რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი - რა არის ეს? კრისტალების რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი და დიფრაქტოგრამების ინტერპრეტაცია რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი.

მოდით განვიხილოთ კიდევ ერთი მეთოდი მყარი ნივთიერებების ანალიზისთვის, რომელიც ასევე დაკავშირებულია კვანტურ გამოსხივებასთან, მაგრამ დევს სპექტრის უფრო მოკლე ტალღის სიგრძის ნაწილში. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი(XRD) არის სხეულების სტრუქტურის შესწავლის მეთოდი რენტგენის დიფრაქციის ფენომენის გამოყენებით. ეს მეთოდი გულისხმობს ნივთიერების სტრუქტურის შესწავლას გაფანტული რენტგენის ინტენსივობის სივრცითი განაწილების შეფასების საფუძველზე.

ვინაიდან რენტგენის ტალღის სიგრძე შედარებულია ატომის ზომასა და კრისტალური სხეულის გისოსების მუდმივთან, როდესაც კრისტალი დასხივდება რენტგენის სხივებით, შეინიშნება დიფრაქციის ნიმუში, რომელიც დამოკიდებულია რენტგენის ტალღის სიგრძეზე. გამოყენებული სხივები და ობიექტის სტრუქტურა. ატომის სტრუქტურის შესასწავლად გამოიყენება გამოსხივება ანგსტრომების ერთეულების რიგის ტალღის სიგრძით.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით შესწავლილია ლითონები, შენადნობები, მინერალები, არაორგანული და ორგანული ნაერთები, პოლიმერები, ამორფული მასალები, სითხეები და აირები, ცილის მოლეკულები, ნუკლეინის მჟავები და ა.შ. ეს არის კრისტალების სტრუქტურის დადგენის ძირითადი მეთოდი. მათ კვლევაში RSA გვაწვდის ყველაზე სანდო ინფორმაციას. ამ შემთხვევაში შეიძლება გაანალიზდეს არა მხოლოდ ჩვეულებრივი ერთკრისტალური ობიექტები, არამედ ნაკლებად მოწესრიგებული სტრუქტურები, როგორიცაა სითხეები, ამორფული სხეულები, თხევადი კრისტალები, პოლიკრისტალები და ა.შ.

მრავალი უკვე გაშიფრული ატომური სტრუქტურის საფუძველზე წყდება შებრუნებული პრობლემაც: პოლიკრისტალური ნივთიერების რენტგენის ნიმუშის მიხედვით, მაგალითად, შენადნობი ფოლადი, შენადნობი, მადანი, მთვარის ნიადაგი, დგინდება ამ ნივთიერების კრისტალური სტრუქტურა. , ანუ ტარდება ფაზის ანალიზი.

რენტგენის დიფრაქციის დროს შესასწავლი ნიმუში თავსდება რენტგენის სხივებზე და აღირიცხება ნივთიერებასთან სხივების ურთიერთქმედების შედეგად წარმოქმნილი დიფრაქციის ნიმუში. შემდეგი ნაბიჯი არის ანალიზი

ბრინჯი. 15.35.

დიფრაქციის ნიმუში და გაანგარიშებით დგინდება სივრცეში ნაწილაკების ურთიერთგანლაგება, რამაც გამოიწვია ამ ნიმუშის გამოჩენა. სურათი 15.35 გვიჩვენებს ანალიტიკური დაყენების ფოტოს, რომელიც ახორციელებს რენტგენის დიფრაქციის მეთოდს.

კრისტალური ნივთიერებების რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ტარდება ორ ეტაპად. პირველი არის ბროლის ერთეული უჯრედის ზომების, ერთეულ უჯრედში ნაწილაკების (ატომების, მოლეკულების) რაოდენობის განსაზღვრა და ნაწილაკების განლაგების სიმეტრია (ე.წ. სივრცის ჯგუფი). ეს მონაცემები მიღებულია დიფრაქციული მწვერვალების განლაგების გეომეტრიის ანალიზით.

მეორე ეტაპი არის ელექტრონის სიმკვრივის გამოთვლა ერთეული უჯრედის შიგნით და ატომების კოორდინატების განსაზღვრა, რომლებიც იდენტიფიცირებულია ელექტრონის სიმკვრივის მაქსიმუმის პოზიციასთან. ასეთი მონაცემები მიიღება დიფრაქციული მწვერვალების ინტენსივობის გაზომვით.

არსებობს დიფრაქციის ნიმუშის მიღებისა და ჩაწერის სხვადასხვა ექსპერიმენტული მეთოდი. ნებისმიერ მეთოდში არსებობს რენტგენის წყარო, რენტგენის ვიწრო სხივის განცალკევების სისტემა, სხივის ღერძის მიმართ ნიმუშის დაფიქსირებისა და ორიენტირების მოწყობილობა და ნიმუშის მიერ მიმოფანტული გამოსხივების მიმღები. მიმღები არის ფოტოგრაფიული ფილმი, ან რენტგენის კვანტების იონიზაციის ან ცინტილაციის მრიცხველები, ან ინფორმაციის დასაფიქსირებლად სხვა მოწყობილობა. აღრიცხვის მეთოდი მრიცხველების გამოყენებით (დიფრაქტომეტრიული) იძლევა უმაღლეს სიზუსტეს რეგისტრირებული გამოსხივების ინტენსივობის განსაზღვრაში.

კრისტალების რენტგენის გამოსახულების ძირითადი მეთოდებია:

• ლაუეს მეთოდი;
• ფხვნილის მეთოდი (დებიეგრამის მეთოდი);
• ბრუნვის მეთოდი და მისი ვარიაცია - სვინგის მეთოდი.

სროლისას ლაუს მეთოდიარამონოქრომატული გამოსხივების სხივი ეცემა ერთკრისტალურ ნიმუშზე (ნახ. 15.36, ა).დიფრაქციით მხოლოდ ის სხივები, რომელთა ტალღის სიგრძე აკმაყოფილებს ვულფ-ბრაგის მდგომარეობას. ისინი ქმნიან დიფრაქციულ ლაქებს ლაუეგრამა(სურ. 15.36, ბ)რომლებიც განლაგებულია ელიფსების, ჰიპერბოლებისა და სწორი ხაზების გასწვრივ, რომლებიც აუცილებლად გადიან ადგილზე პირველადი სხივიდან. Lauegram-ის მნიშვნელოვანი თვისებაა ის, რომ ბროლის შესაბამისი ორიენტაციის შემთხვევაში, ამ მრუდების განლაგების სიმეტრია ასახავს ბროლის სიმეტრიას.

ბრინჯი. 15.36. რენტგენის გამოკვლევა ლაუს მეთოდით: A -დასხივების სქემა: ბ- ტიპიური ლაუეგრამა; / - რენტგენის სხივი; 2 - კოლიმატორი; 3 - ნიმუში; 4 - დიფრაქციული სხივები; 5 - ბრტყელი ფილმი

ლაუს ნიმუშებზე ლაქების ბუნებიდან გამომდინარე, შეიძლება გამოვლინდეს შინაგანი სტრესები და კრისტალური სტრუქტურის სხვა დეფექტები. ცალკეული ლაქების ინდექსირება რთულია. ამიტომ, ლაუს მეთოდი გამოიყენება ექსკლუზიურად ბროლის სასურველი ორიენტაციის მოსაძებნად და მისი სიმეტრიის ელემენტების დასადგენად. ეს მეთოდი ამოწმებს ერთკრისტალების ხარისხს უფრო სრულყოფილი სტრუქტურული კვლევისთვის ნიმუშის არჩევისას.

გამოყენება ფხვნილის მეთოდი(სურ. 15.37, ა), ისევე როგორც ქვემოთ აღწერილი რენტგენის გამოსახულების მეთოდებში, გამოიყენება მონოქრომატული გამოსხივება. ცვლადი პარამეტრი არის დაცემის კუთხე 0, ვინაიდან ნებისმიერი ორიენტაციის კრისტალები პირველადი სხივის მიმართულების მიმართ ყოველთვის გვხვდება პოლიკრისტალურ ფხვნილის ნიმუშში.

ბრინჯი. 15.37. რენტგენის ფხვნილის მეთოდი: ა- მეთოდის სქემა; ბ- ტიპიური ფხვნილის რენტგენოგრაფია (დებიოგრამები); 1 - პირველადი სხივი; 2- ფხვნილი ან პოლიკრისტალური ნიმუში; 3 - დიფრაქციული კონუსები

სხივები ყველა კრისტალებიდან, რომლებშიც სიბრტყეებია გარკვეული პლანთაშორისი მანძილით დხკჯარიან „ამრეკლავ მდგომარეობაში“, ანუ აკმაყოფილებენ ვულფ-ბრაგის მდგომარეობას, ქმნიან კონუსს პირველადი სხივის გარშემო 40 ° რასტრული კუთხით.

Თითოეულ duktშეესაბამება მის დიფრაქციულ კონუსს. დიფრაქციული რენტგენის სხივების თითოეული კონუსის გადაკვეთა ცილინდრის სახით შემოხვეული ფოტოფილმის ზოლთან, რომლის ღერძი გადის ნიმუშზე, იწვევს მასზე კვალის გამოჩენას, რომლებიც სიმეტრიულად მდებარე თაღებს ჰგავს. პირველადი სხივისკენ (ნახ. 15.37, ბ).სიმეტრიულ „რკალებს“ შორის მანძილის ცოდნით, შესაძლებელია შესაბამისი პლანთაშორისი მანძილების გამოთვლა. დკრისტალში.

თანამედროვე მოწყობილობებში, ცილინდრულ ზედაპირზე შემობრუნებული ფირის ნაცვლად, გამოიყენება სენსორი მცირე დიაფრაგმით და მიმღები ფანჯრის ფართობით, რომელიც დისკრეტულად მოძრაობს ცილინდრული ზედაპირის გასწვრივ, ხსნის. დიფრაქტოგრამა.

ფხვნილის მეთოდი ყველაზე მარტივი და მოსახერხებელია ექსპერიმენტული ტექნიკის თვალსაზრისით, მაგრამ ერთადერთი ინფორმაცია, რომელიც მას გვაწვდის - პლანთაშორისი მანძილების არჩევანი - საშუალებას იძლევა გაშიფროს მხოლოდ უმარტივესი სტრუქტურები.

IN როტაციის მეთოდიცვლადი პარამეტრი არის კუთხე 0. გადაღება ხდება ცილინდრულ ფილაზე. ექსპოზიციის მთელი პერიოდის განმავლობაში, კრისტალი ერთნაირად ბრუნავს ღერძის გარშემო, რომელიც ემთხვევა ზოგიერთ მნიშვნელოვან კრისტალოგრაფიულ მიმართულებას და ცილინდრის ღერძს, რომელიც წარმოიქმნება ფილმის მიერ. დიფრაქციული სხივები მოძრაობს კონუსების გენერატრიების გასწვრივ, რომლებიც ფილაზე გადაკვეთისას წარმოქმნიან ხაზებს, რომლებიც შედგება ლაქებისგან. (ფენის ხაზები).

ბრუნვის მეთოდი უფრო მეტ ინფორმაციას იძლევა, ვიდრე ფხვნილის მეთოდი. ფენების ხაზებს შორის მანძილიდან შეიძლება გამოვთვალოთ გისოსების პერიოდი კრისტალური ბრუნვის ღერძის მიმართულებით.

ეს მეთოდი ამარტივებს რენტგენოგრაფიული ლაქების იდენტიფიკაციას. ასე რომ, თუ კრისტალი ბრუნავს გისოსის ღერძის გარშემო, მაშინ ხაზის ყველა ლაქა, რომელიც გადის პირველადი სხივის კვალს, აქვს ინდექსები (A, რომ, შესახებ),მიმდებარე ფენის ხაზებზე - შესაბამისად (A, კ, მე)და (A, A, ᲛᲔ)თუმცა, ბრუნვის მეთოდი არ იძლევა ყველა შესაძლო ინფორმაციას, ვინაიდან ცნობილი არ არის ბროლის ბრუნვის რა კუთხით ბრუნვის ღერძის გარშემო წარმოიქმნა ესა თუ ის დიფრაქციული ლაქა.

