաստատել ատոմային կառուցվածքների ավելի նուրբ բնութագրերը, օրինակ՝ բյուրեղում վալենտային էլեկտրոնների բաշխումը։ Սակայն այս բարդ խնդիրը մինչ այժմ լուծվել է միայն ամենապարզ կառույցների համար։ Այս նպատակով նեյտրոնների դիֆրակցիայի և ռենտգենյան դիֆրակցիոն հետազոտությունների համադրությունը շատ խոստումնալից է. ատոմային միջուկների կոորդինատների վերաբերյալ նեյտրոնային դիֆրակցիոն տվյալները համեմատվում են ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիայի միջոցով ստացված էլեկտրոնային ամպի տարածական բաշխման հետ: Ա. Բազմաթիվ ֆիզիկական և քիմիական խնդիրներ լուծելու համար համատեղ օգտագործվում են ռենտգենյան դիֆրակցիոն հետազոտություններ և ռեզոնանսային մեթոդներ։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության ձեռքբերումների գագաթնակետը սպիտակուցների, նուկլեինաթթուների և այլ մակրոմոլեկուլների եռաչափ կառուցվածքի վերծանումն է։ Բնական պայմաններում սպիտակուցները, որպես կանոն, բյուրեղներ չեն առաջացնում։ Սպիտակուցների մոլեկուլների կանոնավոր դասավորվածության հասնելու համար սպիտակուցները բյուրեղացվում են, այնուհետև ուսումնասիրվում է դրանց կառուցվածքը: Սպիտակուցային բյուրեղների կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերը կարող են որոշվել միայն ռադիոգրագետների և կենսաքիմիկոսների համատեղ ջանքերի արդյունքում։ Այս խնդիրը լուծելու համար անհրաժեշտ է ձեռք բերել և ուսումնասիրել բուն սպիտակուցի բյուրեղները, ինչպես նաև նրա ածանցյալները՝ ծանր ատոմների ընդգրկմամբ, և այդ բոլոր կառույցներում ատոմների կոորդինատները պետք է համընկնեն։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծությունը հնարավորություն է տալիս օբյեկտիվորեն հաստատել բյուրեղային նյութերի կառուցվածքը, ներառյալ այնպիսի բարդ նյութեր, ինչպիսիք են վիտամինները, հակաբիոտիկները, կոորդինացիոն միացությունները և այլն: Բյուրեղի ամբողջական կառուցվածքային ուսումնասիրությունը հաճախ հնարավորություն է տալիս լուծել զուտ քիմիական խնդիրներ, օրինակ՝ հաստատել կամ կատարելագործել քիմիական բանաձևը, կապի տեսակը, հայտնի խտության կամ խտության մոլեկուլային քաշը հայտնի մոլեկուլային քաշով, սիմետրիա և մոլեկուլների կոնֆիգուրացիա։ և մոլեկուլային իոններ։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը հաջողությամբ օգտագործվում է պոլիմերների բյուրեղային վիճակն ուսումնասիրելու համար։ Արժեքավոր տեղեկություններ են տալիս նաև ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը՝ ամորֆ և հեղուկ մարմինների ուսումնասիրության ժամանակ։ Նման մարմինների ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունները պարունակում են մի քանի լղոզված դիֆրակցիոն օղակներ, որոնց ինտենսիվությունը արագորեն նվազում է q-ի աճով։ Ելնելով այս օղակների լայնությունից, ձևից և ինտենսիվությունից՝ կարելի է եզրակացություններ անել որոշակի հեղուկ կամ ամորֆ կառուցվածքում փոքր հեռահարության կարգի առանձնահատկությունների մասին։

Ռենտգենյան ճառագայթների կիրառման կարևոր բնագավառ է մետաղների և համաձուլվածքների ռադիոգրաֆիան, որը դարձել է գիտության առանձին ճյուղ։ «Ռադիոգրաֆիա» հասկացությունը ռենտգենյան ճառագայթների ամբողջական կամ մասնակի դիֆրակցիոն վերլուծության հետ մեկտեղ ներառում է նաև ռենտգենյան ճառագայթների օգտագործման այլ եղանակներ՝ ռենտգենյան արատների հայտնաբերում (փոխանցում), ռենտգենյան սպեկտրային վերլուծություն, ռենտգեն միկրոսկոպիա և այլն։ . Որոշվել են մաքուր մետաղների և բազմաթիվ համաձուլվածքների կառուցվածքները։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի հիման վրա համաձուլվածքների բյուրեղային քիմիան մետաղագիտության առաջատար ճյուղերից է։ Մետաղական համաձուլվածքների ոչ մի վիճակի դիագրամ չի կարող արժանահավատորեն հաստատված համարվել, եթե այդ համաձուլվածքները չեն ուսումնասիրվել ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզով: Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության մեթոդների կիրառման շնորհիվ հնարավոր է դարձել խորապես ուսումնասիրել մետաղների և համաձուլվածքների կառուցվածքային փոփոխությունները դրանց պլաստիկ և ջերմային մշակման ընթացքում։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի մեթոդը նույնպես լուրջ սահմանափակումներ ունի։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն ամբողջական վերլուծության համար անհրաժեշտ է, որ նյութը լավ բյուրեղանա և բավականաչափ կայուն բյուրեղներ տա: Երբեմն անհրաժեշտ է հետազոտություն անցկացնել բարձր կամ ցածր ջերմաստիճաններում։ Սա մեծապես բարդացնում է փորձը: Ամբողջական ուսումնասիրությունը շատ ժամանակատար է, ժամանակատար և ներառում է մեծ քանակությամբ հաշվողական աշխատանք:

Միջին բարդության ատոմային կառուցվածք ստեղծելու համար (~50–100 ատոմ միավոր բջջում) անհրաժեշտ է չափել մի քանի հարյուր և նույնիսկ հազարավոր դիֆրակցիոն արտացոլումների ինտենսիվությունը։ Այս շատ ժամանակատար և տքնաջան աշխատանքը կատարվում է համակարգչային կառավարվող ավտոմատ միկրոդենսիոմետրերի և դիֆրակտոմետրերի միջոցով, երբեմն մի քանի շաբաթ կամ նույնիսկ ամիսներ շարունակ (օրինակ՝ սպիտակուցային կառուցվածքների վերլուծության ժամանակ, երբ արտացոլումների թիվը հասնում է հարյուր հազարների): Այս առումով, վերջին տարիներին ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի խնդիրներ լուծելու համար լայնորեն կիրառվում են գերարագ համակարգիչները։ Այնուամենայնիվ, նույնիսկ համակարգիչների օգտագործման դեպքում կառուցվածքի որոշումը մնում է բարդ և ժամանակատար աշխատանք: Դիֆրակտոմետրում մի քանի հաշվիչների օգտագործումը, որոնք կարող են զուգահեռ արձանագրել արտացոլումները, կարող է նվազեցնել փորձի ժամանակը: Դիֆրակտոմետրիկ չափումները զգայունության և ճշգրտության առումով գերազանցում են լուսանկարչական ձայնագրությանը:

Թույլ տալով ձեզ օբյեկտիվորեն որոշել մոլեկուլների կառուցվածքը և բյուրեղներում մոլեկուլների փոխազդեցության ընդհանուր բնույթը, ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը միշտ չէ, որ հնարավորություն է տալիս անհրաժեշտ որոշակիությամբ դատել քիմիական կապերի բնույթի տարբերությունները: մոլեկուլ, քանի որ կապի երկարությունների և կապի անկյունների որոշման ճշգրտությունը հաճախ անբավարար է այդ նպատակով: Մեթոդի լուրջ սահմանափակում է նաև թեթև ատոմների և հատկապես ջրածնի ատոմների դիրքերը որոշելու դժվարությունը։

7. Գրականություն

1) Ն.Վ.Բելով, Կառուցվածքային բյուրեղագրություն, Մոսկվա, 1951;

2) Ժդանով Գ.Ս., Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի հիմունքներ, Մ. - Լ., 1940;

3) Ջեյմս Ռ., Ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիայի օպտիկական սկզբունքներ, Մոսկվա, 1950;

4) Boky G. B., Poray-Koshits M. A., ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզ: Մ., 1964;

5) Իգոլինսկայա Ն.Մ., Պոլիմերների ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզ, Կեմերովո., 2008;

Հյուրընկալվել է Allbest.ru-ում

Նմանատիպ փաստաթղթեր

Ռենտգեն կառուցվածքային վերլուծություն. Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի հիմնական փորձարարական մեթոդները՝ Լաու մեթոդ, փոշի, բյուրեղային պտույտ, փոքր անկյունային ցրում, Դեբայ-Շերեր։ Ատոմի կառուցվածքի որոշումը ռենտգենյան դիֆրակցիոն տվյալներից:

կուրսային աշխատանք, ավելացվել է 28.12.2015թ


Անալիզի արդյունքների մաթեմատիկական մշակման և որակի գնահատման հայեցակարգը: Անալիզի արդյունքների ճիշտությունը, ճշգրտությունը, հուսալիությունը: Անալիտիկ ազդանշանի արժեքի գրանցում և չափում: Վերլուծությունից հետո ստացված արդյունքների նկարագրությունը և էությունը.

վերացական, ավելացվել է 23.01.2009թ


Քրոմատազանգվածի սպեկտրոմետրիան օրգանական քիմիայում. Ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիա՝ ֆիզիկական և քիմիական հիմքեր, սարքեր։ Բոլոր իոնների համար քրոմատոգրամի օրինակ: Ֆուրիեի սպեկտրոմետրի բլոկային դիագրամ. Օրգանական միացության բանաձևի վերծանում՝ ըստ տարերային վերլուծության.

թեստ, ավելացվել է 17.05.2016թ


Որակական վերլուծության հայեցակարգը և էությունը. Նպատակը, հնարավոր մեթոդները, դրանց նկարագրությունը և բնութագրերը: Անօրգանական և օրգանական նյութերի որակական քիմիական վերլուծություն. Վերլուծության արդյունքների մաթեմատիկական մշակում, ինչպես նաև ցուցանիշների արժեքների նկարագրություն:

վերացական, ավելացվել է 23.01.2009թ


Բնական էնանտիոմերների կոնֆիգուրացիաների որոշումը որպես օրգանական քիմիայի կարևորագույն խնդիր: Միացությունների բացարձակ կոնֆիգուրացիայի որոշումը ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզով: Հարաբերական կոնֆիգուրացիայի սահմանում. Օպտիկական ռոտացիայի ցրում:

վերացական, ավելացվել է 23.05.2016թ


Քիմիական գործընթացների ուսումնասիրությունների հաշվարկման և մշակման վիճակագրական մեթոդների կիրառում. Անալիզի արդյունքների վիճակագրական մշակում P = 0,9 վստահության հավանականությամբ՝ սահմանելով ֆունկցիոնալ հարաբերություն տվյալ արժեքների միջև։

թեստ, ավելացվել է 01/29/2008


Նյութի որակական կամ քանակական բաղադրությունը հաստատելու համար նյութի վերլուծություն: Տարասեռ համակարգերի կառուցվածքային բաղադրիչների տարանջատման և որոշման քիմիական, ֆիզիկական և ֆիզիկաքիմիական մեթոդներ: Արդյունքների վիճակագրական մշակում.