კვლევისას სვინგის მეთოდი,რომელიც ბრუნვის მეთოდის ვარიანტია, ნიმუში არ ასრულებს სრულ ბრუნვას, არამედ „ბრუნავს“ იმავე ღერძის გარშემო მცირე კუთხური ინტერვალით. ეს აადვილებს ლაქების ინდექსირებას, ვინაიდან შესაძლებელს ხდის ნაწილებად ბრუნვის რენტგენის ნიმუშის მიღებას და რხევის ინტერვალის სიზუსტით განსაზღვრას, თუ რა კუთხით ბრუნავს ბროლის თითოეული დიფრაქციული ლაქა პირველად სხივთან. გამოჩნდა.

კიდევ უფრო სრულ ინფორმაციას გვაწვდის რენტგენის გონიომეტრის მეთოდებით. რენტგენის გონიომეტრი- ეს არის მოწყობილობა, რომელიც ერთდროულად აღრიცხავს შესასწავლ ნიმუშზე დიფრაქციული რენტგენის მიმართულებას და ნიმუშის მდებარეობას დიფრაქციის მომენტში.

ერთ-ერთი ასეთი მეთოდია ვაისენბერგის მეთოდი- არის როტაციის მეთოდის შემდგომი განვითარება. ამ უკანასკნელისგან განსხვავებით, ვაისენბერგის რენტგენის გონიომეტრში, ყველა დიფრაქციული კონუსი, გარდა ერთისა, დაფარულია ცილინდრული ეკრანით, ხოლო დარჩენილი დიფრაქციული კონუსის ლაქები "გაშლილია" ფოტოგრაფიის მთელ ფართობზე. ფილმი მისი ორმხრივი ღერძული მოძრაობით ბროლის ბრუნვის სინქრონულად. ეს შესაძლებელს ხდის განვსაზღვროთ, თუ რა ორიენტაციის კრისტალს გაჩნდა თითოეული ლაქა. ვეისენბერგოგრამები.

არსებობს სხვა კვლევის მეთოდები, რომლებიც იყენებენ ნიმუშისა და ფილმის ერთდროულ მოძრაობას. მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანია ორმხრივი გისოსებით ფოტოგრაფიის მეთოდიდა ბურგერის პრეცესიული მეთოდი.ამ შემთხვევაში გამოიყენება დიფრაქციული ნიმუშის ფოტოგრაფიული რეგისტრაცია. რენტგენის დიფრაქტომეტრში შესაძლებელია დიფრაქციული ანარეკლების ინტენსივობის პირდაპირ გაზომვა პროპორციული, სცინტილაციური და სხვა რენტგენის ფოტონების მრიცხველების გამოყენებით.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი შესაძლებელს ხდის კრისტალური ნივთიერებების სტრუქტურის დადგენას, მათ შორის ისეთი რთული, როგორიცაა ბიოლოგიური ობიექტები, საკოორდინაციო ნაერთები და ა.შ. მასა ცნობილი სიმკვრივით ან სიმკვრივით ცნობილ მოლეკულურ წონაზე, მოლეკულების და მოლეკულური იონების სიმეტრია და კონფიგურაცია.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ასევე გამოიყენება პოლიმერების, ამორფული და თხევადი სხეულების კრისტალური მდგომარეობის შესასწავლად. ასეთი ნიმუშების რენტგენის დიფრაქციული ნიმუშები შეიცავს რამდენიმე ბუნდოვან დიფრაქციულ რგოლს, რომელთა ინტენსივობა მკვეთრად მცირდება დაცემის კუთხის 0 ზრდით. - დიაპაზონის წესრიგი თხევად ან ამორფულ სტრუქტურაში.

რენტგენის გამოყენების მნიშვნელოვანი სფეროა ლითონებისა და შენადნობების რენტგენოგრაფია, რომელიც მეცნიერების ცალკე დარგად იქცა. რენტგენოგრაფია სრულ ან ნაწილობრივ RSA-სთან ერთად მოიცავს რენტგენის გამოყენების სხვა მეთოდებსაც: რენტგენის ხარვეზის გამოვლენა(გამჭვირვალობა), რენტგენის სპექტრული ანალიზი, რენტგენის მიკროსკოპიადა ა.შ.

სუფთა ლითონებისა და მრავალი შენადნობის სტრუქტურის განსაზღვრა XRD-ზე დაფუძნებული ( შენადნობების კრისტალური ქიმია)- მეტალურგიის ერთ-ერთი წამყვანი დარგი. ლითონის შენადნობების არც ერთი მდგომარეობის დიაგრამა არ შეიძლება ჩაითვალოს საიმედოდ დადგენილად, თუ ეს შენადნობები არ არის შესწავლილი XRD მეთოდებით. რენტგენის დიფრაქციულმა ანალიზმა შესაძლებელი გახადა ღრმად შესწავლილიყო სტრუქტურული ცვლილებები, რომლებიც ხდება ლითონებსა და შენადნობებში მათი პლასტმასის და თერმული დამუშავების დროს.

რენტგენის დიფრაქციის მეთოდს ასევე აქვს შეზღუდვები. სრული რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის ჩასატარებლად აუცილებელია, რომ ნივთიერება კარგად კრისტალიზდეს სტაბილური კრისტალების წარმოქმნით. ზოგჯერ საჭიროა კვლევების ჩატარება მაღალ ან დაბალ ტემპერატურაზე. ეს მნიშვნელოვნად ართულებს ექსპერიმენტს.

სრული შესწავლა არის ძალიან შრომატევადი, შრომატევადი და მოიცავს დიდი რაოდენობით გამოთვლით სამუშაოს. საშუალო სირთულის ატომური სტრუქტურის დასამყარებლად (-50-100 ატომები ერთეულ უჯრედში), აუცილებელია რამდენიმე ასეული და ათასობით დიფრაქციული არეკვლის ინტენსივობის გაზომვა. ამ მტკივნეულ სამუშაოს ასრულებენ ავტომატური მიკროდენსიტომეტრები და კომპიუტერის კონტროლირებადი დიფრაქტომეტრები, ზოგჯერ რამდენიმე კვირის ან თუნდაც თვეების განმავლობაში (მაგალითად, ცილის სტრუქტურების ანალიზისას, როდესაც ასახვის რაოდენობა ასობით ათასამდე იზრდება).

ამასთან დაკავშირებით, SAR-ის პრობლემების გადასაჭრელად, შემუშავებულია და ფართოდ გამოიყენება გამოყენებითი პროგრამების სპეციალიზებული პაკეტები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის გაზომვების პროცესის ავტომატიზირებას და მათი შედეგების ინტერპრეტაციას. თუმცა, კომპიუტერული ტექნოლოგიების ჩართვითაც კი, სტრუქტურის დადგენა რთული რჩება.

დიფრაქტომეტრში რამდენიმე მრიცხველის გამოყენება, რომლებიც პარალელურად აღრიცხავს ანარეკლებს, შესაძლებელს ხდის ექსპერიმენტის დროის შემცირებას. დიფრაქტომეტრიული გაზომვები აღემატება ფოტოჩანაწერს მგრძნობელობითა და სიზუსტით, რაც შესაძლებელს ხდის მოლეკულების სტრუქტურისა და კრისტალში მოლეკულების ურთიერთქმედების ზოგადი ბუნების დადგენას.

რენტგენის დიფრაქციული კვლევა ყოველთვის არ იძლევა საიმედოობის საჭირო ხარისხით მსჯელობას მოლეკულაში არსებული ქიმიური ბმების ბუნებაში განსხვავებების შესახებ, რადგან ბმის სიგრძისა და ბმის კუთხეების განსაზღვრის სიზუსტე ხშირად არასაკმარისია. მეთოდის სერიოზული შეზღუდვაა ასევე მსუბუქი ატომების და განსაკუთრებით წყალბადის ატომების პოზიციების დადგენის სირთულე.

რუსეთის ფედერაციის განათლებისა და მეცნიერების სამინისტრო

უმაღლესი პროფესიული განათლების ფედერალური სახელმწიფო საბიუჯეტო საგანმანათლებლო დაწესებულება

ყუბანის სახელმწიფო უნივერსიტეტი

ფიზიკა-ტექნიკური ფაკულტეტი

ფიზიკისა და საინფორმაციო ტექნოლოგიების დეპარტამენტი

მიმართულება 03.03.02 ფიზიკა

საკურსო სამუშაო

კრისტალების რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი და დიფრაქციული შაბლონების ინტერპრეტაცია

დაასრულა პურუნოვა ა.მ.

მე-2 კურსის სტუდენტი

ხელმძღვანელი Skachedub A.V.

კრასნოდარი 2015 წელი

ᲐᲑᲡᲢᲠᲐᲥᲢᲣᲚᲘ

კურსი 33 გვერდი, 11 ფიგურა, 16 ფორმულა, 10 წყარო.

საკვანძო სიტყვებისაკვანძო სიტყვები: რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი, დიფრაქტოგრამები, რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდები, კრისტალები, გამოსხივება.

კვლევის ობიექტი: კრისტალების რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის შესწავლა

კვლევის საგანი:კრისტალი

Კვლევის მეთოდები:თეორიულად დაეუფლონ რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისა და დიფრაქციული შაბლონების ინტერპრეტაციის სამ მეთოდს

კურსის მუშაობის მიზანი:მიიღეთ თეორიული ცოდნა კრისტალების კვლევის მეთოდების შესახებ

კურსის მუშაობის მიზნებია:

სამეცნიერო ლიტერატურის შესწავლა კრისტალების რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისა და დიფრაქციული შაბლონების ინტერპრეტაციის თემაზე.

დასკვნები:დაეუფლა კრისტალების რენტგენის დიფრაქციულ ანალიზს და ისწავლა დიფრაქციული შაბლონების გაშიფვრის მეთოდები

გთავაზობთ:შემოთავაზებულია კრისტალების ანალიზის სამი მეთოდი.

შესავალი

1. ისტორიული ფონი

რენტგენის სხივების მიღება და თვისებები

3. რენტგენის სხივების მატერიასთან ურთიერთქმედების სახეები

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდები

რენტგენის ფაზის ანალიზი

6. ორმხრივი გისოსის გადაღების მეთოდი

7. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის შედეგების გამოყენება ატომების კოორდინატების დასადგენად

8. აპარატის ფუნქციური დიაგრამა და ბროლის წარმოქმნის პრინციპი

დასკვნა

ბიბლიოგრაფია

შესავალი

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი არის ნივთიერების სტრუქტურის შესწავლის ერთ-ერთი დიფრაქციული მეთოდი, რომელიც ემყარება ანალიზებულ ობიექტზე რენტგენის სხივების დიფრაქციას (სამგანზომილებიანი კრისტალური ბადე). კვლევის დროს მიღებული დიფრაქციული ნიმუში პირდაპირ დამოკიდებულია რენტგენის სხივების ტალღის სიგრძეზე, ასევე ობიექტის სტრუქტურაზე.

არსებობს ანალიზის სხვადასხვა მეთოდი, რომლებიც გამოიყენება ლითონების, არაორგანული და ორგანული ნაერთების, შენადნობების, პოლიმერების, მინერალების, სითხეებისა და გაზების, კრისტალების და ა.შ. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი (შემდგომში რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი) არის მთავარი მეთოდი კრისტალის ატომური სტრუქტურის დასადგენად, რომელიც მოიცავს ერთეული უჯრედის სივრცის ჯგუფს, მის ფორმასა და ზომას და განსაზღვრავს სიმეტრიის ჯგუფს. კრისტალი. ასევე, იმის გამო, რომ უკვე გაშიფრულია ატომური სტრუქტურების დიდი რაოდენობა, შესაძლებელია ნივთიერებების კრისტალური შემადგენლობის დადგენა, ანუ ფაზური ანალიზის ჩატარება.

რენტგენის გამოსხივება არ აღელვებს შესწავლილ ნიმუშში რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის დროს (თუ ნიმუში ასხივებს ფლუორესცენტულ გამოსხივებას სტრუქტურული კვლევების დროს, ეს ეფექტი არის გვერდითი, მავნე ეფექტი). რენტგენის მილის მიერ გამოსხივებული რენტგენის სხივები დიფრაქციულია შესასწავლი ნიმუშის ბროლის ბადით. შემდგომში ტარდება დიფრაქციული ნიმუშის ანალიზი და გამოთვლების საშუალებით დგინდება ნაწილაკების ურთიერთგანლაგება სივრცეში, რამაც გამოიწვია ამ ნიმუშის გამოჩენა.