վերացական, ավելացվել է 19.10.2015թ


Լակտոֆերինի կառուցվածքը և ֆիզիկաքիմիական հատկությունները. Ռենտգենյան և օպտիկական դիֆրակցիայի մեթոդներ. Ծանոթացում սպիտակուցային գելային քրոմատոգրաֆիայի պայմաններին. Լակտոֆերինի օլիգոմերային ձևերի վերլուծություն գելային քրոմատագրման, լույսի ցրման և աբլյացիայի միջոցով:

թեզ, ավելացվել է 28.04.2012թ


Օգտագործումը ֆիզիկաքիմիական մեթոդներում՝ նյութերի ֆիզիկական հատկությունների կախվածությունը դրանց քիմիական կազմից վերլուծելու համար։ Անալիզի գործիքային մեթոդներ (ֆիզիկական) գործիքների կիրառմամբ. Քիմիական (դասական) անալիզ (տիտրաչափություն և ծանրաչափություն):

վերացական, ավելացվել է 24.01.2009թ


Հաֆնիումի բնութագրերը. Անալիզի սպեկտրոֆոտոմետրիկ մեթոդների ուսումնասիրություն. Հաֆնիումի որոշում քսիլեն նարնջի, կատեխոլ մանուշակի, կվերցետինի և մորինի միջոցով: Ռեակտիվների համեմատությունը ըստ զգայունության. Էլեկտրաքիմիական վերլուծության մեթոդներ.

Ռենտգենյան Կառուցվածքային ՎԵՐԼՈՒԾՈՒԹՅՈՒՆ(Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն) - նյութերի ատոմային կառուցվածքի ուսումնասիրության մեթոդներ՝ տարածության մեջ բաշխման և վերլուծված օբյեկտի վրա ցրված ռենտգենյան ճառագայթների ինտենսիվությունների միջոցով: . Ռ.ս. Ա. բյուրեղային նյութերը թույլ են տալիս սահմանել ատոմների կոորդինատները 0,1-0,01 նմ ճշգրտությամբ, որոշել այդ ջերմային ատոմների բնութագրերը, ներառյալ անիզոտրոպիան և ներդաշնակություններից շեղումները: օրենք, ստանալ on eksperim. . քիմ. կապեր բյուրեղներում և մոլեկուլներում: Այս մեթոդները օգտագործվում են մետաղների և համաձուլվածքների, հանքանյութերի, անօրգանական նյութերի ուսումնասիրության համար։ և օրգանական միացություններ, սպիտակուցներ, նուկլեինաթթուներ, վիրուսներ։ Մասնագետ. Ռ–ի մեթոդների հետ։ Ա. թույլ են տալիս ուսումնասիրել պոլիմերներ, ամորֆ նյութեր, հեղուկներ, գազեր։

Դիֆրակցիայի մեջ նյութերի ատոմային կառուցվածքի ուսումնասիրության մեթոդներ Ռ.ս. Ա. նաիբն է։ տարածված ու զարգացած։ Նրա հնարավորությունները լրացվում են մեթոդներով նեյտրոնոգրաֆիաԵվ էլեկտրոնոգրաֆիա.Դիֆրակցիա պատկերը կախված է ուսումնասիրվող օբյեկտի ատոմային կառուցվածքից, ռենտգենյան ճառագայթների բնույթից և ալիքի երկարությունից։ ճառագայթում. Սահմանել նյութի ատոմային կառուցվածքը Նաիբ. ռենտգենյան ճառագայթների արդյունավետ օգտագործումը. ~ 10 նմ կամ պակաս ալիքի երկարությամբ ճառագայթում, այսինքն՝ ատոմների չափի կարգի։ Հատկապես հաջողությամբ և բարձր ճշգրտությամբ Ռ. Ա. ուսումնասիրել բյուրեղի ատոմային կառուցվածքը. առարկաներ, որոնց կառուցվածքն ունի խիստ պարբերականություն, և նրանք, հետևաբար, բնական են։ եռաչափ դիֆրակցիա. վանդակաճաղ ռենտգենի համար ճառագայթում.

Պատմական անդրադարձ

Ռ. ս. Ա. բյուրեղային նյութերի վարդապետությունն է: 1890-ին ռուս. բյուրեղագետ Է. Ս. Ֆեդորովը և Գերման. Մաթեմատիկոս Ա. Շոնֆլիսը (Ա. Շոնֆլիս) ավարտեց 230 տիեզերական խմբերի ածանցումը, որոնք բնութագրում էին բյուրեղներում ատոմների դասավորության բոլոր հնարավոր եղանակները: Ռենտգենյան դիֆրակցիա. ճառագայթներ բյուրեղների վրա, որը փորձնական է։ Ռ.-ի հիմնադրամի հետ. ա., հայտնաբերվել է 1912 թվականին Մ. Լաուեի (Մ. Լաուե) և նրա համախոհներ Վ. Ֆրիդրիխի և Պ. Քնիփինգի կողմից։ Լաուի կողմից մշակված ռենտգենյան դիֆրակցիայի տեսությունը։ բյուրեղների վրա ճառագայթները հնարավորություն են տվել կապել ճառագայթման ալիքի երկարությունը, բյուրեղի միավորի բջջի գծային չափերը, a, բ, գ, անկման անկյունները և դիֆրակցիոն ճառագայթները՝ ըստ հարաբերությունների

Որտեղ հ, կ,լ- ամբողջ թվեր ( բյուրեղագրական ցուցանիշներՀարաբերությունները (1) կոչվում են Լաուեի հավասարումներ, դրանց կատարումն անհրաժեշտ է ռենտգենյան դիֆրակցիայի առաջացման համար։ ճառագայթները բյուրեղի վրա. (1) հավասարումների իմաստն այն է, որ զուգահեռ ճառագայթների միջև ցրված ատոմները, որոնք համապատասխանում են հարևան վանդակավոր տեղամասերին, պետք է լինեն ամբողջ թվով բազմապատիկ:

1913 թվականին W. L. Bragg-ը և G. V. Wulff-ը ցույց տվեցին այդ դիֆրակցիան։ ռենտգեն ճառագայթը կարելի է համարել որպես որոշակի բյուրեղագրական համակարգից ընկած ճառագայթի արտացոլում: միջպլանային տարածություններով հարթություններ դ. որտեղ է անկյունը արտացոլող հարթության և դիֆրակցիայի միջև: ճառագայթ (Bragg անկյուն): 1913-14 թվականներին W. G.-ն և W. L. Braggi-ն առաջինն են օգտագործել ռենտգենյան դիֆրակցիան։ ճառագայթներ փորձերի համար. Բյուրեղների NaCl, Cu, ադամանդի և այլնի ատոմային կառուցվածքի ստուգում, որը նախկինում կանխատեսել էր Վ. Բարլոուն: 1916 թվականին Պ. Դեբին և Պ. Շերերը առաջարկեցին և մշակեցին դիֆրակցիան: Բազմաբյուրեղների ռենտգեն դիֆրակցիոն ուսումնասիրության մեթոդներ. նյութեր ( Debye - Scherrera մեթոդ).

որպես ռենտգենյան ճառագայթների աղբյուր: ճառագայթում օգտագործվել են (և դեռ օգտագործվում են) զոդված ռենտգենյան ճառագայթներ: Անոդներով խողովակներ դեկտ. մետաղներ և, հետևաբար, տարբեր համապատասխան հատկանիշներով։ ճառագայթում - Fe (= 19,4 նմ), Cu (= 15,4 նմ), Mo (= 7,1 նմ), Ag (= 5,6 նմ): Հետագայում հայտնվեցին մեծության կարգով ավելի հզոր խողովակներ՝ պտտվող անոդով. հզոր, ունենալով սպիտակ (շարունակական) ճառագայթման սպեկտրի աղբյուր՝ ռենտգեն։ սինքրոտրոնային ճառագայթում. Մոնոքրոմատորների համակարգի օգնությամբ հնարավոր է շարունակաբար փոխել հետազոտության մեջ օգտագործվող սինքրետրոնային ռենտգենը։ ճառագայթումը, որը հիմնարար նշանակություն ունի Ռ.ս. Ա. անոմալ ցրման հետևանքները. Որպես ճառագայթման դետեկտոր Ռ.ս. Ա. ծառայում է որպես ռենտգեն: լուսանկարչական թաղանթ, to-ruyu տեղահանել ցինտիլյացիա և կիսահաղորդչային դետեկտորներ: Արդյունավետությունը չափվելու է: համակարգերը կտրուկ աճել են կոորդինատային միաչափ և երկչափ դետեկտորների օգտագործմամբ:

R.-ի օգնությամբ ստացված տեղեկատվության քանակ n որակ: ա., կախված են փորձերի չափումների և մշակման ճշգրտությունից. տվյալները։ Դիֆրակցիոն մշակման ալգորիթմներ. տվյալները որոշվում են ռենտգենյան ճառագայթների փոխազդեցության տեսության օգտագործված մոտավորմամբ։ ճառագայթում նյութով. 1950-ական թթ սկսվեց համակարգիչների օգտագործումը ռենտգենյան դիֆրակցիոն փորձերի տեխնիկայում և մշակման փորձերի համար։ տվյալները։ Ստեղծվել է բյուրեղային նյութերի ուսումնասիրության լիովին ավտոմատացված համակարգեր: նյութերը, to-rye անցկացնել փորձ, մշակման փորձեր. տվյալներ, հիմնական կառուցվածքի ատոմային մոդելի կառուցման և ճշգրտման ընթացակարգերը և, վերջապես, գրաֆիկական: հետազոտության արդյունքների ներկայացում. Սակայն այս համակարգերի օգնությամբ դեռ հնարավոր չէ ինքնաբերաբար ուսումնասիրել։ ռեժիմային բյուրեղներ կեղծ համաչափությամբ, զույգ նմուշներ և այլ կառուցվածքային հատկանիշներով բյուրեղներ:

Փորձարարական մեթոդներ ռենտգեն կառուցվածքային վերլուծություն

Իրականացնել դիֆրակցիոն պայմանները (1) և գրանցել դիրքը տարածության մեջ և ցրված ռենտգենյան ճառագայթների ինտենսիվությունը: ճառագայթումը ծառայում է որպես ռենտգենյան ճառագայթներ: տեսախցիկներ և ռենտգենյան ճառագայթներ: դիֆրակտոմետրեր՝ ճառագայթման գրանցմամբ, համապատասխանաբար ֆոտոգր. մեթոդներ կամ ճառագայթային դետեկտորներ: Նմուշի բնույթը (մեկ բյուրեղ կամ բազմաբյուրեղ, մասնակի դասավորված կառուցվածքով նմուշ կամ ամորֆ մարմին, հեղուկ կամ գազ), դրա չափը և լուծվող խնդիրը որոշում են ցրված ռենտգենյան ճառագայթման պահանջվող ազդեցությունը և ճշգրտությունը։ ձայնագրությունը. ճառագայթումը և, հետևաբար, Ռ.ս.-ի որոշակի մեթոդ. Ա. Ուսումնասիրել միայնակ բյուրեղները, երբ դրանք օգտագործվում են որպես ռենտգենյան ճառագայթների աղբյուր: փակված ռենտգենյան ճառագայթում: խողովակի բավարար նմուշի ծավալը ~10 -3 մմ 3: Բարձրորակ դիֆրակցիա ստանալու համար նկարում, նմուշը պետք է ունենա ամենակատարյալ կառուցվածքը, և դրա արգելափակումը չի խանգարում կառուցվածքային ուսումնասիրություններին: Խոշոր, գրեթե կատարյալ միայնակ բյուրեղների իրական կառուցվածքը ուսումնասիրվում է ռենտգեն տեղագրություն, to-ruyu երբեմն կոչվում է նաեւ R. s. Ա.