კრისტალების XRD-ის სამი ფუნდამენტურად განსხვავებული მეთოდი არსებობს:

ბრუნვის მეთოდი (გამოიყენება მონოქრომატული გამოსხივება)

ფხვნილის მეთოდი (მონოქრომატული გამოსხივების გამოყენებით)

ლაუეს მეთოდი (გამოიყენება თეთრი რენტგენის სპექტრი).

როტაციის მეთოდი ჩვეულებრივ იყოფა ორ ტიპად: ბრუნვის მეთოდი და რენტგენის გონიომეტრიული მეთოდი.

ისწავლეთ RSA;

გაანალიზეთ დიფრაქტოგრამების ინტერპრეტაცია.

ნაშრომის სტრუქტურა შედგება შესავლის, 8 თავის, დასკვნისა და ცნობარების ჩამონათვალისგან.

1. ისტორიული ფონი

1912 წელს გერმანელმა ფიზიკოსებმა M. Laue, W. Friedrich და P. Knipping აღმოაჩინეს რენტგენის დიფრაქცია კრისტალებზე. მათ მიმართეს რენტგენის სხივების ვიწრო სხივი კრისტალისკენ და დააფიქსირეს დიფრაქციის ნიმუში ბროლის უკან მოთავსებულ ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე. იგი შედგებოდა დიდი რაოდენობით ლაქებისგან, რომლებიც რეგულარულად იყო განთავსებული. თითოეული ლაქა არის დიფრაქციული სხივის კვალი, რომელიც მიმოფანტულია ბროლით. ამ რენტგენოგრაფიას ეწოდება ლაუეგრამა (სურათი 1).

სურათი 1 - ბერილის ბროლის ლაუეგრამა, რომელიც აღებულია მე-2 რიგის სიმეტრიის ღერძის გასწვრივ

კრისტალების მიერ რენტგენის დიფრაქციის ამ თეორიამ შესაძლებელი გახადა ტალღის სიგრძის დაკავშირება გამოსხივება, კრისტალის ელემენტარული უჯრედის პარამეტრები a,b,c, დაცემის კუთხეები ( α 0,β 0,γ 0) და დიფრაქცია ( α 0,β 0,γ 0) სხივები თანაფარდობით:

ა (cosα-cosα 0) = hλ(cosβ-cosβ 0) = კლ (1)

თან ( cosγ -cosγ 0) = lλ ,

სადაც h, k, l არის მთელი რიცხვები (მილერის ინდექსები). დიფრაქციული სხივი რომ წარმოიქმნას, აუცილებელია დაკმაყოფილდეს პირობა (1), ანუ პარალელურ სხივებში გზათა სხვაობა იმ სხივებს შორის, რომლებიც მიმოფანტულია ატომით, რომელიც შეესაბამება მეზობელ გისოსებს, ტოლი იყოს მთელი რიცხვის. ტალღის სიგრძის.

1913 წელს ვ.ლ. ბრეგი და გ.ვ. ვულფმა აჩვენა, რომ ნებისმიერი დიფრაქციული სხივი შეიძლება ჩაითვალოს კრისტალოგრაფიული სიბრტყის ერთ-ერთი სისტემიდან მოხვედრილი სხივის ანარეკლად. როგორც მეთოდი, PCA შეიმუშავეს Debye-მ და Scherrer-მა.

2. რენტგენის სხივების მიღება და თვისებები

რენტგენის მისაღებად გამოიყენება სპეციალური ვაკუუმური მოწყობილობები - რენტგენის მილები. რენტგენის გამოსხივება ჩნდება რენტგენის მილის ანოდში, როდესაც მას დაბომბავს აჩქარებული ელექტრონების სხივით და აჩქარების ძაბვა უნდა იყოს 10-70 კილოვოლტი (სტრუქტურულ ანალიზში გამოყენებული აჩქარების ძაბვა სწორედ ამ ინტერვალშია). მაღალი ძაბვა მიიღება მაღალი ძაბვის ტრანსფორმატორების გამოყენებით. მრავალი რენტგენის აპარატის სქემები შეიცავს მაღალი ძაბვის კონდენსატორებს, რომლებიც შესაძლებელს ხდის მილს მიწოდების ძაბვას, რომელიც ორჯერ აღემატება ძაბვას ტრანსფორმატორის მეორად გრაგნილზე. ზოგიერთი წრე შეიცავს კენოტრონებს (ძლიერ ვაკუუმ დიოდებს), რომლებიც ხსნიან რენტგენის მილიდან დენის გასწორების ფუნქციას. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის თანამედროვე დანადგარები ასევე აღჭურვილია ფერორეზონანსული სტაბილიზატორებით და ქსელის ძაბვის კორექტორებით, რენტგენის მილის ძაფის დენის ელექტრონული სტაბილიზატორებით.

ნიმუშის მიერ მიმოფანტული გამოსხივების აღრიცხვა შეიძლება განხორციელდეს როგორც ფილმზე, ასევე იონიზაციის მეთოდებით.

ზოგიერთი რენტგენის აპარატის სქემატური დიაგრამები ნაჩვენებია სურათებში 2-6.

სურათი 2 - მოწყობილობის სქემატური დიაგრამა 1

სურათი 3 - მოწყობილობების სქემატური დიაგრამები 2, 3

სურათი 4 - მოწყობილობების სქემატური დიაგრამები 4, 5

რენტგენის მილის ანოდიდან გამომავალი რენტგენის სპექტრის გარე ხედი საკმაოდ რთულია (იხ. სურ. 5) და დამოკიდებულია ანოდის მასალაზე, ანოდის დენის სიდიდესა და მილზე ძაბვაზე. დაბალი ძაბვის დროს (ზემოდან შემოიფარგლება თითოეული მასალისთვის განსაზღვრული მნიშვნელობით), მილი წარმოქმნის მხოლოდ რენტგენის სხივების უწყვეტ სპექტრს. ამ სპექტრს, რომელსაც ასევე უწოდებენ "თეთრს", უწყვეტს ან bremsstrahlung, აქვს გამოხატული ინტენსივობის მაქსიმალური და მოკლე ტალღის სიგრძის საზღვარი. მაქსიმალური ინტენსივობის პოზიცია I მ და მოკლე ტალღის საზღვარი λ 0 არ იცვლება, როდესაც იცვლება მილის დენი, მაგრამ მოძრაობს უფრო მოკლე ტალღებისკენ მილზე ძაბვის გაზრდით (სურათები 5.2, 5.3).

ძაბვის შემდგომი ზრდით, სპექტრი შეიძლება რადიკალურად შეიცვალოს (სურათი 5): უწყვეტი სპექტრის ფონზე ჩნდება ეგრეთ წოდებული „მახასიათებელი“ გამოსხივების ინტენსიური, მკვეთრი ხაზები. ძაბვას, რომელიც უნდა იქნას გამოყენებული მილზე დამახასიათებელი გამოსხივების ხაზების მისაღებად, ამ ხაზის აგზნების პოტენციალი ეწოდება.

3. რენტგენის სხივების მატერიასთან ურთიერთქმედების სახეები

რენტგენის სხივების ერთ-ერთი პირველი თვისება, რომელიც მათ კვლევაში აღმოაჩინეს, იყო მაღალი შეღწევადობის ძალა. მართლაც, რენტგენის სხივი ანათებს ბევრ გაუმჭვირვალე (ხილული სინათლისთვის) ობიექტს. თუმცა, რადიაციის ინტენსივობა, რომელიც გაიარა ნივთიერებაში, ნაკლებია საწყისი სხივის ინტენსივობაზე. ნივთიერების მიერ რენტგენის სხივების შესუსტების მექანიზმები განსხვავებულია რენტგენის სპექტრის სხვადასხვა ნაწილისთვის და სხვადასხვა დასხივებული ნივთიერებებისთვის (სურათი 6).

სურათი 6 - ნივთიერების მიერ რენტგენის სხივების შესუსტების მექანიზმების დიაგრამა

ზემოთ მოყვანილი დიაგრამა გვიჩვენებს, თუ რომელ არხებზე იხარჯება ნივთიერებაზე რენტგენის სხივის ენერგია.

რენტგენის სხივების მთლიანი ან მთლიანი შესუსტება არის ჭეშმარიტი შთანთქმისა და გაფანტვის ჯამი. ჭეშმარიტი შთანთქმა შეესაბამება ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის გარდაქმნას სხვა სახის ენერგიად (ფოტოელექტრონების კინეტიკური ენერგია) ან მეორად (ფლუორესცენტულ) გამოსხივებად. რენტგენის სხივები შეიძლება იყოს მიმოფანტული თანმიმდევრულად (ტალღის სიგრძის შეცვლის გარეშე) ან არათანმიმდევრულად (კომპტონის გაფანტვა). ფლუორესცენტური გამოსხივების გაჩენა არ უნდა ჩაითვალოს გაფანტვის ერთ-ერთ სახეობად, ვინაიდან ამ შემთხვევაში პირველადი რენტგენის გამოსხივების ენერგია მთლიანად იხარჯება დასხივებული ნივთიერების ატომების შიდა ენერგიის დონეების იონიზაციაზე, რის შედეგადაც წარმოიქმნება დასხივებული ნივთიერების ატომების დამახასიათებელი გამოსხივება. პირველადი სხივის საწყისი რენტგენის გამოსხივება მთლიანად შეიწოვება ამ ნივთიერებით. შეიძლება ითქვას, რომ თანმიმდევრული შთანთქმის დროს პირველადი გამოსხივების კვანტი ქრება, გაფანტვისას კი მიმართულებას იცვლის.

4. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდები

რენტგენის დიფრაქციულ ანალიზში სამი მეთოდი გამოიყენება ისეთი სირთულის დასაძლევად, როგორიცაა არეკვლის არარსებობა იდეალური უძრავი კრისტალიდან მონოქრომატულ გამოსხივებაში.

ლაუეგრამის მეთოდი

Laue მეთოდი გამოიყენება ერთკრისტალებზე. ნიმუში დასხივებულია უწყვეტი სპექტრის მქონე სხივით, სხივისა და ბროლის ორმხრივი ორიენტაცია არ იცვლება. დიფრაქციული გამოსხივების კუთხური განაწილებას აქვს ინდივიდუალური დიფრაქციული ლაქების ფორმა (ლაუეგრამა). სქემა ნაჩვენებია სურათზე 7.

სურათი 7 - Laue მეთოდის სქემა

ამ მეთოდის გამოყენება შეუძლებელია გისოსების მუდმივების დასადგენად. კერძოდ, იგი გამოიყენება ერთკრისტალების ორიენტირებისთვის და ცალკრისტალების სრულყოფილების გასაანალიზებლად ზომით და რენტგენის ნიმუშზე წერტილების სწორი მდებარეობით.

მბრუნავი ან ქანების ბროლის მეთოდი

მბრუნავი ან მოძრავი ბროლის მეთოდი ნაჩვენებია 8-ში.

სურათი 8 - ევალდის კონსტრუქცია ქანქარი ბროლის მეთოდისთვის

შავი წერტილები - ორმხრივი მედის კვანძები, როდესაც ბროლი სტაციონარულია; ნათელი წერტილები - ორმხრივი მედის კვანძები, როდესაც ისინი ევალდის სფეროს ხვდებიან ბროლის ბრუნვის დროს.

ლაუგრამის მეთოდისგან განსხვავებით, აქ გამოიყენება მონოქრომატული გამოსხივება (მხედველობაში მივიღებთ, რომ ევალდის სფეროს რადიუსი მუდმივია), ხოლო საპირისპირო გისოსების წერტილები ამ სფეროს ხვდება პირდაპირი და ორმხრივი გისოსების ბრუნვით (მობრუნებით). ნიმუში. ეს მეთოდი ნაკლებად მოსახერხებელია ორიენტაციისთვის.

ფხვნილის მეთოდი

ფხვნილის მეთოდი (დებიეგრამის მეთოდი) ეფუძნება პოლიკრისტალების ან წვრილი ფხვნილების გამოყენებას, რომლებიც დამზადებულია ერთი კრისტალებისგან, როგორც ნიმუშები. იგი შემოგვთავაზეს 1916 წელს დიბაის და შერერის მიერ. იგი ფართოდ გამოიყენება კრისტალების სტრუქტურის დასადგენად.

სურათი 9 - ფხვნილის მეთოდი (დებიეგრამის მეთოდი):

ა - ევალდის კონსტრუქცია; 1 - ევალდის სფეროს 2-ის გადაკვეთის ხაზები 3 სფეროებთან, რომლებზეც დევს საპასუხო გისოსების ვექტორების საწყისი წერტილები B; ბ - ექსპერიმენტის სქემა: 4 - გამოსხივების წყარო (რენტგენის მილი), 5 - ნიმუში, 6 - ფოტოფილმი; გ - გაშლილი ფილმი

ამ მეთოდით, რეალურად გამოყენებული ზომის ნიმუშები შეიცავს ~-ზე მეტს 108 ნაწილაკები, კრისტალოგრაფიული ღერძების ორიენტაცია, რომლებშიც მეტ-ნაკლებად თანაბრად არის განაწილებული ყველა მიმართულებით. ჩვენ დავხატავთ ამ ნაწილაკების საპასუხო მედის ვექტორებს ისე, რომ მათი ბოლო წერტილები დაემთხვეს (სურათი 8, ა). შემდეგ მათი საწყისი წერტილები განლაგდება B რადიუსის სფეროზე. ეს სფერო 3 წრის გასწვრივ გადაიკვეთება ევალდის სფეროსთან. და ვინაიდან რენტგენის ანალიზში გამოყენებული გამოსხივების ფარდობითი ხაზის სიგანე (ანუ ∂k/k) არის ~10 -4, მაშინ ამ წრის თითქმის ყველა წერტილი იქნება გაფანტული გამოსხივების k ტალღის ვექტორების საწყისი წერტილები. 2. საპასუხო გისოსის სხვა ვექტორები (ერთი მათგანი ნაჩვენებია ნახატზე 8a - b") მისცემს გადაკვეთის სხვა წრეებს ევალდის სფეროსთან და გაფანტული გამოსხივების სხვა ვექტორებთან k. 2".

ექსპერიმენტის სქემა ნაჩვენებია სურათზე 8b და გაშლილი რენტგენის ფილმი სურათზე 8c. ამ ფილმზე გამოჩნდება სხვადასხვა რადიუსის რკალი, ისინი საშუალებას გაძლევთ იპოვოთ ორმხრივი გისოსების ვექტორები და იპოვოთ გისოსების მუდმივი.

. რენტგენის ფაზის ანალიზი

რენტგენის ფაზის ანალიზს ასევე ხშირად უწოდებენ ნივთიერების იდენტიფიკაციას. იდენტიფიკაციის მიზანია ნიმუშის ფაზური შემადგენლობის დადგენა, ე.ი. პასუხი კითხვაზე: "რა კრისტალური ფაზებია ამ ნიმუშში?"

რენტგენის ფაზის ანალიზის ფუნდამენტური შესაძლებლობა ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ თითოეულ კრისტალურ ნივთიერებას აქვს საკუთარი (და მხოლოდ მას) ინტერპლანტაშორისი მანძილი. და აქედან გამომდინარე, სფეროების "სათანადო" ნაკრები, რომლებიც დასახლებულია ორმხრივი გისოსებით. ამ პრინციპის მიხედვით, თითოეული ბროლის რენტგენის ნიმუში მკაცრად ინდივიდუალურია. ერთი და იგივე ნივთიერების პოლიმორფული მოდიფიკაციები სხვადასხვა რენტგენოგრაფიას იძლევა.

ბოლო დებულება გვეხმარება გავიგოთ ფუნდამენტური განსხვავება ფაზურ ანალიზსა და ყველა სხვა ტიპის ანალიზს შორის (ქიმიური, სპექტრალური): რენტგენის ფაზის ანალიზი აღრიცხავს ამა თუ იმ ტიპის კრისტალური ბადის არსებობას და არა გარკვეული სახის ატომებს ან იონებს. . ფაზური ანალიზის გამოყენებით შეიძლება განისაზღვროს ნიმუშის ქიმიური შემადგენლობა; პირიქით ყოველთვის არ არის შესაძლებელი.

რენტგენის ფაზის ანალიზი შეუცვლელია ერთი და იგივე ნივთიერების მოდიფიკაციების ნარევების ანალიზისას, მყარი ხსნარების შესწავლისას და ზოგადად მდგომარეობის დიაგრამების შესწავლისას.

მეთოდის მგრძნობელობა დაბალია. ჩვეულებრივ ნარევში არსებული ფაზები ოდენობით<1%, уже не могут быть обнаружены рентгеновским методом. К тому же чувствительность метода зависит от состава пробы.

ერთი ფაზის მეორეში ამოცნობა მრავალ გარემოებაზეა დამოკიდებული: ნიმუშის კომპონენტების ატომურ რიცხვებზე, კრისტალების ერთეული უჯრედის ზომასა და სიმეტრიაზე, ყველა შემადგენელი ფაზის გაფანტვისა და შთანთქმის უნარებზე. რაც უფრო მაღალია გაფანტვის ძალა და რაც უფრო დაბალია შთანთქმის კოეფიციენტი ატომებისთვის, რომლებიც ქმნიან ფაზის გისოსს, მით ნაკლებია ამ ფაზის რაოდენობა. მაგრამ რაც უფრო დაბალია შესწავლილი ნივთიერების კრისტალური ბადის სიმეტრია, მით მეტია საჭირო მისი გამოვლენისთვის. ეს უკანასკნელი განპირობებულია იმით, რომ სიმეტრიის შემცირება იწვევს რენტგენის შაბლონში ხაზების რაოდენობის ზრდას. ამ შემთხვევაში, რადიაციის ინტეგრირებული ინტენსივობა ნაწილდება ხაზების უფრო დიდ რაოდენობაზე და თითოეული მათგანის ინტენსივობა მცირდება. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სიმეტრიის შემცირება იწვევს ამ სიბრტყეების განმეორებადობის ფაქტორის შემცირებას . მაგალითად, კუბური სიმეტრიის მქონე ბროლის გისოსში და ტრიკლინიკის სინგონიაში ის მხოლოდ 2-ია: და .

მეთოდის მგრძნობელობის განმსაზღვრელი მნიშვნელოვანი ფაქტორია შესწავლილი ნივთიერების კრისტალების ზომა: რაც უფრო პატარაა კრისტალები (L-ზე 10-6სმ), რაც უფრო დიდია ჩარევის ხაზების დაბინდვა და მცირე რაოდენობის ფაზის შემთხვევაში, ბუნდოვანი ხაზები შეიძლება გაერთიანდეს ფონთან.

მეთოდის მგრძნობელობა მნიშვნელოვნად იზრდება რენტგენის გადაღებისას მონოქრომატულ გამოსხივებაში, რადგან მონოქრომატიზაცია იწვევს ფონის დონის მკვეთრ შემცირებას. უნდა გვახსოვდეს, რომ მონოქრომატორების გამოყენება იწვევს ექსპოზიციის მნიშვნელოვან ზრდას. თქვენ შეგიძლიათ გაზარდოთ მგრძნობელობა რადიაციის, სროლის რეჟიმების ოსტატურად შერჩევით, თანამედროვე აღჭურვილობის (დიფრაქტომეტრების) გამოყენებით. თუმცა, სროლის ნებისმიერ პირობებში, მგრძნობელობის ზღვარი დგინდება, პირველ რიგში, თავად ნიმუშის მიერ: მისი შემადგენლობა და სტრუქტურული მდგომარეობა.

ფაზური ანალიზის მეთოდები ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ თითოეული ნივთიერება იძლევა ჩარევის ხაზების გარკვეულ კომპლექტს, რომელიც დამოუკიდებელია ნიმუშში არსებული სხვა ნივთიერებებისგან. მოცემული ფაზის ხაზების ინტენსივობის თანაფარდობა არ იცვლება, თუმცა თითოეული ხაზის ინტენსივობა პროპორციულია ფაზის შემცველობის ნივთიერებაში (თუ აბსორბცია უგულებელყოფილია). რაოდენობრივი ფაზური ანალიზი ამჟამად ძირითადად ტარდება დიფრაქტომეტრების დახმარებით, მაგრამ ზოგიერთ შემთხვევაში გამოიყენება ფოტოგრაფიული მეთოდიც. აქამდე შემუშავებული რაოდენობრივი ფაზის ანალიზის ყველა მეთოდი ეფუძნება იმ მიზეზების აღმოფხვრას ან გათვალისწინებას, რომლებიც იწვევენ პროპორციულობიდან გადახრას ფაზის კონცენტრაციასა და ჩარევის ხაზის ინტენსივობას შორის, რომლითაც განისაზღვრება ფაზის შემცველობა. მოკლედ განვიხილოთ რაოდენობრივი ფაზის ანალიზის ზოგიერთი მეთოდი.

ჰომოლოგიური წყვილების მეთოდი შეიმუშავა ვ.ვ. ნეჩვოლოდოვი, გამოიყენება გაფანტული გამოსხივების ფოტოგრაფიული აღრიცხვისთვის. ის არ საჭიროებს საცნობარო ნიმუშის გამოყენებას და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორფაზიანი სისტემების შესასწავლად, თუ განსაზღვრული ფაზის შთანთქმის კოეფიციენტი შესამჩნევად არ განსხვავდება ნარევის შთანთქმის კოეფიციენტისგან.

ხაზების ჰომოლოგიური წყვილის ცხრილი გამოითვლება თეორიულად ან შედგენილია ექსპერიმენტული მონაცემების საფუძველზე. ჰომოლოგიური წყვილები გვხვდება ნარევების რენტგენის დიფრაქციულ ნიმუშებზე, რათა იპოვონ წყვილი ხაზები, რომლებსაც აქვთ სხვადასხვა გაშავების სიმკვრივე და მიეკუთვნებიან სხვადასხვა ფაზას. ამ ხაზების ინდექსების ცოდნით, გაანალიზებული ფაზის შინაარსი გვხვდება ჰომოლოგიური წყვილების ცხრილიდან.

შიდა სტანდარტის მეთოდი (შერევის მეთოდი) გამოიყენება ორ და მრავალფაზიანი ნარევების რაოდენობრივ ანალიზში. საცნობარო ნივთიერების გარკვეული რაოდენობა (10-20%) შერეულია საცდელი ნივთიერების ფხვნილში, რომლის ინტერფერენციულ ხაზებთან შედარებულია შესასწავლი ფაზის ხაზები. ეს მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დიფრაქციული ნიმუშის როგორც ფოტოგრაფიული, ასევე იონიზაციის რეგისტრაციისთვის. საცნობარო ნივთიერება უნდა აკმაყოფილებდეს შემდეგ პირობებს:

ა) სტანდარტის ხაზები არ უნდა ემთხვეოდეს შესასწავლი ფაზის ძლიერ ხაზებს;

ბ) საცნობარო ნივთიერების მასის შთანთქმის კოეფიციენტი ახლოს უნდა იყოს გაანალიზებული ნიმუშის შთანთქმის კოეფიციენტთან;

გ) კრისტალების ზომა უნდა იყოს 5-25 მიკრონი.

გარე სტანდარტის (დამოუკიდებელი სტანდარტის) მეთოდი გამოიყენება, როდესაც ტესტის ნიმუშის ფხვნილი არ შეიძლება. ასევე ხშირად გამოიყენება სროლის პირობების სტანდარტიზებისთვის. ფოტოგრაფიული ჩაწერის მეთოდით, საცნობარო ნივთიერება თხელი ფოლგის სახით წებდება ნიმუშის ცილინდრულ ან ბრტყელ ზედაპირზე. დიფრაქტომეტრის გამოყენებისას გამოსაცდელი ნიმუშის შემცველ კუვეტაზე დგება გარე სტანდარტი, ან პერიოდულად იღებენ საცნობარო ნივთიერებას. ანალიზი ხორციელდება გრადუირებული გრაფიკის გამოყენებით, რომელიც აგებულია საცნობარო ნარევებზე

(2)

დამოუკიდებელი სტანდარტული მეთოდის ცდომილება მცირეა, ყველაზე ხელსაყრელ შემთხვევებში 1.0-0.5%. მიზანშეწონილია გამოვიყენოთ გარე სტანდარტის მეთოდი, სადაც საჭიროა მაღალი ექსპრესიულობის სერიული კვლევები და სადაც გაანალიზებულ ნიმუშებს აქვთ ხარისხობრივად ერთგვაროვანი და შედარებით მუდმივი რაოდენობრივი შემადგენლობა.

რთული ნარევების სერიული ანალიზისთვის მიზანშეწონილია გამოიყენოთ სპეციალიზებული მრავალარხიანი რენტგენის დიფრაქტომეტრები. მეთოდის მგრძნობელობა ამ შემთხვევაში 0,05%-ს აღწევს.