Laue մեթոդ- միայնակ բյուրեղների ռենտգենյան նմուշներ ստանալու ամենապարզ մեթոդը: Լաուի փորձի բյուրեղը անշարժ է, և օգտագործված ռենտգենը: ճառագայթումն ունի շարունակական սպեկտր: Դիֆրակցիայի գտնվելու վայրը Lauegrams-ի վրա բծերը կախված են միավորի բջջի չափից և բյուրեղյա համաչափություն, ինչպես նաև նմուշի կողմնորոշման վրա՝ կապված պատահական ռենտգենի հետ։ ճառագայթ. Laue մեթոդը հնարավորություն է տալիս վերագրել մեկ բյուրեղը 11 Laue սիմետրիկ խմբերից մեկին և հաստատել դրա բյուրեղագրական կողմնորոշումը: axes դեպի անկյունային. րոպե (տես Լաու մեթոդ). Դիֆրակցիայի բնույթով բծերը Lauegrams-ի վրա, և հատկապես աստղագուշակության (բծերի լղոզում) ի հայտ գալով, հնարավոր է բացահայտել ներքինը։ լարումները և նմուշի որոշ այլ կառուցվածքային առանձնահատկություններ: Laue մեթոդը ստուգում է միայնակ բյուրեղների որակը և ընտրում առավելագույնը: կատարյալ նմուշներ ավելի ամբողջական կառուցվածքային ուսումնասիրության համար (ռենտգենյան գոնիոմետրիկ մեթոդներ, տես ստորև):

Նմուշի ճոճման և պտտման եղանակները որոշում են տվյալ բյուրեղագրական երկայնքով կրկնության (հեռարձակման) ժամանակաշրջանները: ուղղությունները, ստուգեք բյուրեղի համաչափությունը և չափեք դիֆրակցիայի ինտենսիվությունը: արտացոլումներ. Փորձի ընթացքում նմուշը թրթռում է: կամ պտտել: շարժում առանցքի շուրջ, որը համընկնում է բյուրեղագրականներից մեկի հետ: առանցքները նմուշի, դեպի-ruyu նախկինում կողմնորոշված ​​ուղղահայաց միջադեպի ռենտգեն. ճառագայթ. Դիֆրակցիա նկարը ստեղծված է մոնոխրոմատիկով: ճառագայթում, գրանցվում է ռենտգենի վրա։ ֆիլմը գլանաձեւ ձայներիզ, որի առանցքը համընկնում է նմուշի տատանման առանցքի հետ։ Դիֆրակցիա Մշակված թաղանթի վրա նման նկարահանման երկրաչափությամբ բծերը, պարզվում է, գտնվում են զուգահեռ գծերի ընտանիքի վրա (նկ. 1): Վերադարձի ժամկետը Տբյուրեղագրական երկայնքով ուղղությունն է.

Որտեղ Դ- կասետի տրամագիծը, - ռադիոգրաֆիայի համապատասխան ուղիղ գծերի միջև հեռավորությունը. Քանի որ այն հաստատուն է, Լաուեի պայմանները (1) բավարարվում են՝ փոխելով անկյունները նմուշի ճոճման կամ պտտման ժամանակ: Սովորաբար նմուշի ճոճման և պտույտի ռենտգենյան օրինաչափությունների վրա, դիֆրակցիան: բծերը համընկնում են: Այս անցանկալի ազդեցությունից խուսափելու համար կարող եք նվազեցնել անկյունը: նմուշի տատանումների ամպլիտուդ: Այս տեխնիկան օգտագործվում է, օրինակ, Ռ.ս. Ա. սպիտակուցներ, որտեղ ճոճվող ռադիոգրաֆիաներն օգտագործվում են դիֆրակցիայի ինտենսիվությունը չափելու համար։ արտացոլումներ.

Բրինձ. Նկար 1. Na 4 MnTi(Zr,Ti) 2 0 2 (F,OH) 2 2 սեյդոսերիտի միներալի ճոճման ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափություն.

Ռենտգեն մեթոդներ. Ռենտգենյան մեթոդներով մեկ բյուրեղի ամբողջական կառուցվածքային ուսումնասիրության համար: Ա. անհրաժեշտ է որոշել դիրքը տարածության մեջ և չափել բոլոր դիֆրակցիայի ինտեգրալ ինտենսիվությունները: արտացոլումներ, որոնք առաջանում են ճառագայթման օգտագործումից տվյալ տվյալի հետ. Դա անելու համար փորձարկման ընթացքում նմուշը պետք է աղեղի կարգի ճշգրտությամբ: րոպե կողմնորոշումներ վերցնելու համար, որոնց համար (1) պայմանները հետևողականորեն բավարարված են բյուրեղագրական բոլոր ընտանիքների համար: նմուշային ինքնաթիռներ; մինչդեռ շատերը գրանցված են։ հարյուրավոր և նույնիսկ հազարավոր տարբերություններ: ռեֆլեքսներ. Դիֆրակցիան գրանցելիս ռենտգեն նկարներ. լուսանկարչական թաղանթ, արտացոլումների ինտենսիվությունը որոշվում է միկրոդենսիտոմետրով՝ ըստ սևացման աստիճանի և դիֆրակցիայի չափի։ բծերը. Քայքայման մեջ: Գոնիոմետրերի տեսակներն իրականացվում են տարբեր. գեոմ. դիֆրակցիոն գրանցման սխեմաներ. նկարներ. Դիֆրակցիայի ինտենսիվությունների ամբողջական հավաքածու: արտացոլումները ստացվում են մի շարք ռադիոգրաֆիայի վրա, արտացոլումները գրանցվում են յուրաքանչյուր ռադիոգրաֆիայի վրա, բյուրեղագրական: ինդեքսներ to-rykh superimposed def. սահմանափակումներ. Օրինակ՝ տեսակի արտացոլումները hk0, hk1( բրինձ. 2) . Բյուրեղի ատոմային կառուցվածքը հաստատելու համար, որի միավոր բջիջը պարունակում է ~100 ատոմ, անհրաժեշտ է չափել մի քանիսը: հազար դիֆ. արտացոլումներ. Սպիտակուցի միայնակ բյուրեղների դեպքում փորձի ծավալը մեծանում է մինչև 10 4 -10 6 անդրադարձ:

Բրինձ. Նկ. 2. Վայզենբերգի ռենտգենյան գոնիոմետրով ստացված հանքային սեյդոսերիտի ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափություն: Գրանցված դիֆրակցիոն արտացոլումները ունեն ինդեքսներ։ Նույն կորի վրա տեղակայված արտացոլումները բնութագրվում են հաստատուն k ինդեքսով.

Ֆիլմը ռենտգեն հաշվիչներով փոխարինելիս: քվանտները մեծացնում են դիֆրակցիոն ինտենսիվության չափման զգայունությունը և ճշգրտությունը: արտացոլումներ. Ժամանակակից ավտոմատ դիֆրակտոմետրերն ապահովված են պտտման 4 առանցքներով (3 նմուշի և 1 դետեկտորի համար), ինչը հնարավորություն է տալիս կիրառել տարբեր երկրաչափությունների դիֆրակցիոն գրանցման մեթոդներ։ արտացոլումներ. Նման սարքը ունիվերսալ է, այն կառավարվում է համակարգչով և հատուկ մշակված ալգորիթմներով ու ծրագրերով։ Համակարգչի առկայությունը թույլ է տալիս ներկայացնել հետադարձ կապ, յուրաքանչյուր դիֆրակցիայի չափումների օպտիմալացում։ արտացոլումները և, հետևաբար, բնությունները: ամբողջ դիֆրակցիան պլանավորելու եղանակ: փորձ. Ինտենսիվությունների չափումները կատարվում են կառուցվածքային խնդրի լուծման համար անհրաժեշտ վիճակագրությամբ: ճշգրտություն. Այնուամենայնիվ, ինտենսիվության չափման ճշգրտության բարձրացումը մեծության կարգով պահանջում է չափման ժամանակի մեծացում երկու կարգով: Փորձարկման նմուշի որակը սահմանափակում է չափումների ճշգրտությունը: Սպիտակուցային բյուրեղների համար (տես ստորև) փորձի ժամանակը կրճատվում է երկչափ դետեկտորների միջոցով, որոնցում զուգահեռաբար կատարվում են բազմաթիվ չափումներ։ տասնյակ դիֆրակցիա արտացոլումներ. Այս դեպքում կորցնում է բաժնի մակարդակով չափումների օպտիմալացման հնարավորությունը։ ռեֆլեքս.

Բազմաբյուրեղների ուսումնասիրության մեթոդ (Դեբայ-Շերեր մեթոդ). Համար Ռ.ս. Ա. բյուրեղային փոշիներ, կերամիկական նյութեր և այլն բազմաբյուրեղ: Օբյեկտներ, որոնք բաղկացած են մեծ թվով փոքր, պատահականորեն կողմնորոշված ​​միմյանց նկատմամբ միայնակ բյուրեղներից, օգտագործվում է մոնոխրոմատիկ: ռենտգեն ճառագայթում. Ռենտգեն պոլիկրիստալից: նմուշը (դե-բայոգրամ) համակենտրոն-հարուստ հավաքածու է: օղակներ, որոնցից յուրաքանչյուրը բաղկացած է դիֆրակցիայից։ արտացոլումներ տարբեր. բյուրեղագրական համակարգեր՝ ուղղված տարբեր հատիկների. որոշակի միջպլանային հեռավորությամբ ինքնաթիռներ դ. Հավաքածու դև դրանց համապատասխան դիֆրակցիոն ինտենսիվությունը: արտացոլումները անհատական ​​են յուրաքանչյուր բյուրեղի համար: նյութեր. Debye-Scherrer մեթոդը օգտագործվում է միացությունների նույնականացման և բազմաբյուրեղների խառնուրդների վերլուծության մեջ: նյութեր ըստ որակի. և քանակները։ փուլերի խառնուրդի բաղադրիչների կազմը. Debye օղակներում ինտենսիվությունների բաշխման վերլուծությունը հնարավորություն է տալիս գնահատել հատիկների չափերը, լարումների առկայությունը և նախընտրելի կողմնորոշումները (տեքստուրավորում) հատիկների դասավորության մեջ (տես Նկ. Նյութերի ռադիոգրաֆիա, Debye - Scherrera մեթոդ).

1980-90-ական թթ. Ռ.–ում։ Ա. սկսեց կիրառել բյուրեղի ատոմային կառուցվածքի պարզաբանման մեթոդը։ նյութերը դիֆրակցիայի միջոցով. տվյալները պոլիկրիստալից: X. M. Rietveld-ի (N. M. Rietveld) առաջարկած նյութերը նեյտրոնների դիֆրակցիայի համար։ հետազոտություն. Rptveld մեթոդը (ամբողջական պրոֆիլի վերլուծության մեթոդ) օգտագործվում է այն դեպքում, երբ հայտնի է ուսումնասիրված միացության մոտավոր կառուցվածքային մոդելը, արդյունքների ճշգրտությամբ այն կարող է մրցակցել ռենտգենյան դիֆրակցիոն մեթոդների հետ մեկ բյուրեղների ուսումնասիրության համար:

Ամորֆ նյութերի և մասնակի դասավորված առարկաների ուսումնասիրություն. Որքան ցածր է անալիտի ատոմային կառուցվածքի դասավորության աստիճանը, այնքան ավելի մշուշոտ, ցրված է նրա կողմից ցրված ռենտգենյան ճառագայթը: ճառագայթում. Այնուամենայնիվ, դիֆրակցիան Նույնիսկ ամորֆ օբյեկտների ուսումնասիրությունները հնարավորություն են տալիս տեղեկություններ ստանալ դրանց կառուցվածքի մասին։ Այսպիսով, ամորֆ նյութից ռենտգենյան օրինաչափության մեջ ցրված օղակի տրամագիծը (նկ. 3) թույլ է տալիս գնահատել միջինը: միջատոմային հեռավորությունները դրանում։ Օբյեկտների կառուցվածքում կարգի աստիճանի բարձրացմամբ, դիֆրակցիա։ նկարը դառնում է ավելի բարդ (նկ. 4) և, հետևաբար, ավելի շատ կառուցվածքային տեղեկատվություն է պարունակում:

Բրինձ. 3. Ամորֆ նյութի՝ ցելյուլոզային ացետատի ռենտգենյան օրինակ.