რენტგენის დიფრაქციის ნიმუში ატომის კრისტალი

6. ორმხრივი გისოსის გადაღების მეთოდი

რენტგენის ნიმუშები შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ორმხრივი მედის სიბრტყეების დამახინჯებული პროგნოზები. ბევრად უფრო საინტერესოა საპასუხო გისოსის არადამახინჯებული პროექციის მიღება. დაფიქრდით, როგორ მიიღება დაუმახინჯებელი პროგნოზები.

წარმოიდგინეთ, რომ ბრტყელი ფილმი არის ბრუნვის ღერძის პერპენდიკულარულ ერთ-ერთ ორმხრივ გისოსებზე. ორმხრივი გისოსის ბრუნვისას ფილმი გადაკვეთს ასახვის სფეროს შესაბამის სიბრტყესთან ერთად. დიფრაქციული სხივები, რომლებიც ჩნდება საპასუხო გისოსების კვანძების არეკვლის სფეროსთან გადაკვეთის მომენტებში, დაეცემა მხოლოდ ფილმის იმ წერტილებში, რომლებშიც მდებარეობს ეს კვანძები. შემდეგ მიიღებთ რაღაცას, როგორც საპასუხო გისოსის ბადის საკონტაქტო ფოტოს. გამომდინარე იქიდან, რომ საპირისპირო ბადე და ასახვის სფერო ხელოვნური კონსტრუქციებია და მათი გამოსახვა შესაძლებელია ნებისმიერი მასშტაბით, ფოტოფილმი მოთავსებულია არა ყველაზე გადაღებულ ორმხრივ ბადეზე, არამედ მისგან გარკვეულ მანძილზე. ამ შემთხვევაში, ფილმის ბრუნვის ღერძი არ დაემთხვევა ბროლის ბრუნვის ღერძს.

პირველადი სხივების შეკვრა ს 0 ეცემა კრისტალ A-ზე მისი ბრუნვის ღერძის გარკვეული კუთხით. ამ კუთხის შეცვლით, შეიძლება შეიცვალოს ჩარევის კონუსების გახსნა. რგოლოვანი ეკრანი შესაძლებელს ხდის ამოჭრას გარკვეული ჩარევის კონუსი, რომლის გახსნა არჩეულია ისე, რომ ეს კონუსი გაიაროს ეკრანის რგოლოვან გახსნაზე. დაყენების მონაცემები (მანძილი ბრუნვის ღერძსა და ბროლის ბრუნვის ღერძს შორის) დამოკიდებულია ერთ რაოდენობაზე - საპასუხო გისოსის შესწავლილი n სიბრტყის მანძილიდან ნულამდე.

და x = n/I (3)

კუთხე μ ნ დამოკიდებულებიდან განისაზღვრება

, (4)

რადგან "= OO" + OB (5)

. (6)

, (7)

, (8)

, (9)

, (10)

Ამიტომაც

(11)

რენტგენოგრამაზე რეციპროკული გისოსის პროექცია გადიდებულია. გადიდების მასშტაბი განისაზღვრება მიმართებიდან

, (12)

იმათ. K მასშტაბი ერთნაირია ორმხრივი გისოსის ყველა სიბრტყისთვის (მოცემული ეკრანისთვის და გარკვეული ტალღის სიგრძისთვის).

KFOR-ის პალატაში მიღებული რენტგენოგრაფიების ინდექსირება რთული არ არის. იგი შედგება ორი ყველაზე დამახასიათებელი კვანძოვანი ხაზის შესაბამისი ბადეში მიმართულებების დადგენაში - ორმხრივი გისოსების ღერძები a x და ბ x . აუცილებელია ინდექსირების დაწყება არა ნულოვანი ბადედან, არამედ ნებისმიერი მე-ნ-დან, რადგან ნულოვანი ბადის რენტგენის გადაშენებამ შეიძლება გამოიწვიოს მცდარი განსჯა მიმართულებების შესახებ ყველაზე მცირე თარგმანით. მიზანშეწონილია კფოროგრამის გადატანა, მაგალითად, I-ე სიბრტყიდან კფოროგრამაზე ნულოვანი სიბრტყიდან. შემდეგ მიღებული ბადე საშუალებას მოგცემთ მარტივად განსაზღვროთ ორი ასახვის ინდექსი; მესამე ინდექსი განისაზღვრება ფენის ხაზის ნომრით.

რენტგენის ნიმუში, რომელიც მიღებულია პალატაში საპასუხო გისოსების გადასაღებად, ბროლის გარკვეული ღერძის გარშემო ბრუნვის დროს, შესაძლებელს ხდის განისაზღვროს გისოსების პერიოდები დანარჩენი ორი ღერძის გასწვრივ, ასევე ამ ღერძებს შორის კუთხის დადგენა.

7. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის შედეგების გამოყენება ატომების კოორდინატების დასადგენად

პირველი და ნაწილობრივ მეორე პრობლემების გადაჭრა შესაძლებელია ლაუს მეთოდებით და კრისტალების როტაციით ან ბრუნვით. ძირითადი ატომური კომპლექსური სტრუქტურების სიმეტრიის ჯგუფისა და კოორდინატების საბოლოოდ დადგენა შესაძლებელია მხოლოდ კომპლექსური ანალიზის და მოცემული ბროლის ყველა დიფრაქციული არეკვლის ინტენსივობის შრომატევადი მათემატიკური დამუშავების დახმარებით. ასეთი დამუშავების საბოლოო მიზანია ექსპერიმენტული მონაცემებიდან გამოთვალოს ელექტრონის სიმკვრივის მნიშვნელობები. ρ( x, y, z). ბროლის სტრუქტურის პერიოდულობა საშუალებას გვაძლევს დავწეროთ მასში ელექტრონის სიმკვრივე ფურიეს სერიების მეშვეობით:

, (13)

სადაც V არის უჯრედის ერთეული მოცულობა,

Fhkl - ფურიეს კოეფიციენტები, რომლებსაც რენტგენის დიფრაქციის ანალიზში სტრუქტურულ ამპლიტუდებს უწოდებენ. .

თითოეული სტრუქტურული ამპლიტუდა ხასიათდება სამი მთელი რიცხვით.

დიფრაქციული ასახვა არის ტალღის პროცესი. მას აქვს ამპლიტუდა ტოლი და ფაზა αhkl (არეკლი ტალღის ფაზური გადანაცვლებით ინციდენტთან მიმართებაში), რომლის მეშვეობითაც სტრუქტურული ამპლიტუდა გამოიხატება:

. (14)

დიფრაქციის ექსპერიმენტი შესაძლებელს ხდის გაზომოს მხოლოდ არეკვლის ინტენსივობა პროპორციულად , მაგრამ არა მათი ფაზები. ფაზის განსაზღვრა არის მთავარი პრობლემა ბროლის სტრუქტურის გაშიფვრისას. სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების განმარტება ფუნდამენტურად ერთნაირია როგორც ატომებისგან შემდგარი კრისტალებისთვის, ასევე მოლეკულებისგან შემდგარი კრისტალებისთვის. მოლეკულურ კრისტალურ ნივთიერებაში ატომების კოორდინატების განსაზღვრის შემდეგ, შესაძლებელია მისი შემადგენელი მოლეკულების იზოლირება და მათი ზომისა და ფორმის დადგენა.

პრობლემის გადაჭრა მარტივია, სტრუქტურული ინტერპრეტაციის საპირისპიროა: სტრუქტურული ამპლიტუდების ცნობილი ატომური სტრუქტურის გამოთვლა და მათზე - დიფრაქციული ასახვის ინტენსივობა. საცდელი და შეცდომის მეთოდი, ისტორიულად სტრუქტურების გაშიფვრის პირველი მეთოდი, შედგება ექსპერიმენტულად მიღებული |Fhkl| exp, მნიშვნელობებით გამოთვლილი საცდელი მოდელის საფუძველზე | fhkl| კალკ. დივერგენციის ფაქტორის მნიშვნელობიდან გამომდინარე, საცდელი მოდელი მიიღება ან უარყოფილია.

, (15)

30-იან წლებში. შემუშავებულია უფრო ფორმალური მეთოდები კრისტალური სტრუქტურებისთვის, მაგრამ უფრო ფორმალური მეთოდები არაკრისტალური სტრუქტურებისთვის, მაგრამ არაკრისტალური ობიექტებისთვის ცდა და შეცდომა მაინც პრაქტიკულად ერთადერთი საშუალებაა დიფრაქციული ნიმუშის ინტერპრეტაციისთვის.

ერთკრისტალების ატომური სტრუქტურების გაშიფვრის ფუნდამენტურად ახალი გზა გაიხსნა ე.წ. პატერსონის ფუნქციები (ატომთაშორის ვექტორების ფუნქციები). N ატომისგან შემდგარი ზოგიერთი სტრუქტურის პატერსონის ფუნქციის ასაგებად, ჩვენ მას პარალელურად გადავიტანთ თავისთან ისე, რომ პირველი ატომი ჯერ ფიქსირებულ საწყისს მოხვდეს. ვექტორები საწყისიდან სტრუქტურის ყველა ატომამდე (მათ შორის ნულოვანი სიგრძის ვექტორი პირველ ატომამდე) მიუთითებს ატომთაშორის ვექტორების ფუნქციის N მაქსიმუმების პოზიციებზე, რომელთა მთლიანობას ეწოდება სტრუქტურის გამოსახულება ატომი 1. დავუმატოთ მათ კიდევ N მაქსიმუმი, რომელთა პოზიცია მიუთითებს მეორე ატომის N ვექტორებზე, რომლებიც განთავსებულია სტრუქტურის პარალელურად გადატანისას იმავე საწყისზე. ამ პროცედურის გავლის შემდეგ ყველა N ატომით (სურათი 10), მივიღებთ N2 ვექტორებს. ფუნქცია, რომელიც აღწერს მათ პოზიციას, არის პატერსონის ფუნქცია.

სურათი 10 - პატერსონის ფუნქციის აგების სქემა 3 ატომისგან შემდგარი სტრუქტურისთვის

პატერსონის ფუნქციისთვის P(u ω ) (უ ω - წერტილების კოორდინატები ინტერატომურ ვექტორთა სივრცეში), შეგიძლიათ მიიღოთ გამოხატულება:

, (16)

საიდანაც გამომდინარეობს, რომ იგი განისაზღვრება სტრუქტურული ამპლიტუდების მოდულებით, არ არის დამოკიდებული მათ ფაზებზე და, შესაბამისად, შეიძლება გამოითვალოს უშუალოდ დიფრაქციული ექსპერიმენტის მონაცემებიდან. P ფუნქციის ინტერპრეტაციის სირთულე (u ω ) შედგება N2 ატომების კოორდინატების პოვნის აუცილებლობაში მისი მაქსიმუმების N2-დან, რომელთაგან ბევრი ერწყმის ატომთაშორისი ვექტორების ფუნქციის აგებისას წარმოქმნილი გადახურვების გამო. P-ის გაშიფვრა ყველაზე ადვილია (u ω ) შემთხვევა, როდესაც სტრუქტურა შეიცავს ერთ მძიმე ატომს და რამდენიმე მსუბუქს. მძიმე ატომში ასეთი სტრუქტურის გამოსახულება მნიშვნელოვნად განსხვავდება მისი სხვა სურათებისგან. სხვადასხვა მეთოდებს შორის, რომლებიც შესაძლებელს ხდის პატერსონის ფუნქციიდან შესწავლილი სტრუქტურის მოდელის განსაზღვრას, ყველაზე ეფექტური იყო ეგრეთ წოდებული სუპერპოზიციის მეთოდები, რამაც შესაძლებელი გახადა მისი ანალიზის ფორმალიზება და კომპიუტერზე შესრულება.

პატერსონის ფუნქციის მეთოდებს სერიოზული სირთულეები ექმნებათ იმავე ან მსგავსი ატომური რიცხვის ატომებისგან შემდგარი კრისტალების სტრუქტურების შესწავლისას. ამ შემთხვევაში უფრო ეფექტური აღმოჩნდა ეგრეთ წოდებული პირდაპირი მეთოდები სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების დასადგენად. იმის გათვალისწინებით, რომ კრისტალში ელექტრონის სიმკვრივის მნიშვნელობა ყოველთვის დადებითია (ან ნულის ტოლია), შეიძლება მივიღოთ უტოლობების დიდი რაოდენობა, რომლებიც ემორჩილება ფუნქციის ფურიეს კოეფიციენტებს (სტრუქტურულ ამპლიტუდებს). ρ( x, y, z). უტოლობების მეთოდების გამოყენებით, შედარებით მარტივია სტრუქტურების ანალიზი, რომლებიც შეიცავს 20-40 ატომს კრისტალის ერთეულ უჯრედში. უფრო რთული სტრუქტურებისთვის გამოიყენება პრობლემის ალბათურ მიდგომაზე დაფუძნებული მეთოდები: შემთხვევით ცვლადებად განიხილება სტრუქტურული ამპლიტუდები და მათი ფაზები; ამ შემთხვევითი ცვლადების განაწილების ფუნქციები მიღებულია ფიზიკური გამოსახულებებიდან, რაც შესაძლებელს ხდის სტრუქტურული ამპლიტუდების მოდულების ექსპერიმენტული მნიშვნელობების, ფაზების ყველაზე სავარაუდო მნიშვნელობების შეფასებას. ეს მეთოდები ასევე დანერგილია კომპიუტერზე და შესაძლებელს ხდის 100-200 ან მეტი ატომის შემცველი სტრუქტურების გაშიფვრას კრისტალის ერთეულ უჯრედში.

ასე რომ, თუ დადგინდა სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზები, მაშინ შეიძლება გამოითვალოს ატომების ელექტრონის სიმკვრივის განაწილება სტრუქტურაში (სურ. 10). ატომების კოორდინატების საბოლოო დახვეწა ხორციელდება კომპიუტერზე უმცირესი კვადრატების მეთოდის გამოყენებით და, ექსპერიმენტის ხარისხისა და სტრუქტურის სირთულიდან გამომდინარე, შესაძლებელს ხდის მათ მიღებას მეათასედი A-ს სიზუსტით ( თანამედროვე დიფრაქციული ექსპერიმენტის გამოყენებით, ასევე შეიძლება გამოვთვალოთ ატომების თერმული ვიბრაციების რაოდენობრივი მახასიათებლები კრისტალში, ამ ვიბრაციების ანიზოტროპიის გათვალისწინებით). რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ასევე შესაძლებელს ხდის ატომური სტრუქტურების უფრო დახვეწილი მახასიათებლების დადგენას, მაგალითად, ვალენტური ელექტრონების განაწილება კრისტალში. თუმცა, ეს რთული პრობლემა ჯერჯერობით მოგვარებულია მხოლოდ უმარტივესი სტრუქტურებისთვის. ამ მიზნით, ნეიტრონის დიფრაქციისა და რენტგენის დიფრაქციის კვლევების კომბინაცია ძალიან პერსპექტიულია: ნეიტრონის დიფრაქციის მონაცემები ატომის ბირთვების კოორდინატებზე შედარებულია რენტგენის დიფრაქციის გამოყენებით მიღებული ელექტრონული ღრუბლის სივრცულ განაწილებასთან. მრავალი ფიზიკური და ქიმიური პრობლემის გადასაჭრელად რენტგენის დიფრაქციული კვლევები და რეზონანსული მეთოდები ერთად გამოიყენება.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მიღწევების მწვერვალია ცილების, ნუკლეინის მჟავების და სხვა მაკრომოლეკულების სამგანზომილებიანი სტრუქტურის გაშიფვრა. პროტეინები ბუნებრივ პირობებში, როგორც წესი, არ ქმნიან კრისტალებს. ცილის მოლეკულების რეგულარული მოწყობის მისაღწევად, ცილები კრისტალიზდება და შემდეგ მათი სტრუქტურა შეისწავლება. ცილის კრისტალების სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების დადგენა შესაძლებელია მხოლოდ რადიოგრაფებისა და ბიოქიმიკოსების ერთობლივი ძალისხმევის შედეგად. ამ პრობლემის გადასაჭრელად აუცილებელია თავად ცილის კრისტალების მიღება და შესწავლა, ისევე როგორც მისი წარმოებულები მძიმე ატომების ჩართვით და ყველა ამ სტრუქტურაში ატომების კოორდინატები უნდა ემთხვეოდეს.

8. აპარატის ფუნქციური დიაგრამა და სიგნალის ფორმირების პრინციპი

რენტგენის მოწყობილობები უნდა აკმაყოფილებდეს რამდენიმე ძირითად მოთხოვნას, რომელიც ნაკარნახევია Wulf-Bragg-ის კანონით და R-ray ოპტიკით:

პოლი- და მონოქრომატული გამოსხივების მიღების შესაძლებლობა;

სხივის ფოკუსირება;

კანონის ავტომატური აღსრულების უზრუნველყოფა;

ასახვის საშუალო შეფასება ნიმუშის ზედაპირზე;

რადიაციის დეტექტორის პროპორციულობა რენტგენის კვანტების რაოდენობასთან;

დიფრაქციული კუთხის ავტომატური მარკირება.

სურათი 11 გვიჩვენებს DRON-3M მოწყობილობის ფუნქციურ სტრუქტურას.

სურათი 11 - DRON-3M მოწყობილობის სტრუქტურა: 1 - რენტგენის მილი; 2 - ნიმუში; 3 - რადიაციის დეტექტორი; 4 - გონიომეტრის მექანიზმი ავტომატური დიფრაქციული კუთხით; 5 - ელექტრომომარაგების სისტემა; 6 - გაგრილების სისტემა; 7 - დეტექტორის სიგნალის დამუშავების სისტემა; 8 - ჩამწერი

მონოქრომატულობა მიიღწევა ლითონის ფოლგის გამოყენებით, რომელიც გადასცემს ერთ ტალღის სიგრძეს და, თუ ეს შესაძლებელია, შთანთქავს ერთ ტალღის სიგრძეს. ამ თვისებას ფლობს ნიკელის კილიტა, რომელიც შთანთქავს სპილენძის ანტიკათოდის გამოსხივების 97%-ს და გადასცემს ძალიან დაბალი შთანთქმით. λ = 1.54 Å.

ლინზები, რომლებსაც შეუძლიათ R- სხივების ფოკუსირება, ჯერ არ არის ხელმისაწვდომი. ამიტომ, მოწყობილობის დიზაინში, სპეციალური მოწყობილობები გამოიყენება შესარჩევად და გასაზომად θ - გონიომეტრები. გონიომეტრი ავტომატურად ინარჩუნებს რადიაციის ფოკუსირებას ნებისმიერი დიფრაქციული კუთხით. ის ავტომატურად ასრულებს ვულფ-ბრაგის კანონს იმის გამო, რომ ნიმუშის ბრუნვის კუთხური სიჩქარე, რომელზეც გამოსხივება ეცემა, ნებისმიერ დროს 2-ჯერ ნაკლებია გამოსხივების დეტექტორის (მიმღების) სიჩქარეზე. ამის გამო, ნებისმიერ დროს დეტექტორი მდებარეობს 2 კუთხით θ ინციდენტის გამოსხივებამდე და ნიმუში კუთხით θ.

ნიმუშში არეკვლის სიბრტყეების ყველა განლაგების საშუალო შეფასება ხდება არეკვლის სიბრტყის პერპენდიკულარული ღერძის გარშემო მისი ბრუნვის გამო.

როგორც სიგნალის დეტექტორი გამოიყენება სცინტილაციის მრიცხველი ფოტომულტიპლიკატორით, რომელსაც აქვს კარგი პროპორციულობა მასზე მიწოდებული რენტგენის კვანტების რაოდენობასთან. ჩამწერ ფირზე, რენტგენის შაბლონების ინტერპრეტაციის გასაადვილებლად, დიფრაქციის კუთხე ავტომატურად აღინიშნება სპეციალური ელექტრონული სქემით, რომელიც დაკავშირებულია გონიომეტრში მდებარე ნიმუშის გადაადგილების მექანიზმთან.

დასკვნა

ამჟამად ძნელია იპოვოთ ადამიანის საქმიანობის სფერო, სადაც რენტგენის სხივები არ იქნება გამოყენებული.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი შესაძლებელს ხდის ობიექტურად დადგინდეს კრისტალური ნივთიერებების სტრუქტურა, მათ შორის ისეთი რთული, როგორიცაა ვიტამინები, ანტიბიოტიკები, საკოორდინაციო ნაერთები და ა.შ. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი წარმატებით გამოიყენება პოლიმერების კრისტალური მდგომარეობის შესასწავლად. ღირებულ ინფორმაციას გვაწვდის აგრეთვე რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ამორფული და თხევადი სხეულების შესწავლისას. ასეთი სხეულების რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშები შეიცავს რამდენიმე ბუნდოვან დიფრაქციულ რგოლს, რომელთა ინტენსივობა სწრაფად მცირდება q მატებასთან ერთად. ამ რგოლების სიგანეზე, ფორმასა და ინტენსივობაზე დაყრდნობით, შეიძლება გამოვიტანოთ დასკვნები მცირე დიაპაზონის რიგის თავისებურებებზე კონკრეტულ თხევად ან ამორფულ სტრუქტურაში.

რენტგენის გამოყენების მნიშვნელოვანი სფეროა ლითონებისა და შენადნობების რენტგენოგრაფია, რომელიც მეცნიერების ცალკე დარგად იქცა. "რადიოგრაფიის" კონცეფცია მოიცავს რენტგენის სრულ ან ნაწილობრივ დიფრაქციულ ანალიზთან ერთად, რენტგენის სხივების გამოყენების სხვა გზებსაც - რენტგენის ხარვეზის გამოვლენას (გადაცემას), რენტგენის სპექტრულ ანალიზს, რენტგენის მიკროსკოპს და სხვა. . დადგენილია სუფთა ლითონებისა და მრავალი შენადნობის სტრუქტურები. რენტგენის დიფრაქციულ ანალიზზე დაფუძნებული შენადნობების კრისტალური ქიმია ლითონის მეცნიერების ერთ-ერთი წამყვანი დარგია. ლითონის შენადნობების არც ერთი მდგომარეობის დიაგრამა არ შეიძლება ჩაითვალოს საიმედოდ დადგენილად, თუ ეს შენადნობები არ არის შესწავლილი რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდების გამოყენების წყალობით, შესაძლებელი გახდა ღრმად შესწავლილიყო სტრუქტურული ცვლილებები, რომლებიც ხდება ლითონებსა და შენადნობებში მათი პლასტმასის და თერმული დამუშავების დროს.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდს ასევე აქვს სერიოზული შეზღუდვები. სრული რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისთვის აუცილებელია, რომ ნივთიერება კარგად კრისტალიზდეს და იძლევა საკმარისად სტაბილურ კრისტალებს. ზოგჯერ საჭიროა კვლევის ჩატარება მაღალ ან დაბალ ტემპერატურაზე. ეს მნიშვნელოვნად ართულებს ექსპერიმენტს. სრული შესწავლა არის ძალიან შრომატევადი, შრომატევადი და მოიცავს დიდი რაოდენობით გამოთვლით სამუშაოს.

საშუალო სირთულის ატომური სტრუქტურის დასამყარებლად (~50-100 ატომები ერთეულ უჯრედში), საჭიროა გავზომოთ რამდენიმე ასეული და თუნდაც ათასობით დიფრაქციული არეკვლის ინტენსივობა. ეს ძალიან შრომატევადი და შრომატევადი სამუშაო ხორციელდება კომპიუტერით კონტროლირებადი ავტომატური მიკროდენსიტომეტრებითა და დიფრაქტომეტრებით, ზოგჯერ რამდენიმე კვირის ან თუნდაც თვის განმავლობაში. ამასთან დაკავშირებით, ბოლო წლებში, მაღალსიჩქარიანი კომპიუტერები ფართოდ გამოიყენება რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის პრობლემების გადასაჭრელად. თუმცა, კომპიუტერების გამოყენების შემთხვევაშიც კი, სტრუქტურის განსაზღვრა რჩება რთულ და შრომატევად სამუშაოდ. დიფრაქტომეტრში რამდენიმე მრიცხველის გამოყენებამ, რომელსაც შეუძლია ასახვის პარალელურად აღრიცხვა, შეიძლება შეამციროს ექსპერიმენტის დრო. დიფრაქტომეტრიული გაზომვები აღემატება ფოტოგრაფიულ ჩანაწერს მგრძნობელობისა და სიზუსტის თვალსაზრისით.