Բրինձ. 4. Կենսաբանական օբյեկտների ռադիոգրաֆիա՝ ա - մազ; բ - ԴՆԹ-ի նատրիումի աղը խոնավ վիճակում. գ - ԴՆԹ նատրիումի աղի հյուսվածքներ.

Փոքր անկյունների ցրման մեթոդ. Այն դեպքում, երբ հետազոտության օբյեկտում անհամասեռությունների չափերը գերազանցում են միջատոմային հեռավորությունները և տատանվում են 0,5-1-ից մինչև 103 նմ, այսինքն՝ շատ անգամ ավելի մեծ, քան օգտագործվող ճառագայթման ալիքի երկարությունը, ցրված ռենտգենը: ճառագայթումը կենտրոնացած է առաջնային ճառագայթի մոտ՝ փոքր ցրման անկյունների շրջանում: Այս տարածաշրջանում ինտենսիվության բաշխումը արտացոլում է ուսումնասիրվող օբյեկտի կառուցվածքային առանձնահատկությունները: Կախված օբյեկտի կառուցվածքից և անհամասեռությունների մեծությունից՝ ռենտգենյան ճառագայթների ինտենսիվությունը։ ցրումը չափվում է անկյուններով՝ րոպեի կոտորակներից մինչև մի քանի: աստիճաններ։

ցածր անկյուն ցրումը օգտագործվում է ծակոտկեն և նուրբ նյութերի, համաձուլվածքների և բիոլի ուսումնասիրության համար։ առարկաներ. Սպիտակուցի մոլեկուլների և լուծույթներում նուկլեինաթթուների համար մեթոդը թույլ է տալիս ցածր լուծաչափով որոշել առանձին մոլեկուլի ձևն ու չափը, ասում են նրանք: զանգվածը, վիրուսներում՝ դրանց բաղկացուցիչ բաղադրիչների (սպիտակուցներ, նուկլեինաթթուներ, լիպիդներ) փոխադարձ կուտակման բնույթը, սինթետիկում։ պոլիմերներ - պոլիմերային շղթաների փաթեթավորում, փոշիներում և սորբենտներում - մասնիկների և ծակոտիների բաշխումն ըստ չափերի, համաձուլվածքների մեջ - նոր փուլերի տեսքը ֆիքսելու և այս ընդգրկումների չափը որոշելու համար հյուսվածքներում (մասնավորապես, հեղուկ բյուրեղներում) - մասնիկների (մոլեկուլների) փաթեթավորում տարբեր տեսակի վերմոլեկուլային կառույցներում. Ցածր անկյան մեթոդը ապացուցեց, որ արդյունավետ է: ցրման և Լանգմյուիրի ֆիլմերի կառուցվածքի ուսումնասիրության համար։ Այն նաև օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ՝ կատալիզատորների, նուրբ ածուխների և այլնի արտադրական գործընթացները վերահսկելու համար։

Բյուրեղների ատոմային կառուցվածքի վերլուծություն

Բյուրեղների ատոմային կառուցվածքի որոշումը ներառում է՝ միավորի բջջի ձևի և չափերի սահմանումը, բյուրեղի համաչափությունը (այն պատկանում է Ֆեդորովի 230 խմբերից մեկին) և կառուցվածքի հիմնական ատոմների կոորդինատները։ Ճշգրիտ կառուցվածքային ուսումնասիրությունները թույլ են տալիս, ի լրումն, ստանալ քանակություններ: բյուրեղներում ատոմների ջերմային շարժումների բնութագրերը և դրանում վալենտային էլեկտրոնների տարածական բաշխումը: Լաուեի և նմուշը ճոճելու մեթոդները որոշում են բյուրեղի չափումը: վանդակաճաղեր. Հետագա վերլուծության համար անհրաժեշտ է չափել բոլոր հնարավոր դիֆրակցիայի ինտենսիվությունները: արտացոլումներ փորձարկման նմուշից տվյալ լ-ի համար. Փորձերի առաջնային մշակում. տվյալները հաշվի են առնում դիֆրակցիայի երկրաչափությունը: փորձ, նմուշում ճառագայթման կլանումը և նմուշի հետ ճառագայթման փոխազդեցության այլ ավելի նուրբ ազդեցությունները:

Բյուրեղի եռաչափ պարբերականությունը հնարավորություն է տալիս ընդլայնել նրա էլեկտրոնի բաշխումը տարածության մեջ Ֆուրիեի շարքում.

Որտեղ Վ- բյուրեղի միավոր բջջի ծավալը, Ֆհկլ- Ֆուրիեի գործակիցները, որոնք գտնվում են Ռ. Ա. կանչեց կառուցվածքային ամպլիտուդներ. Յուրաքանչյուր կառուցվածքային ամպլիտուդ բնութագրվում է ամբողջ թվերով հ, կ, լ- բյուրեղագրական. ցուցանիշները համապատասխանում են (1)-ին և եզակիորեն համապատասխանում են մեկ դիֆրակցիային: արտացոլումը. Ընդարձակումը (2) ֆիզիկապես իրականացվում է դիֆրակցիայի մեջ: փորձ.

Հիմնական կառուցվածքային ուսումնասիրության բարդությունը կայանում է նրանում, որ սովորական դիֆրակցիան. փորձը հնարավորություն է տալիս չափել դիֆրակցիայի ինտենսիվությունը: կապոցներ Ես հկլբայց թույլ չի տալիս ամրագրել դրանց փուլերը։ Կինեմատիկայում խճանկարային բյուրեղի համար մոտեցում . Փորձերի վերլուծություն. Զանգվածը, հաշվի առնելով արտացոլումների կանոնավոր մարումները, հնարավորություն է տալիս միանշանակ հաստատել իր պատկանելությունը 122 ռենտգեններից մեկին: համաչափության խմբեր. Անոմալ ցրման, դիֆրակցիայի բացակայության դեպքում նկարը միշտ կենտրոնասիմետրիկ է: Ֆեդորովի համաչափության խումբը որոշելու համար անհրաժեշտ է ինքնուրույն պարզել՝ արդյոք բյուրեղն ունի համաչափության կենտրոն։ Այս խնդիրը կարող է լուծվել ռենտգենյան ճառագայթների ցրման անոմալ բաղադրիչի վերլուծության հիման վրա։ ճառագայթներ. Վերջինիս բացակայության դեպքում կառուցվում են վիճակագրական կորեր։ բաշխումներ իրենց արժեքների վրա, այդ բաշխումները տարբեր են կենտրոնասիմետրիկ և կենտրոնական բյուրեղների համար: Համաչափության կենտրոնի բացակայությունը կարող է միանշանակորեն հաստատվել ֆիզ. բյուրեղի հատկությունները (պիրոէլեկտրական, ֆերոէլեկտրական և այլն):

Հարաբերության Ֆուրիեի փոխակերպումը (2) հնարավորություն է տալիս ստանալ հաշվարկված f-ly մեծությունները հաշվարկելու համար Ֆհկլ(ընդհանուր դեպքում՝ բարդ).

որտեղ - ժամը. Ռենտգենյան ճառագայթների ցրման գործոն ատոմի ճառագայթում jj, x j, y j, z j- դրա կոորդինատները; ամփոփումն անցնում է ամեն ինչին Նտարրական բջիջների ատոմներ.

Կառուցվածքային ուսումնասիրության հակադարձ խնդիրը լուծվում է հետևյալ կերպ. եթե հայտնի է կառուցվածքի ատոմային մոդելը, ապա կառուցվածքային ամպլիտուդների մոդուլներն ու փուլերը և, հետևաբար, դիֆրակցիայի ինտենսիվությունը հաշվարկվում են (3): արտացոլումներ. Դիֆրակցիա փորձը հնարավորություն է տալիս չափել շատերին հարյուրավոր ամպլիտուդներ, որոնք կապված չեն համաչափության հետ, որոնցից յուրաքանչյուրը որոշվում է (3)-ով կառուցվածքի հիմնական (սիմետրիկությունից անկախ) ատոմների կոորդինատների մի շարքով: Նման կառուցվածքային պարամետրերը զգալիորեն ավելի քիչ են, քան մոդուլները, հետևաբար, վերջիններիս միջև պետք է կապեր լինեն: Կառուցվածքային վերլուծության տեսությունը հաստատել է տարբեր տիպի կապեր՝ անհավասարություններ, գծային անհավասարություններ, կառուցվածքային արտադրյալներ և կառուցվածքային ամպլիտուդների միացման որոշիչներ։

Նաիբի հիման վրա՝ արդյունավետ վիճակագրություն։ զարգացած կապերը [Ջ. Carle (J. Karle) and X. A. Hauptman (H. A. Hauptman), Նոբելյան մրցանակ, 1985] այսպես կոչված. կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի որոշման ուղղակի մեթոդներ։ Եթե ​​վերցնենք մեծ բացարձակ արժեքներով կառուցվածքային ամպլիտուդների եռյակ, որոնց ինդեքսները կապված են պարզ հարաբերություններով. h 1 + h 2 + h 3 = 0, k 1 + k 2 + k 3 = 0, l 1 + l 2 + l 3 = 0, ապա Նաիբ. Այս ամպլիտուդների փուլերի հավանական գումարը հավասար կլինի զրոյի.

Հավասարության կատարման հավանականությունն ավելի մեծ է, այնքան մեծ է հատուկի արտադրյալը։ այս հարաբերության մեջ ներառված կառուցվածքային նորմավորված ամպլիտուդների եղանակով: Ատոմների քանակի աճի հետ Նբյուրեղի տարրական բջիջում հարաբերակցության հուսալիությունը նվազում է։ Գործնականում օգտագործվում է շատ ավելի բարդ վիճակագրություն: հարաբերություններ և այդ հարաբերությունների կատարման հավանականությունների բավականին խիստ գնահատականներ։ Այս գործակիցների վրա հաշվարկները շատ ծանր են, ալգորիթմները բարդ են և իրականացվում են միայն հզոր ժամանակակից համակարգիչների վրա: ՀԱՄԱԿԱՐԳԻՉ. Ուղղակի մեթոդները տալիս են փուլերի առաջին մոտավոր արժեքները և միայն առավելագույնը: ամուր կառուցվածքային ամպլիտուդների նորմալացված մոդուլներում:

Կառուցվածքային ուսումնասիրությունների պրակտիկայի համար կարևոր են ավտոմատ ընթացակարգերը: կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի ճշգրտում: Հիմք ընդունելով ամենաուժեղ կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի մոտավոր հավաքածուն և ըստ համապատասխան փորձերի: մոդուլները, ըստ (2)-ի, հաշվարկվում է բյուրեղում էլեկտրոնի խտության առաջին մոտավոր բաշխումը: Այնուհետև այն փոփոխվում է ֆիզիկական հիմքի վրա: և բյուրեղաքիմ. տեղեկատվություն այս բաշխման հատկությունների մասին: Օրինակ՝ տիեզերքի բոլոր կետերում , ըստ փոփոխությունների։ բաշխումը Ֆուրիեի ինվերսիայով, զտված փուլերը հաշվարկվում են և փորձի հետ միասին. արժեքները օգտագործվում են հաջորդ մոտարկումը կառուցելու համար և այլն: Բավական ճշգրիտ արժեքներ ստանալուց հետո, ըստ (2)-ի, կառուցվում է բյուրեղում էլեկտրոնային խտության եռաչափ բաշխում: Դա, ըստ էության, ուսումնասիրվող կառույցի պատկերն է, և այն ձեռք բերելու բոլոր դժվարությունները պայմանավորված են ռենտգենյան ճառագայթների համար կոնվերգացիոն ոսպնյակների բացակայությամբ: ճառագայթում.