საშუალებას გაძლევთ ობიექტურად განსაზღვროთ მოლეკულების სტრუქტურა და კრისტალში მოლეკულების ურთიერთქმედების ზოგადი ბუნება, რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ყოველთვის არ იძლევა შესაძლებლობას დარწმუნებით ვიმსჯელოთ ქიმიური ბმების ბუნებაში არსებული განსხვავებების შესახებ. მოლეკულა, რადგან ბმის სიგრძისა და ბმის კუთხეების განსაზღვრის სიზუსტე ხშირად არასაკმარისია ამ მიზნით. . მეთოდის სერიოზული შეზღუდვაა ასევე მსუბუქი ატომების და განსაკუთრებით წყალბადის ატომების პოზიციების განსაზღვრის სირთულე.

საკურსო მუშაობის შედეგად დავეუფლე შემდეგ ზოგად კულტურულ და პროფესიულ კომპეტენციებს:

) (OK-12) ინფორმაციის მოპოვების, შენახვის, დამუშავების ძირითადი მეთოდების, მეთოდებისა და საშუალებების დაუფლების უნარი, კომპიუტერთან მუშაობის უნარ-ჩვევები, როგორც ინფორმაციის მართვის საშუალება.

ნაშრომში გამოყენებულია მსოფლიო ქსელის „ინტერნეტიდან“ აღებული წყაროები.

ამ სემინარის წერის დროს შევისწავლე უამრავი წიგნი და პუბლიკაცია ინტერნეტში. მათი დახმარებით ეს ნაშრომი სავსეა სხვადასხვა ფაქტებით, რომლებიც ჩემთვის უცნობი იყო ამ დრომდე.

) (GPC-7) უცხო ენის ცოდნის მოპოვებისა და მათ საქმიანობაში გამოყენების უნარი. უცხო ენის ცოდნის წყალობით ნაწარმოების წერისას გამოყენებული იქნა ლიტერატურა ინგლისურ ენაზე.

ამ ნაწარმოების წერისას ვიპოვე მასალა უცხო ენაზე. აღმოჩენილი ინფორმაციის გამოსაყენებლად საჭირო იყო სტატიების რუსულად თარგმნა, რაც მან მოახერხა ნათარგმნი ტექსტის შეტანით ნაშრომში.

) (PC-1) ფიზიკის სფეროში სპეციალიზებული ცოდნის გამოყენების უნარი სპეციალიზებული ფიზიკური დისციპლინების განვითარებისათვის.

ინფორმაცია, რომელიც ამ თემაზე შევისწავლე, დამეხმარება არა მხოლოდ ამ სემინარის დაწერაში, არამედ მომავალში გამომადგება კრისტალების სიღრმისეული შესწავლის, რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისა და ასევე გამოცდებისთვის მომზადებისთვის.

ციტატების სია

1.გურევიჩი, A.G. მყარი სხეულის ფიზიკა - პროკ. შემწეობა უნივერსიტეტებისთვის / FTI im. ა.ფ. Ioffe RAS.- სანკტ-პეტერბურგი: ნეველის დიალექტი; BVH-Petersburg, 2004.-320 გვ.: ილ.

2.ჟდანოვი, გ.ს. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის საფუძვლები.- მოსკოვი.- გოსტეხიზდატი.-1940.-76გვ.

.პოკოევი, ა.ვ. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი.-მოსკოვი.-რედ. 2, - 1981. - 127გვ.

.რახიმოვა, ნ.ტ. სასწავლო კურსი თემაზე „რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი“.- უფა.-2012.-30გვ.

.ბელოვი, ნ.ვ. სტრუქტურული კრისტალოგრაფია - სანკტ-პეტერბურგი - რედ. 4, 1951.-97 გვ.

.„ვიკიპედია“.- ინტერნეტ ენციკლოპედია

.ჯეიმსი, რ. რენტგენის დიფრაქციის ოპტიკური პრინციპები - მოსკოვი - გოსტეხიზდატი. - გამოცემა 1, 1950.-146 გვ.

8.ჯონსტონ W.D., Jr. არაწრფივი ოპტიკური კოეფიციენტები და LO და TO ფონონების რამანის გაფანტვის ეფექტურობა აცენტრულ საიზოლაციო კრისტალებში // ფიზ. რევ. ბ.- 1970. - V.1, No8. - გვ.3494-3503.

მსგავსი სამუშაოები - კრისტალების რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი და დიფრაქციული შაბლონების ინტერპრეტაცია

თქვენი კარგი სამუშაოს გაგზავნა ცოდნის ბაზაში მარტივია. გამოიყენეთ ქვემოთ მოცემული ფორმა

სტუდენტები, კურსდამთავრებულები, ახალგაზრდა მეცნიერები, რომლებიც იყენებენ ცოდნის ბაზას სწავლასა და მუშაობაში, ძალიან მადლობლები იქნებიან თქვენი.

მასპინძლობს http://www.allbest.ru/

ფედერალური საგანმანათლებლო სააგენტო სახელმწიფო საგანმანათლებლო დაწესებულება უმაღლესი პროფესიული განათლების ბაშკირის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ქიმიური და ტექნოლოგიური ფაკულტეტი ტექნიკური ქიმიის დეპარტამენტი

კურსის მუშაობა

"რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი"

ლექტორი: ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი, პროფ.ჩუვიროვი ა.ნ.

სტუდენტი: რახიმოვა ნ.ტ.

ჯგუფი: HFMM-3

1. შესავალი

2. ისტორიული ფონი

3.1 SAR სიგნალების ბუნება

7. ლიტერატურა

1. შესავალი

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი არის სხეულების სტრუქტურის შესწავლის მეთოდი რენტგენის დიფრაქციის ფენომენის გამოყენებით, ნივთიერების სტრუქტურის შესწავლის მეთოდი სივრცეში განაწილებით და გაანალიზებულ ობიექტზე მიმოფანტული რენტგენის გამოსხივების ინტენსივობით. დიფრაქციის ნიმუში დამოკიდებულია გამოყენებული რენტგენის ტალღის სიგრძეზე და ობიექტის სტრუქტურაზე. ატომის სტრუქტურის შესასწავლად გამოიყენება გამოსხივება ~1E ტალღის სიგრძით, ე.ი. დაახლოებით ატომის ზომის.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით შესწავლილია ლითონები, შენადნობები, მინერალები, არაორგანული და ორგანული ნაერთები, პოლიმერები, ამორფული მასალები, სითხეები და აირები, ცილის მოლეკულები, ნუკლეინის მჟავები და სხვ. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი არის მთავარი მეთოდი კრისტალების სტრუქტურის დასადგენად. კრისტალების შემოწმებისას ის იძლევა ყველაზე მეტ ინფორმაციას. თუმცა, ის ასევე იძლევა ღირებულ ინფორმაციას ნაკლებად მოწესრიგებული სტრუქტურის მქონე სხეულების შესწავლისას, როგორიცაა სითხეები, ამორფული სხეულები, თხევადი კრისტალები, პოლიმერები და სხვა. მრავალი უკვე გაშიფრული ატომური სტრუქტურის საფუძველზე შეიძლება გადაიჭრას საპირისპირო პრობლემაც: ამ ნივთიერების კრისტალური შემადგენლობა შეიძლება დადგინდეს პოლიკრისტალური ნივთიერების რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშიდან, მაგალითად, შენადნობი ფოლადი, შენადნობი, მადანი, მთვარე. ნიადაგი, ანუ ტარდება ფაზური ანალიზი.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის დროს შესასწავლი ნიმუში მოთავსებულია რენტგენის სხივების გზაზე და აღირიცხება სხივების ნივთიერებასთან ურთიერთქმედების შედეგად წარმოქმნილი დიფრაქციის ნიმუში. კვლევის შემდეგ ეტაპზე ხდება დიფრაქციული ნიმუშის ანალიზი და გამოთვლებით დგინდება ნაწილაკების ურთიერთგანლაგება სივრცეში, რამაც გამოიწვია ამ ნიმუშის გამოჩენა.

არსებობს კრისტალების რენტგენის გამოსახულების სამი ფუნდამენტურად განსხვავებული მეთოდი, რომელთაგან ორი, ბრუნვის მეთოდი და ფხვნილის მეთოდი, იყენებს მონოქრომატულ გამოსხივებას, ხოლო მესამე, ლაუს მეთოდი, იყენებს რენტგენის სხივების თეთრ სპექტრს. ბრუნვის მეთოდის ვარიაცია არის კრისტალური ქანების მეთოდი. გარდა ამისა, ბრუნვის მეთოდი შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად: ერთ შემთხვევაში, ბროლის ბრუნვა ან რხევა ხდება მაშინ, როდესაც ფილმი სტაციონარულია (როტაციის ან რხევის ჩვეულებრივი მეთოდი), ხოლო მეორეში, ფილმი მოძრაობს ერთდროულად. ბროლის ბრუნვა (ფენიანი ხაზების გაწმენდის მეთოდები ან, როგორც მათ ხშირად უწოდებენ რენტგენის მეთოდებს).

დიფრაქტომეტრიული მეთოდი ასევე უერთდება რენტგენის გონიომეტრიის მეთოდებს. მისი მთავარი განსხვავება ისაა, რომ რენტგენის სხივები ფიქსირდება არა ფოტოგრაფიული ფილმით, არამედ იონიზაციის მოწყობილობით ან სცინტილაციის მრიცხველით.

2. ისტორიული ფონი

კრისტალების მიერ რენტგენის სხივების დიფრაქცია აღმოაჩინეს 1912 წელს გერმანელმა ფიზიკოსებმა M. Laue-მ, W. Friedrich-მა და P. Knipping-მა. რენტგენის სხივების ვიწრო სხივი სტაციონარული კრისტალისკენ მიმართეს, მათ დაარეგისტრირეს დიფრაქციული ნიმუში ბროლის უკან მოთავსებულ ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე, რომელიც შედგებოდა დიდი რაოდენობით რეგულარულად მოწყობილი ლაქებისგან. თითოეული ლაქა არის დიფრაქციული სხივის კვალი, რომელიც მიმოფანტულია ბროლით. ამ მეთოდით მიღებულ რენტგენის ნიმუშს ლაუე შაბლონი ეწოდება (ნახ. 1).

დიფრაქციული რენტგენის ატომური

ბრინჯი. 1. NaCl ერთკრისტალის ლაუეს დიაგრამა. თითოეული ლაქა არის რენტგენის დიფრაქციული არეკვლის კვალი. ცენტრში დიფუზური რადიალური ლაქები გამოწვეულია რენტგენის სხივების გაფანტვით ბროლის ბადის თერმული ვიბრაციებით.

ლაუს მიერ შემუშავებულმა კრისტალებზე რენტგენის დიფრაქციის თეორიამ შესაძლებელი გახადა გამოსხივების l ტალღის სიგრძის, a, b, c კრისტალის ერთეული უჯრედის პარამეტრების (იხ. კრისტალური გისოსი), დაცემის კუთხეების (a0) დაკავშირება. , b0, g0) და დიფრაქციის (a, b, g) სხივების კოეფიციენტები:

a (cosa--cosa0) = hl,

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

c(cosg -- cosg0)=ll,

სადაც h, k, l არის მთელი რიცხვები (მილერის ინდექსები). დიფრაქციული სხივის წარმოქმნისთვის აუცილებელია ზემოაღნიშნული Laue პირობების შესრულება [განტოლებები (1)], რომელიც მოითხოვს, რომ პარალელურ სხივებში მეზობელი გისოსების შესაბამისი ატომების მიერ მიმოფანტულ სხივებს შორის ბილიკის განსხვავება იყოს მთელი რიცხვის ტოლი. ტალღის სიგრძის.