Ստացված ատոմային մոդելի ճիշտությունը ստուգվում է փորձերի համեմատությամբ։ և կառուցվածքային ամպլիտուդների մոդուլները՝ հաշվարկված (3) կողմից։ Քանակ Նման համեմատության հատկանիշը դիվերգենցիայի գործոնն է

Այս գործոնը հնարավորություն է տալիս փորձի և սխալի միջոցով ստանալ օպտիմալը: արդյունքները։ Ոչ բյուրեղային համար օբյեկտները գործնականում միասնություններ են: դիֆրակցիոն մեկնաբանության մեթոդ. նկարներ.

Ուղղակի մեթոդներով կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի որոշումն ավելի է բարդանում բյուրեղի միավորի բջջում ատոմների քանակի ավելացմամբ։ Կեղծհամաչափությունը և նրա կառուցվածքի որոշ այլ առանձնահատկություններ նույնպես սահմանափակում են ուղղակի մեթոդների հնարավորությունները։

Ռենտգենյան ճառագայթներից բյուրեղների ատոմային կառուցվածքը որոշելու ևս մեկ մոտեցում. դիֆրակցիա տվյալներն առաջարկել է A. L. Paterson-ը: Կառուցվածքի ատոմային մոդելը հիմնված է միջատոմային վեկտորների ֆունկցիայի վերլուծության վրա P(u,v,w)(F-tion of Paterson), որը հաշվարկվում է փորձից։ արժեքներ։ Այս ֆունկցիայի իմաստը կարելի է բացատրել՝ օգտագործելով դրա երկրաչափական սխեման: շինարարություն։ Միավոր բջիջում պարունակվող ատոմային կառուցվածք Նատոմները, մենք այն դնում ենք իրեն զուգահեռ այնպես, որ առաջին ատոմը լինի սկզբնաղբյուրում: Եթե ​​կառուցվածքի բոլոր ատոմների ատոմային կշիռները բազմապատկենք առաջին ատոմի ատոմային քաշի արժեքով, ապա կստանանք առաջինի կշիռները. Նգագաթները f-tsii միջատոմային վեկտորներ. Սա այսպես կոչված. կառուցվածքի պատկերն առաջին ատոմում։ Այնուհետև, կոորդինատների սկզբում, մենք նույն ձևով կառուցված կառուցվածքի պատկերը տեղադրում ենք երկրորդ ատոմում, այնուհետև երրորդ և այլն: Այս պրոցեդուրան կատարելով բոլորի հետ: Նկառուցվածքի ատոմները, մենք ստանում ենք N 2 Paterson ֆունկցիայի գագաթները (նկ. 5): Քանի որ ատոմները կետեր չեն, ստացված ֆունկցիան P(u,v,w) պարունակում է բավականին լղոզված և համընկնող գագաթներ.

Բրինձ. 5. Երեք ատոմներից բաղկացած կառուցվածքի համար միջատոմային վեկտորների ֆունկցիայի կառուցման սխեման..

[ - ծավալի տարր կետի մոտակայքում ( x, y, z)]. Միջատոմային վեկտորների ֆունկցիան կառուցված է փորձերի մոդուլների քառակուսիներից։ կառուցվածքային ամպլիտուդներ և իրենից ներկայացնում է էլեկտրոնային խտության բաշխման միաձուլում, բայց սկզբում ինվերսիայից հետո։

Բրինձ. 6. Հանքային բաոտիտ Ba 4 Ti 4 (Ti, Nb) 4 O 16 Cl; ա - միջատոմային վեկտորների ֆունկցիան, պրոյեկցիան ab հարթության վրա, ֆունկցիայի արժեքների հավասար մակարդակի գծերը գծված են հավասար կամայական ընդմիջումներով. բ - էլեկտրոնի խտության բաշխման պրոյեկցիա ab հարթության վրա, որը ստացվում է միջատոմային վեկտորների ֆունկցիայի մեկնաբանմամբ և ատոմային մոդելի ճշգրտմամբ, հավասար մակարդակի գծերի հաստացումը համապատասխանում է կառուցվածքում ատոմների դիրքերին. c - կառուցվածքի ատոմային մոդելի պրոյեկցիան ab հարթության վրա Պաուլինգի պոլիէդրայում: Si-ի ատոմները գտնվում են թթվածնի ատոմների քառաեդրերի ներսում, Ti և Nb ատոմները՝ թթվածնի ատոմների ութաեդրոններում։ Բաոտիտի կառուցվածքում քառանիստները և ութանիստները միացված են, ինչպես ցույց է տրված նկարում: Ba և C1 ատոմները ցուցադրվում են սև և բաց շրջանակներով: Բյուրեղի տարրական բջիջի մի մասը, որը ներկայացված է a և b նկարներում, համապատասխանում է գծավոր գծերով նշված քառակուսի պատկերին..

Դժվարություններ մեկնաբանության մեջ P(u,v,w) կապված են այն փաստի հետ, որ միջ N 2այս ֆունկցիայի գագաթները, անհրաժեշտ է ճանաչել կառուցվածքի մեկ պատկերի գագաթները: Paterson ֆունկցիայի մաքսիմումները զգալիորեն համընկնում են, ինչն էլ ավելի է բարդացնում դրա վերլուծությունը: Նաիբ. հեշտ է վերլուծել այն դեպքը, երբ ուսումնասիրվող կառուցվածքը բաղկացած է մեկ ծանր ատոմից և մի քանիսից։ շատ ավելի թեթև ատոմներ: Այս դեպքում ծանր ատոմում կառուցվածքի պատկերը ռելիեֆով առանձնանում է մնացած գագաթների ֆոնի վրա. P (u, v, w). Մշակվել են մի շարք համակարգված մեթոդներ։ միջատոմային վեկտորների ֆունկցիաների վերլուծություն. Նաիբ. արդյունավետները սուպերպոզիցիաներն են: մեթոդներ, երբ երկու կամ ավելի օրինակներ են P(u,v,w) inզուգահեռ դիրքերը միմյանց վրա դրվում են համապատասխան շրջադարձերով: Միևնույն ժամանակ, գագաթները, որոնք բնականաբար համընկնում են բոլոր օրինակների վրա, ընդգծում են դրանցից մեկը կամ մի քանիսը Նկառուցվածքի բնօրինակ պատկերը. Որպես կանոն՝ միությունների համար։ Կառույցի պատկերները պետք է օգտագործեն ավելացնել: պատճենները P (u, v, w). Խնդիրը հանգում է այդ պատճենների անհրաժեշտ փոխադարձ հաշվանցումները գտնելուն: Սուպերպոզիցիայի վրա տեղայնացումից հետո: կառուցվածքում ատոմների մոտավոր բաշխման սինթեզ, այս սինթեզը կարող է ենթարկվել Ֆուրիեի ինվերսիային և այլն։ այն թույլ է տալիս ստանալ կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերը: Վերջինս փորձի հետ միասին. արժեքները օգտագործվում են շինարարության համար. Սուպերպոզիցիոն բոլոր ընթացակարգերը: մեթոդները ալգորիթմացված և ավտոմատացված են: ռեժիմ համակարգչի վրա: Նկ. 6-ը ցույց է տալիս բյուրեղի ատոմային կառուցվածքը, որը հաստատվել է սուպերպոզիցիայի մեթոդներով՝ ըստ Պատերսոնի ֆունկցիայի։

Փորձարկումներ են մշակվում։ Կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի որոշման մեթոդներ. Ֆիզ. Այս մեթոդների հիմքում ընկած է Ռենինգերի էֆեկտը՝ բազմաճառագայթային ռենտգեն։ դիֆրակցիա. Եթե ​​առկա է միաժամանակ ռենտգեն դիֆրակցիա արտացոլումներ, դրանց միջև տեղի է ունենում էներգիայի փոխանցում, որը կախված է դիֆրակցիայի տվյալների միջև փուլային հարաբերություններից: կապոցներ. Ինտենսիվության փոփոխությունների ամբողջ օրինաչափությունը սահմանափակվում է աղեղով: վայրկյանների ընթացքում և զանգվածային կառուցվածքային ուսումնասիրությունների համար այս տեխնիկան գործնական է: դեռ արժեք չի ձեռք բերել։

Անկախ. բաժին R. s. Ա. հատկացնել բյուրեղների կառուցվածքային ճշգրիտ ուսումնասիրությունները, որոնք թույլ են տալիս ստանալ դիֆրակցիա: հաշվի առնելով ոչ միայն ուսումնասիրվող միացությունների ատոմային կառուցվածքի մոդելը, այլեւ քանակները։ ատոմների ջերմային թրթռումների բնութագրերը, ներառյալ այդ թրթռումների անիզոտրոպությունը (նկ. 7) և դրանց շեղումները ներդաշնակություններից: օրենքը, ինչպես նաև բյուրեղներում վալենտային էլեկտրոնների տարածական բաշխումը։ Վերջինս կարևոր է ատոմային կառուցվածքի և ֆիզիկական կապի ուսումնասիրության համար։ բյուրեղների հատկությունները. Ճշգրիտ հետազոտությունների համար հատուկ փորձարարական մեթոդներ. չափումներ և մշակման դիֆրակցիա: տվյալները։ Այս դեպքում միաժամանակ պահանջվում է հաշվառում: արտացոլումներ, շեղումներ դիֆրակցիայի կինեմատիկայից՝ հաշվի առնելով դինամիկ. դիֆրակցիայի տեսության ուղղումներ և ճառագայթման նյութի հետ փոխազդեցության այլ նուրբ հետևանքներ։ Կառուցվածքային պարամետրերը նշելիս օգտագործվում է անվանման մեթոդը: քառակուսիներ, և ճշգրտված պարամետրերի հարաբերակցությունը առաջնային նշանակություն ունի:

Բրինձ. Նկար 7. Կայուն ազոտի ուժեղ ռադիկալ C 13 H 17 N 2 O 2 ատոմների անիզոտրոպ ջերմային թրթիռների էլիպսոիդներ.

Ռ.ս. Ա. օգտագործվում է ատոմային կառուցվածքի և ֆիզիկականի միջև կապ հաստատելու համար։ հատկություններ, գերիոնային հաղորդիչներ, լազերային և ոչ գծային օպտիկական։ նյութեր, բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչներ և այլն։ Ա. եզակի արդյունքներ է ստացել պինդ և կենսոլորտում փուլային անցումների մեխանիզմների ուսումնասիրության մեջ։ մակրոմոլեկուլների ակտիվությունը. Այսպիսով, ակուստիկ կլանման անիզոտրոպիան: ալիքները պարատելլուրիտի միաբյուրեղներում կապված են Te ատոմների ջերմային թրթռումների աններդաշնակության հետ (նկ. 8) . Լիթիումի տետրաբորատի առաձգական հատկությունները Li 2 B 4 O 7, բացելով դրա օգտագործման հեռանկարները որպես ակուստիկ դետեկտոր: ալիքներ՝ պայմանավորված քիմիական նյութի բնույթով։ հղումներ այս կապակցությամբ: Օգնությամբ Ռ.ս. Ա. ուսումնասիրել բյուրեղներում միջատոմային կապեր իրականացնող վալենտային էլեկտրոնների բաշխումը: Այս հարաբերությունները կարելի է ուսումնասիրել՝ օգտագործելով լարվածության բաշխումը: էլեկտրոնի խտությունը, որը տարբերությունն է

որտեղ է բյուրեղում էլեկտրոնային խտության բաշխումը, տվյալ կառուցվածքի ազատ (ոչ քիմիական կապով) ատոմների գնդային սիմետրիկ խտությունների գումարն է, որոնք գտնվում են համապատասխանաբար կոորդինատներով կետերում։ x i, y i, z i. Երբ հաստատվում է ռենտգենով: դիֆրակցիա դեֆորմացիայի տվյալներ. էլեկտրոնի խտությունը մաքս. դժվար է հաշվի առնել ատոմների, էակների ջերմային թրթիռները։ պատկեր, որը կապված է քիմիական նյութի բնույթի և ուղղությունների հետ: կապեր. Այսպիսով, դեֆորմացիա: խտությունը արտացոլում է տարածության մեջ ատոմների էլեկտրոնային խտության այն մասի վերաբաշխումը, որն անմիջականորեն մասնակցում է քիմիական նյութի ձևավորմանը։ միացումներ (նկ. 9):

Բրինձ. Նկար 8. O ատոմների կողմից թելուրի մոտակա միջավայրը (ա) կառուցվածքում և Te ատոմի հավանականության խտության բաշխման աններդաշնակ բաղադրիչը տարածության տվյալ կետում ջերմային թրթիռների ժամանակ (b): Հավասար մակարդակի դրական (պինդ) և բացասական (գծիկ) գծերը գծվում են 0,02 -3-ի միջով:.

Բրինձ. Նկար 9. Li 2 B 4 O 7 բյուրեղի դեֆորմացիոն էլեկտրոնային խտության սինթեզի խաչմերուկ BO 3 եռանկյունաձև խմբի O ատոմների միջով անցնող հարթության միջոցով, որի կենտրոնում կա B ատոմ: B - O հատվածների առավելագույն չափերը ցույց են տալիս այս ատոմների միջև կապերի կովալենտային բնույթը: Կտրված գծերը ցույց են տալիս այն շրջանները, որտեղից էլեկտրոնային խտությունը տեղափոխվել է քիմիական կապեր: Հավասար մակարդակի գծերը գծվում են 0.2-ի միջոցով .

Բրինձ. 10. Sr ատոմների դասավորվածությունը լանթանի դիրքերի վրա Cu ատոմների կառուցվածքում

Բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների կառուցվածքային ուսումնասիրությունները հնարավորություն են տվել պարզել նրանց ատոմային կառուցվածքը և դրա կապը նրանց ֆիզիկական հետ։ հատկությունները. Ցույց է տրվել, որ միայնակ բյուրեղներում անցումային ջերմաստիճանը գերհաղորդիչ վիճակի է Տ սկախված է ոչ միայն Sr-ի քանակից, այլև վիճակագրական լինելու ձևից: կացարան. Կառուցվածքում Sr ատոմների միասնական բաշխումը օպտիմալ է գերհաղորդիչ հատկությունների համար։ Sr համակենտրոնացումը def. կառուցվածքի շերտերը (նկ. 10) հանգեցնում է այս շերտերում թթվածնի մի մասի կորստի և նվազմանը. Տ ս. Բյուրեղների համար Ռ.-ի էջի մեթոդները. Ա. Սահմանվել է O ատոմների դասավորության դասավորությունը: Մեկ բյուրեղի սահմաններում հաստատվել է սիմետրիկությամբ ռոմբիկ տեղական կազմի շրջանների առկայությունը. Հետ T s ~ 90 K-ն և շրջանները գտնվում են [СuО 6 ]-ութանիստներում։ Թթվածնի պակասը դրսևորվում է թթվածնի մեկ գագաթի բացակայությամբ Cu պոլիեդրներից մեկում: Լա ատոմների կողմից ամբողջությամբ զբաղեցրած դիրքերը ցուցադրվում են սև շրջանակներով։ Բաց շրջանակները լանթանի դիրքերն են, որոնցում կենտրոնացված և վիճակագրականորեն տեղակայված են բոլոր Sr ատոմները։

Հետ T c ~ 60 K. Բյուրեղներում, որոնց քանակությունը թթվածնի պակաս է 6,5 ատոմից մեկ միավոր բջջում, ռոմբիկ շրջանների հետ միասին: առաջանում են տեղային կազմի համաչափություններ, տեղային կազմի քառանկյուն համաչափության շրջաններ, որոնք չեն անցնում գերհաղորդիչ վիճակի։

Բրինձ. 11. Գուանիլ-սպեցիֆիկ ռիբոնուկլեազի C 2 մոլեկուլի ատոմային մոդելը, որը կառուցված է այս սպիտակուցի 1,55 թույլատրելիությամբ միաբյուրեղների ռենտգենյան դիֆրակցիոն հետազոտության հիման վրա։

Շատերը լուծելու համար Պինդ վիճակի ֆիզիկայի, քիմիայի, մոլեկուլային կենսաբանության և այլնի խնդիրներ։ Շատ արդյունավետ է ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի և ռեզոնանսային մեթոդների (EPR, NMR և այլն) համատեղ օգտագործումը։ Մոլեկուլային կենսաբանության սպիտակուցների, նուկլեինային-տ, վիրուսների և այլնի ատոմային կառուցվածքի հետազոտության ժամանակ առանձնանում են հատուկ. դժվարություններ. մակրոմոլեկուլներ կամ. ավելի մեծ բիոլ. առարկաները նախ պետք է ձեռք բերվեն միաբյուրեղային: ձեւը, որից հետո հնարավոր է դառնում կիրառել Ռ–ի բոլոր մեթոդները դրանց հետազոտության մեջ։ ա., մշակված բյուրեղային ուսումնասիրության համար։ նյութեր. Սպիտակուցային բյուրեղների կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի խնդիրը լուծվում է իզոմորֆ փոխարինումների մեթոդով։ Ուսումնասիրված բնիկ սպիտակուցի միաբյուրեղների հետ միասին ստացվում են նրա ածանցյալների մենաբյուրեղները՝ ծանր ատոմային հավելումներով, որոնք իզոմորֆ են ուսումնասիրված սպիտակուցի բյուրեղներին։ Տարբերություն Պատերսոնի ֆունկցիաները ածանցյալների և բնածին սպիտակուցի համար հնարավորություն են տալիս տեղայնացնել ծանր ատոմների դիրքերը բյուրեղի միավոր բջիջում: Այս ատոմների կոորդինատները և սպիտակուցի և նրա ծանր ատոմային ածանցյալների կառուցվածքային ամպլիտուդների մոդուլների հավաքածուները օգտագործվում են հատուկ. կառուցվածքային ամպլիտուդների փուլերի գնահատման ալգորիթմներ։ Սպիտակուցների բյուրեղագրության մեջ հաջորդաբար կիրառվում են մակրոմոլեկուլների ատոմային կառուցվածքի հաստատման քայլ առ քայլ մեթոդներ։ անցում ցածրից բարձր լուծաչափի (նկ. 11): Զարգացած և հատուկ Ռենտգենյան ճառագայթներով մակրոմոլեկուլների ատոմային կառուցվածքը զտելու մեթոդներ: դիֆրակցիա տվյալները։ Հաշվարկների ծավալն այնքան մեծ է, որ դրանք կարող են արդյունավետորեն իրականացվել միայն ամենահզոր համակարգիչների վրա։

Ռ.-ի հարցերին հետ. ա., որը կապված է դիֆրակցիայի միջոցով պինդ մարմնի իրական կառուցվածքի ուսումնասիրության հետ։ Արվեստում քննարկված տվյալները: Նյութերի ռադիոգրաֆիա.

Լիտ.:Բելով Ն.Վ., Կառուցվածքային բյուրեղագրություն, Մոսկվա, 1951; B about to and y G. B., Poray-Koshits M. A., X-ray structural analysis, 2nd ed., Vol. 1, M., 1964; Լիպսոն Գ., Կոկրեն Վ., Բյուրեղների կառուցվածքի որոշումը, տարգմ. անգլերենից, Մ., 1956; Burger M., Structure of crystals and vector space, թարգմ. անգլերենից, Մ., 1961; Ջինե Ա., Բյուրեղների ռադիոգրաֆիա. Տեսություն և պրակտիկա, թարգմ. ֆրանսերենից, Մոսկվա, 1961; Stout G, H., J e n s e n L. H., X-ray structure determination, N. Y.-L., 1968; X e and er D. M., X-ray diffractometry of single crystals, L., 1973; Blundel T., Johnson L., Protein crystallography, trans. անգլերենից, Մ., 1979; Vainshtein BK, Բյուրեղների համաչափություն. Կառուցվածքային բյուրեղագրության մեթոդներ, Մ., 1979; Էլեկտրոնների և մագնիսացման խտությունները մոլեկուլներում և բյուրեղներում, խմբ. կողմից P. Becker, N. Y.-L., 1980; Բյուրեղագրություն և բյուրեղային քիմիա, Մ., 1986; Բյուրեղների կառուցվածքը և ֆիզիկական հատկությունները, Բարսելոնա, 1991 թ. Վ.Ի.Սիմոնով.

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության մեջ հիմնականում օգտագործվում են երեք մեթոդ.
1.Լաուեի մեթոդ. Այս մեթոդում շարունակական սպեկտրով ճառագայթման ճառագայթը ընկնում է անշարժ մեկ բյուրեղի վրա: Դիֆրակցիոն օրինաչափությունը գրանցվում է անշարժ լուսանկարչական թաղանթի վրա:
2. Մեկ բյուրեղյա պտտման մեթոդ: Մոնոխրոմային ճառագայթման ճառագայթը ընկնում է բյուրեղի վրա, որը պտտվում է (կամ տատանվում) որոշակի բյուրեղագրական ուղղությամբ: Դիֆրակցիոն օրինաչափությունը գրանցվում է անշարժ լուսանկարչական թաղանթի վրա: Մի շարք դեպքերում թաղանթը շարժվում է սինխրոն բյուրեղի պտույտի հետ; Պտտման մեթոդի այս փոփոխությունը կոչվում է շերտավոր գծերի մաքրման մեթոդ:
3. Փոշու կամ պոլիբյուրեղների մեթոդ (Debye-Scherrer-Hull մեթոդ): Այս մեթոդը օգտագործում է ճառագայթների մոնոխրոմատիկ ճառագայթ: Նմուշը բաղկացած է բյուրեղային փոշուց կամ պոլիբյուրեղային ագրեգատ է:

Կիրառվում է նաև Կոսելի մեթոդը. անշարժ մեկ բյուրեղը հեռացվում է մոնոխրոմատիկ բնորոշ ճառագայթման լայնորեն տարբերվող ճառագայթով:

Laue մեթոդ.

Բյուրեղների ատոմային կառուցվածքի ուսումնասիրության առաջին փուլում կիրառվում է Լաու մեթոդը։ Այն օգտագործվում է բյուրեղի և Լաու դասի (Ֆրիդելի բյուրեղների դասը մինչև ինվերսիայի կենտրոն) սինգոնիան որոշելու համար։ Համաձայն Ֆրիդելի օրենքի՝ երբեք հնարավոր չէ բացահայտել սիմետրիայի կենտրոնի բացակայությունը Lauegram-ի վրա, և հետևաբար 32 բյուրեղային դասերին համաչափության կենտրոն ավելացնելով նրանց թիվը կրճատվում է մինչև 11: Laue մեթոդը հիմնականում օգտագործվում է միայնակ բյուրեղների ուսումնասիրության համար։ կամ խոշոր հատիկավոր նմուշներ: Լաու մեթոդով անշարժ մեկ բյուրեղը լուսավորվում է շարունակական սպեկտրով ճառագայթների զուգահեռ ճառագայթով։ Նմուշը կարող է լինել կա՛մ մեկուսացված բյուրեղ, կա՛մ բավականին մեծ հատիկ պոլիբյուրեղային ագրեգատի մեջ: Դիֆրակցիոն օրինաչափության ձևավորումը տեղի է ունենում ճառագայթման ցրման ժամանակ l min \u003d l 0 \u003d 12.4 / U, որտեղ U-ն ռենտգենյան խողովակի լարումն է, մինչև լ մ - ալիքի երկարությունը, որը տալիս է ինտենսիվությունը: արտացոլումը (դիֆրակցիոն առավելագույնը), որը գերազանցում է ֆոնը առնվազն 5%-ով: lm-ը կախված է ոչ միայն առաջնային փնջի ինտենսիվությունից (անոդի ատոմային համարը, լարումը և հոսանքը խողովակի միջով), այլև նմուշի և ֆիլմի ձայներիզում ռենտգենյան ճառագայթների կլանումից: Սպեկտրը l min - l m համապատասխանում է Ewald գնդերի մի շարքի, որոնց շառավիղները 1/l m-ից մինչև 1/l min են, որոնք դիպչում են ուսումնասիրվող բյուրեղի 000 հանգույցին և OR-ին (նկ. 1):

Այնուհետև այս ոլորտների միջև ընկած բոլոր OR հանգույցների համար կբավարարվի Լաու պայմանը (որոշակի ալիքի երկարության համար միջակայքում (l m ¸ l min)) և, հետևաբար, հայտնվում է դիֆրակցիոն առավելագույնը` արտացոլում ֆիլմի վրա: Laue մեթոդով նկարահանելու համար օգտագործվում է RKSO տեսախցիկ (նկ. 2):

Այստեղ առաջնային ռենտգենյան ճառագայթը կտրված է 1 բացվածքով՝ 0,5–1,0 մմ տրամագծով երկու անցքերով: Դիֆրագմայի բացվածքի չափը ընտրվում է այնպես, որ առաջնային ճառագայթի խաչմերուկը մեծ լինի ուսումնասիրվող բյուրեղի խաչմերուկից: Crystal 2-ը տեղադրված է 3-ի գոնիոմետրիկ գլխի վրա, որը բաղկացած է երկու փոխադարձ ուղղահայաց կամարների համակարգից: Այս գլխի բյուրեղապակիչը կարող է շարժվել այս կամարների համեմատ, և ինքնին գոնիոմետրիկ գլուխը կարող է պտտվել առաջնային ճառագայթին ուղղահայաց առանցքի շուրջ ցանկացած անկյան տակ: Գոնիոմետրիկ գլուխը հնարավորություն է տալիս փոխել բյուրեղի կողմնորոշումը առաջնային ճառագայթի նկատմամբ և սահմանել բյուրեղի որոշակի բյուրեղագրական ուղղություն այս ճառագայթի երկայնքով: Դիֆրակցիոն օրինաչափությունը գրանցվում է ձայներիզում տեղադրված լուսանկարչական թաղանթ 4-ի վրա, որի հարթությունը ուղղահայաց է առաջնային ճառագայթին: Ֆիլմի դիմացի ժապավենի վրա բարակ մետաղալար է, որը ձգվում է գոնիոմետրիկ գլխի առանցքին զուգահեռ։ Այս մետաղալարի ստվերը հնարավորություն է տալիս որոշել ֆիլմի կողմնորոշումը գոնիոմետրիկ գլխի առանցքի նկատմամբ: Եթե ​​նմուշ 2-ը գտնվում է թաղանթ 4-ի դիմաց, ապա այս կերպ ստացված ռենտգենյան օրինաչափությունները կոչվում են Լաուեի նախշեր։ Բյուրեղի դիմաց գտնվող լուսանկարչական թաղանթի վրա գրանցված դիֆրակցիոն օրինաչափությունը կոչվում է էպիգրամ: Lauegrams-ում դիֆրակցիոն բծերը տեղակայված են գոտիական կորերի երկայնքով (էլիպսներ, պարաբոլաներ, հիպերբոլաներ, ուղիղ գծեր): Այս կորերը դիֆրակցիոն կոնների հարթ հատվածներ են և դիպչում են առաջնային կետին: Էպիգրամների վրա դիֆրակցիոն բծերը տեղակայված են հիպերբոլաների երկայնքով, որոնք չեն անցնում առաջնային ճառագայթով: Լաու մեթոդով դիֆրակցիոն օրինաչափության առանձնահատկությունները դիտարկելու համար օգտագործվում է երկրաչափական մեկնաբանություն՝ օգտագործելով փոխադարձ ցանց։ Լաուոգրամները և էպիգրամները բյուրեղի փոխադարձ ցանցի արտացոլումն են: Lauegram-ի համաձայն կառուցված գնոմոնիկ պրոյեկցիան թույլ է տալիս դատել նորմերի փոխադարձ դասավորությունը տարածության մեջ արտացոլող հարթություններին և պատկերացում կազմել բյուրեղյա փոխադարձ ցանցի համաչափության մասին։ Lauegram բծերի ձևն օգտագործվում է բյուրեղի կատարելության աստիճանը դատելու համար: Լավ բյուրեղը Lauegram-ի վրա հստակ բծեր է հաղորդում: Բյուրեղների համաչափությունը ըստ Lauegram-ի որոշվում է բծերի փոխադարձ դասավորությամբ (ատոմային հարթությունների սիմետրիկ դասավորությունը պետք է համապատասխանի արտացոլված ճառագայթների սիմետրիկ դասավորությանը)։

Նկ.2

Նկ.3

Մեկ բյուրեղյա պտտման մեթոդ.

Պտտման մեթոդը հիմնականն է բյուրեղների ատոմային կառուցվածքը որոշելիս։ Այս մեթոդը որոշում է միավոր բջջի չափը, մեկ բջջի ատոմների կամ մոլեկուլների քանակը: Տիեզերական խումբը հայտնաբերվել է արտացոլումների մարումից (ճշգրիտ մինչև ինվերսիայի կենտրոն): Դիֆրակցիոն գագաթների ինտենսիվության չափման տվյալները օգտագործվում են ատոմի կառուցվածքի որոշման հետ կապված հաշվարկներում։

Պտտման մեթոդով ռենտգեն պատկերներ վերցնելիս բյուրեղը պտտվում կամ տատանվում է որոշակի բյուրեղագրական ուղղությամբ, երբ այն ճառագայթվում է մոնոխրոմատիկ կամ բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթներով։ Պտտման մեթոդով նկարահանման տեսախցիկի սխեման ներկայացված է Նկ.1-ում:

Առաջնային ճառագայթը կտրված է դիֆրագմով 2 (երկու կլոր անցքերով) և ընկնում բյուրեղի վրա: Գոնիոմետրիկ գլխի պտույտ: Գոնիոմետրիկ գլուխը երկու փոխադարձ ուղղահայաց աղեղների համակարգ է, որը թույլ է տալիս բյուրեղը դնել ցանկալի անկյան տակ՝ պտտման առանցքի և առաջնային ռենտգենյան ճառագայթի նկատմամբ: Գոնիոմետրիկ գլուխը տեղափոխվում է դանդաղ պտտման շարժակների համակարգի միջոցով՝ օգտագործելով շարժիչը 4: Դիֆրակցիոն օրինաչափությունը գրանցվում է լուսանկարչական թաղանթի վրա, որը գտնվում է որոշակի տրամագծով (86,6 կամ 57,3 մմ) ձայներիզների գլանաձև մակերեսի առանցքի երկայնքով: Արտաքին կտրվածքի բացակայության դեպքում բյուրեղները կողմնորոշվում են Laue մեթոդով; այդ նպատակով պտտվող խցիկում տրամադրվում է հարթ թաղանթով ձայներիզ:

Ռենտգենյան պտույտի վրա դիֆրակցիոն մաքսիմալները գտնվում են ուղիղ գծերի երկայնքով, որոնք կոչվում են շերտերի գծեր:

Ռենտգենյան մաքսիմումները սիմետրիկորեն տեղակայված են առաջնային կետով անցնող ուղղահայաց գծի նկատմամբ (կետավոր գիծ Նկար 2-ում): Պտտվող ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունները հաճախ ցույց են տալիս դիֆրակցիոն մաքսիմումներով անցնող շարունակական շերտեր: Այս գոտիների տեսքը պայմանավորված է ռենտգենյան խողովակի ճառագայթման մեջ շարունակական սպեկտրի առկայությամբ՝ բնորոշ սպեկտրի հետ մեկտեղ: Երբ բյուրեղը պտտվում է հիմնական (կամ կարևոր) բյուրեղագրական ուղղությամբ, դրա հետ կապված փոխադարձ վանդակը պտտվում է։ Երբ փոխադարձ ցանցի հանգույցները հատում են տարածման ոլորտը, առաջանում են դիֆրակցիոն ճառագայթներ, որոնք տեղակայված են կոնների գեներատրիցայի երկայնքով, որոնց առանցքները համընկնում են բյուրեղի պտտման առանցքի հետ։ Փոխադարձ ցանցի բոլոր հանգույցները, որոնք հատվում են տարածման ոլորտի կողմից դրա պտտման ընթացքում, կազմում են արդյունավետ շրջանը, այսինքն. որոշել դիֆրակցիոն մաքսիմումների ինդեքսների շրջանը, որն առաջանում է տվյալ բյուրեղից նրա պտտման ընթացքում: Նյութի ատոմային կառուցվածքը հաստատելու համար անհրաժեշտ է նշել ռենտգենյան պտույտի օրինաչափությունները: Ինդեքսավորումը սովորաբար կատարվում է գրաֆիկորեն՝ օգտագործելով փոխադարձ վանդակավոր ներկայացումներ: Պտտման մեթոդը որոշում է բյուրեղային ցանցերի ժամանակաշրջանները, որոնք Լաու մեթոդով որոշված ​​անկյունների հետ միասին հնարավորություն են տալիս գտնել բջջի միավորի ծավալը։ Օգտագործելով միավոր բջջի խտության, քիմիական կազմի և ծավալի տվյալները՝ հայտնաբերվում է միավոր բջջի ատոմների թիվը։

Նկ.1

Նկ.2

Փոշիների (պոլիբյուրեղների) մեթոդ.

Փոշու մեթոդը օգտագործվում է բազմաբյուրեղ նյութերից դիֆրակցիոն օրինաչափություն ստանալու համար՝ փոշու կամ հարթ միկրոհատված մակերեսով զանգվածային նմուշի (պոլիբյուրեղի) տեսքով։ Երբ նմուշները լուսավորվում են մոնոխրոմատիկ կամ բնորոշ ռենտգենյան ճառագայթմամբ, ի հայտ է գալիս հստակ ինտերֆերենցիա էֆեկտ՝ համակցված Debye կոնների համակարգի տեսքով, որի առանցքը առաջնային ճառագայթն է (նկ. 1):
Դիֆրակցիոն պայմանները բավարարված են այն բյուրեղների համար, որոնցում (hkl) հարթությունները անկումային ճառագայթման հետ կազմում են q անկյուն։ Դեբիի կոնների հատման գծերը ֆիլմի հետ կոչվում են Դեբայ օղակներ։ Փոշու մեթոդում միջամտության օրինաչափություն գրանցելու համար օգտագործվում են մի քանի մեթոդներ՝ ֆիլմը նմուշի և առաջնային ռենտգենյան ճառագայթի նկատմամբ տեղադրելու համար՝ նկարահանում հարթ, գլանաձև և կոն թաղանթով: Գրանցումը կարող է կատարվել նաև հաշվիչների միջոցով։ Այդ նպատակով օգտագործվում է դիֆրակտոմետր:

Միջամտության օրինաչափության գրանցման լուսանկարչական մեթոդով օգտագործվում են մի քանի տեսակի հետազոտություններ.

1.
Հարթ ֆիլմ. Ֆիլմը տեղադրելու երկու եղանակ կա՝ առջևի և հետևի (հետևի) նկարահանում: Առջևի նկարահանման ժամանակ նմուշը տեղադրվում է ֆիլմի առջև՝ ճառագայթների առաջնային ճառագայթի ուղղությամբ: Թաղանթի վրա գրանցված են մի շարք համակենտրոն շրջանակներ, որոնք համապատասխանում են բացման անկյունով q ինտերֆերենցիոն կոնների թաղանթի հարթության հետ հատմանը։< 3 0 0 . Измерив диаметр колец, зарегистрированных на пленке, можно определить угол q для соответствующих интерференционных конусов. Недостатком такого способа съемки является то, что на фотопленке регистрируется только небольшое число дифракционных колец. Поэтому переднюю съемку на плоскую пленку применяют в основном для исследования текстур, при котором необходимо определить распределение интенсивности по полному дифракционному кольцу. При задней съемке образец располагается по отношению к пучку рентгеновских лучей сзади пленки. На пленке регистрируются максимумы, отвечающие углу q >3 0 0 . Հակադարձ կրակոցն օգտագործվում է ժամանակաշրջանների ճշգրիտ որոշման և ներքին սթրեսները չափելու համար:

2. Գլանաձեւ թաղանթ:

Մխոցի առանցքը, որի երկայնքով գտնվում է թաղանթը, ուղղահայաց է առաջնային ճառագայթին (նկ. 2):

q անկյունը հաշվարկվում է նույն միջամտության կոնին համապատասխանող 2 լ գծերի միջև եղած հեռավորությունների չափումից՝ ըստ հարաբերությունների.

2l = 4qR; q = (l/ 2R) (180 0 / p),

որտեղ R-ը գլանաձև ժապավենի շառավիղն է, որի երկայնքով տեղադրվել է ֆիլմը: Գլանաձեւ տեսախցիկի մեջ թաղանթը կարող է տեղադրվել մի քանի եղանակով՝ ֆիլմը բեռնելու սիմետրիկ և ասիմետրիկ եղանակներով։ Սիմետրիկ լիցքավորման մեթոդով թաղանթի ծայրերը գտնվում են դիֆրագմայի մոտ, որի միջով առաջնային ճառագայթների ճառագայթը մտնում է խցիկ։ Խցիկից այս ճառագայթից դուրս գալու համար ֆիլմում անցք է արվում: Լիցքավորման այս մեթոդի թերությունն այն է, որ լուսանկարի մշակման ժամանակ ֆիլմի երկարությունը կրճատվում է, ինչի արդյունքում ռենտգենյան օրինաչափությունը հաշվարկելիս պետք է օգտագործել ոչ թե R շառավիղի արժեքը, որի երկայնքով ֆիլմը գտնվում էր նկարահանման ժամանակ։ , բայց որոշակի արժեք R eff. Ռ էֆ. որոշվում է հայտնի վանդակավոր պարբերություններով տեղեկատու նյութի նկարահանման միջոցով: Ըստ ստանդարտի ճաղավանդակի հայտնի ժամանակաշրջանի, տեսականորեն որոշվում են անդրադարձման անկյունները q calc. , որոնց արժեքներից, ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունից չափված սիմետրիկ գծերի միջև եղած հեռավորությունների հետ միասին, որոշում են R eff-ի արժեքը։

Թաղանթի բեռնման ասիմետրիկ եղանակով թաղանթի ծայրերը տեղադրվում են առաջնային ճառագայթի նկատմամբ 90 0 անկյան տակ (թաղանթում երկու անցք է արվում առաջնային փնջի մուտքի և ելքի համար): Այս կերպ Ռ էֆ. որոշվում է առանց ստանդարտը վերցնելու: Դա անելու համար չափեք A և B հեռավորությունները ռադիոգրաֆիայի սիմետրիկ գծերի միջև (նկ. 3):

Ռ էֆ. \u003d (A + B) / 2p;

Debye տեսախցիկի ընդհանուր տեսքը դեբայեգրամներ նկարահանելու համար ներկայացված է Նկար 4-ում:

Տեսախցիկի գլանաձև կորպուսը տեղադրված է կանգառի վրա 3, որը հագեցած է երեք ամրացված պտուտակներով: Մխոցի առանցքը հորիզոնական է։ Նմուշը (բարակ սյունը) տեղադրվում է պահարանում 1, որը ամրացվում է խցիկում մագնիսի միջոցով։ Նմուշի կենտրոնացումը պահարանում տեղադրելու ժամանակ իրականացվում է փոքր խոշորացմամբ հատուկ մոնտաժային մանրադիտակի տեսադաշտում: Թաղանթը տեղադրվում է մարմնի ներքին մակերեսին, սեղմված հատուկ միջակայիչ օղակներով, որոնք ամրագրված են խցիկի կափարիչի ներսից 4: Նմուշը լվացող ռենտգենյան ճառագայթը մտնում է տեսախցիկ կոլիմատորի միջոցով 2. Քանի որ առաջնային ճառագայթը, ուղղակիորեն ընկնում է: Նմուշի ետևում գտնվող թաղանթի վրա, շղարշով ծածկված է ռենտգենյան օրինաչափությունը, այն փակվել է թակարդի միջոցով դեպի ֆիլմ տանող ճանապարհին: Խոշոր հատիկավոր նմուշի ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափության վրա օղակների կետավորությունը վերացնելու համար այն պտտվում է նկարահանման ժամանակ։ Որոշ տեսախցիկների կոլիմատորը պատրաստված է այնպես, որ առջևի և հետևի հատուկ ակոսների մեջ անցքերով կապարային կամ փողային շրջանակներ (էկրաններ) մտցնելով, կարող եք կտրել կլոր կամ ուղղանկյուն խաչմերուկի ճառագայթների ճառագայթը (կլոր և ճեղքված դիֆրագմներ): Դիֆրագմայի բացվածքների չափերը պետք է ընտրվեն այնպես, որ ճառագայթների ճառագայթը լվանա նմուշը: Սովորաբար, տեսախցիկները պատրաստվում են այնպես, որ ֆիլմի տրամագիծը 57,3 մմ-ի բազմապատիկ է (այսինքն՝ 57,3; 86,0; 114,6 մմ): Այնուհետև պարզեցվում է q անկյունը որոշելու հաշվարկման բանաձևը, deg։ Օրինակ, 57,3 մմ տրամագծով ստանդարտ Debye խցիկի համար q i = 2l/2: Նախքան միջպլանային հեռավորությունների որոշմանը անցնելը՝ օգտագործելով Wulf-Bragg բանաձևը.

2 d sin q = n l,

Պետք է հաշվի առնել, որ ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափության վրա գծերի դիրքը սյունակից փոքր-ինչ փոխվում է՝ կախված նմուշի շառավղից։ Բանն այն է, որ ռենտգենյան ճառագայթների կլանման շնորհիվ դիֆրակցիոն օրինաչափության ձևավորմանը մասնակցում է նմուշի բարակ մակերեսային շերտը, այլ ոչ թե կենտրոնը։ Սա հանգեցնում է սիմետրիկ զույգ գծերի տեղաշարժի հետևյալով.

D r = r cos 2 q, որտեղ r-ը նմուշի շառավիղն է:

Հետո՝ 2 լ i = 2 լ միս: ± D 2l - D r.

Ուղղումը D 2l, որը կապված է լուսանկարների մշակման ընթացքում ֆիլմի կրճատման պատճառով զույգ գծերի միջև հեռավորության փոփոխության հետ, աղյուսակավորված է ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության տեղեկատու գրքերում և դասագրքերում: Ըստ բանաձևի q i \u003d 57.3 (l / 2 R eff.): q i որոշելուց հետո հայտնաբերվում է sinq i և դրանցից որոշվում է միջպլանային հեռավորությունը K a - ճառագայթում ստացված գծերի համար.

(դ/ն) i = l K a / 2 sin q i K a .

Դիֆրակցիայի արդյունքում ստացված գծերը նույն ճառագայթման հարթություններից առանձնացնելու համար l K b , օգտագործվում է ֆիլտրացված բնորոշ ճառագայթում կամ հաշվարկ է կատարվում այս կերպ։ Որովհետեւ:

d / n \u003d l K a / 2 sin q a \u003d l K b / 2 sin q b;

sin q a / sin q b \u003d l K a / l K b " 1.09, որտեղից sinq a \u003d 1.09 sinq b.

Sinq շարքում գտեք արժեքները, որոնք համապատասխանում են առավել ինտենսիվ արտացոլումներին: Հաջորդը, կա մի տող, որի համար sinq-ը հավասար է հաշվարկված արժեքին, և դրա ինտենսիվությունը 5-7 անգամ պակաս է: Սա նշանակում է, որ այս երկու ուղիղներն առաջացել են համապատասխանաբար Ka և Kb ճառագայթների անդրադարձման շնորհիվ նույն d/n հեռավորության վրա գտնվող հարթություններից։

Բյուրեղային ցանցերի ժամանակաշրջանների որոշումը կապված է որոշ սխալների հետ, որոնք կապված են Վոլֆ-Բրագգի q անկյան ոչ ճշգրիտ չափումների հետ: Ժամանակահատվածների որոշման բարձր ճշգրտություն (սխալ 0,01-0,001%) կարելի է ձեռք բերել հատուկ մեթոդների կիրառմամբ և ռադիոգրաֆիայի չափման արդյունքների մշակմամբ, այսպես կոչված, ճշգրիտ մեթոդներով: Վանդակավոր ժամանակաշրջանների որոշման առավելագույն ճշգրտության հասնելը հնարավոր է հետևյալ մեթոդներով.

1. օգտագործելով միջպլանային հեռավորությունների արժեքները, որոնք որոշվում են ճշգրիտ հատվածի անկյուններից.

2. ճշգրիտ փորձարարական տեխնիկայի կիրառման արդյունքում սխալի նվազում.

3. օգտագործելով գրաֆիկական կամ վերլուծական էքստրապոլյացիայի մեթոդները.

D d/d նվազագույն սխալը ստացվում է q = 80¸ 83 0 անկյուններում չափելիս: Ցավոք, ոչ բոլոր նյութերն են ռենտգենի վրա նման մեծ անկյուններով գծեր տալիս: Այս դեպքում չափումների համար պետք է օգտագործվի Q հնարավոր ամենամեծ անկյան տակ գտնվող գիծ: Բջջային պարամետրերի որոշման ճշգրտության աճը կապված է նաև պատահական սխալների նվազման հետ, որը կարելի է հաշվի առնել միայն միջինացման միջոցով և հաշվի առնելով համակարգված սխալները, որոնք կարելի է հաշվի առնել, եթե հայտնի են դրանց առաջացման պատճառները: . Ցանցային պարամետրերի որոշման համակարգված սխալների հաշվառումը կրճատվում է Բրագգի q անկյունից համակարգային սխալների կախվածության հայտնաբերմամբ, ինչը թույլ է տալիս էքստրապոլացիա q = 90 0 անկյուններին, որի դեպքում միջպլանային հեռավորությունները որոշելու սխալը փոքր է դառնում: Պատահական սխալներն են.