1913 წელს W. L. Bragg-მა და მასთან ერთად, G. W. Wulff-მა შემოგვთავაზეს კრისტალში დიფრაქციული სხივების გარეგნობის უფრო საილუსტრაციო ინტერპრეტაცია. მათ აჩვენეს, რომ ნებისმიერი დიფრაქციული სხივი შეიძლება ჩაითვალოს კრისტალოგრაფიული სიბრტყის ერთ-ერთი სისტემიდან მოხვედრილი სხივის ანარეკლად. იმავე წელს W. G. და W. L. Braggy პირველებმა შეისწავლეს უმარტივესი კრისტალების ატომური სტრუქტურები რენტგენის დიფრაქციის მეთოდების გამოყენებით. 1916 წელს P. Debye-მ და გერმანელმა ფიზიკოსმა P. Scherrer-მა შესთავაზეს რენტგენის დიფრაქციის გამოყენება პოლიკრისტალური მასალების სტრუქტურის შესასწავლად. 1938 წელს ფრანგმა კრისტალოგრაფმა ა. გინიემ შეიმუშავა მცირე კუთხით რენტგენის გაფანტვის მეთოდი მატერიაში არაჰომოგენურობის ფორმისა და ზომების შესასწავლად.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის გამოყენებადობა ნივთიერებების ფართო კლასის შესასწავლად, ამ კვლევების სამრეწველო საჭიროებამ სტიმული მისცა სტრუქტურების გაშიფვრის მეთოდების შემუშავებას. 1934 წელს ამერიკელმა ფიზიკოსმა ა. პატერსონმა შესთავაზა ნივთიერებების სტრუქტურის შესწავლა ატომთაშორის ვექტორების ფუნქციის გამოყენებით (პატერსონის ფუნქცია). ამერიკელმა მეცნიერებმა D. Harker, J. Kasper (1948), W. Zachariasen, D. Sayre და ინგლისელმა მეცნიერმა W. Cochran (1952) საფუძველი ჩაუყარეს კრისტალური სტრუქტურების განსაზღვრის ე.წ. პირდაპირ მეთოდებს. ნ.ვ.ბელოვი, გ.ს.ჟდანოვი, ა.ი.კიტაიგოროდსკი, ბ.კ.ვაინშტაინი, მ.პორაი-კოშიცი (სსრკ), ლ.პოლინგი, პ.ევალდი, მ.ბურგერი, ჯ.კარლი, გ.ჰაუპტმანი (აშშ), მ.ვულფსონი (დიდი ბრიტანეთი). ) და სხვები.. კენდრიუმ, მ. პერუცმა, დ. კროუფუტ-ჰოჯკინმა და სხვებმა განსაკუთრებული როლი შეასრულეს მოლეკულური ბიოლოგიის განვითარებაში. 1953 წელს ჯ. უოტსონმა და ფ. კრიკმა შემოგვთავაზეს დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავას (დნმ) მოლეკულის მოდელი, რომელიც კარგად ეთანხმებოდა მ. უილკინსის მიერ მიღებულ დნმ-ის რენტგენოლოგიური კვლევების შედეგებს.

3. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის ექსპერიმენტული მეთოდები

3.1 SAR სიგნალების ბუნება

ნივთიერების, პოლიმერების ჩათვლით, სივრცითი სტრუქტურის შესახებ ინფორმაციის მისაღებად გამოიყენება რენტგენის გამოსხივება, რომლის ტალღის სიგრძეა 0,1-დან 100 E-მდე. პრაქტიკაში, პოლიმერებიდან სიგნალების (რეფლექსების) მისაღებად, სპილენძის საწინააღმდეგო კათოდი და ყველაზე ხშირად გამოიყენება ნიკელის ფილტრი, რომლის გამოყენებითაც K- ხაზი ტალღის სიგრძით = 1,54 E გამოირჩევა R- გამოსხივების უწყვეტი სპექტრისგან. ასეთი გამოსხივების გამოყენებით პოლიმერების შესწავლა შესაძლებელს ხდის ინფორმაციის მიღებას როგორც მოლეკულურ სტრუქტურაზე ( დიდი კუთხის რენტგენის დიფრაქცია) და სუპრამოლეკულურ სტრუქტურაზე (R დიფრაქციული სხივები მცირე კუთხით).

სხივების „დიფრაქციის“ და „ინტერფერენციის“ ცნებები თქვენთვის ცნობილია ფიზიკის კურსიდან.

SAR დაფუძნებულია R- სხივების არეკვლის, გაფანტვის, დიფრაქციის და ჩარევის ფენომენებზე. დიფრაქცია თანდაყოლილია ყველა სახის გამოსხივებაში: თუ ეკრანზე არის რამდენიმე ჭრილი (დეფექტი), თითოეული მათგანი აღმოჩნდება წრიული ან სფერული ტალღების წყარო (ნახ. 1). ეს ტალღები ერევა (ურთიერთქმედებს) ერთმანეთში, ზოგან ერთმანეთს ანადგურებს და ზოგან ძლიერდება (ნახ. 2).

1913 წელს მამა-შვილმა ბრეგმა (ბრიტანელმა) და რუსმა მეცნიერმა ვულფმა აღმოაჩინეს, რომ კრისტალიდან გამომავალი R- სხივების სხივი ისე იქცევა, თითქოს ის აისახება სარკედან, თვითმფრინავიდან.

განვიხილოთ რამდენიმე ატომური ფენა, რომლებიც განლაგებულია ერთმანეთისგან დაშორებით, რაც თანაზომიერია ან ოდნავ აღემატება რადიაციას. თუ R- სხივების სხივი მიმართულია ასეთ ობიექტზე, მაშინ წერტილი, სადაც აღწევს ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, შეიძლება იყოს არეკლილი გამოსხივების წყარო. დავუშვათ, რომ სიბრტყე ტალღის დაცემის კუთხე, მაშინ არეკვლის კუთხე იქნება 2-ის ტოლი.

ბრინჯი. 1. დიფრაქცია ერთი ჭრილით

ბრინჯი. 2. ტალღის ჩარევა

სხვადასხვა ატომური შრეებიდან ასახვის გამო, ბილიკის სხვაობა ტოლია, სადაც არის დადებითი მთელი რიცხვი, არის ინციდენტის ტალღის სიგრძე და ასახული R- გამოსხივება. მარტივი გეომეტრიული მოსაზრებებიდან ვხვდებით, რომ ბილიკის განსხვავება ტოლია

განტოლება (1) ჩვეულებრივ მოიხსენიება, როგორც ვულფ-ბრაგის კანონი კრისტალების მიერ რენტგენის დიფრაქციისთვის. ამ კანონის ამსახველი დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 3.

ბრინჯი. 3. ინციდენტის მიმდინარეობის სქემა და ასახული სხივები კრისტალში

სამგანზომილებიანი გისოსისთვის, რომელსაც აქვს იდენტურობის პერიოდი თითოეული მიმართულებით (ანუ ნაყარი ბროლის გისოსისთვის), უნდა აკმაყოფილებდეს სამი დიფრაქციული პირობა, რომელიც განსაზღვრავს სამი კუთხის მნიშვნელობებს - 1, 2, 3.

სადაც n, m, k არის მთელი რიცხვები.

თუმცა, სივრცეში სამი კუთხის არჩევა არ შეიძლება თვითნებურად, რადგან კუთხეები თვითნებურ სწორ ხაზსა და სამ ურთიერთ პერპენდიკულარულ კოორდინატულ ღერძს შორის დაკავშირებულია გეომეტრიული პირობით.

(2) და (3) განტოლებებს აქვთ ამონახსნები, ე.ი. შესაძლებელს ხდის 1, 2, 3 კუთხეების გამოთვლას ბადეებისთვის მოცემული პარამეტრებით, არა რომელიმე ტალღის სიგრძეზე, არამედ მხოლოდ მათზე, რომლებიც უზრუნველყოფენ (2) და (3) განტოლებების თავსებადობას. ყველა სხვა ტალღა იშლება მაქსიმუმის მიცემის გარეშე.

შედეგების დამუშავება მცირდება იდენტიფიკაციის პერიოდების d (ინტერპლანტთაშორისი მანძილის) ზომების გამოთვლამდე ასახული გამოსხივების მაქსიმუმისთვის ცნობილი და ექსპერიმენტულად განსაზღვრული კუთხით. მაკრომოლეკულების და მათი ნაწილების განლაგების სტრუქტურული მოწყობა განსაზღვრავს პერიოდულობის რამდენიმე დონის არსებობას, რომლებიც ხასიათდება მათი პერიოდის მნიშვნელობით, რომელთაგან თითოეული შეესაბამება საკუთარ ასახვის მაქსიმალურ კუთხეს.

3.2 რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის შედეგების წარმოდგენის ფორმები

მეთოდურად, რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ტარდება სამი ვარიანტიდან ერთ-ერთის მიხედვით, რომელიც განსხვავდება ნიმუშის მომზადებისა და შედეგების წარმოდგენის ფორმით.

Laue მეთოდი გამოიყენება საკმაოდ დიდი ზომის ერთკრისტალების შესასწავლად (პერიმეტრზე 1 მმ-ზე მეტი). ნიმუში მოთავსებულია უწყვეტი (პოლიქრომატული) რენტგენის გამოსხივების გზაზე, რომელშიც ყოველთვის არის ტალღის სიგრძე, რომელიც აკმაყოფილებს (2) და (3) განტოლებებს. რენტგენის ნიმუში არის ლაქების სისტემა (წერტილი ასახვა) სხვადასხვა რიგიდან. პოლიმერებისთვის ეს მეთოდი პრაქტიკულად არ გამოიყენება ასეთი ზომის ერთკრისტალების მოპოვების სირთულეების გამო.

ბრუნვის ან რხევის მეთოდი (ბრაგის მეთოდი) ეფუძნება ერთკრისტალური და მონოქრომატული გამოსხივების გამოყენებას. ბრუნვის ან რხევისას კრისტალს შეუძლია შემობრუნდეს ისეთ სიბრტყეში, რისთვისაც ვულფ-ბრაგის კანონი დაკმაყოფილებულია. როდესაც ეს ხდება, ხდება შესაბამისი რეფლექსი, რომელიც ფიქსირდება ცილინდრის შიგნით მოთავსებული ფოტოფილმით, რომლის ცენტრშიც ნიმუში ბრუნავს ან ირხევა.

ფხვნილის მეთოდი ყველაზე შესაფერისია პოლიმერებისთვის. რენტგენის ნიმუშის მისაღებად, R- სხივების მონოქრომატული სხივი მიმართულია პოლიკრისტალური ნიმუშისკენ (ფხვნილი). როდესაც სხივი ხვდება კრისტალს, რომლის ორიენტაცია ინციდენტურ გამოსხივებასთან მიმართებაში აკმაყოფილებს ვულფ-ბრაგის კანონს, დიფრაქცია ხდება თანაბრად ორიენტირებული სიბრტყეების თითოეული სისტემიდან. რენტგენის ნიმუში მიიღება კონცენტრული წრეების (რგოლების) სახით, რომლებიც ფიქსირდება ნიმუშის უკან მოხვედრილი სხივის პერპენდიკულარულად განლაგებული ფოტოფილმით.

რენტგენის დიფრაქციული ნიმუში შეიძლება დაიწეროს, როგორც ნებისმიერი დიფრაქციის არეკვლის ინტეგრალური ინტენსივობის დამოკიდებულება მე-2 კუთხეზე. სურათი 4 გვიჩვენებს პირობითი დიფრაქციის შაბლონებს პოლიმერებისთვის მაღალი ხარისხის კრისტალურობით (a), შერეული სტრუქტურით (b) და ამორფული. სტრუქტურა (გ).

ბრინჯი. 4. პოლიმერების ტიპიური დიფრაქტოგრამები: დაჩრდილული ადგილი - ამორფული ჰალო; 01, 02, 03 - რეფლექსები

3.3 რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის შედეგების გამოყენება პოლიმერული ტექნოლოგიების პრობლემების გადასაჭრელად

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი იძლევა წარმოდგენას პოლიმერული მასალის სტრუქტურაზე და მის ცვლილებაზე დამუშავების პირობებთან დაკავშირებული სხვადასხვა ფაქტორების გავლენის ქვეშ: ტემპერატურა, დატვირთვა, ორიენტაცია და ა.შ. პოლიმერული სტრუქტურის კონტროლი მისი წარმოების ტექნოლოგიაში. შესაძლებელს ხდის აირჩიოს სასურველი თვისებების მქონე პოლიმერების სინთეზისთვის ოპტიმალური პირობები. პოლიმერის ზემოქმედების დროს შეიძლება დაუყოვნებლივ მიიღოთ ინფორმაცია მაკრომოლეკულების ფაზური გადასვლებისა და კონფორმაციების შესახებ.

R- სხივების დიფრაქცია მცირე კუთხით შესაძლებელს ხდის ვიმსჯელოთ მაკრომოლეკულების და მათი ნაწილების განლაგების სტრუქტურულ მოწყობაზე მოკლე და შორი დისტანციური რიგის რეგიონში, ამორფული ფენების სიმკვრივეზე და კრისტალური სტრუქტურების არასრულყოფილებაზე. ეს ყველაფერი მნიშვნელოვანია დამუშავების პირობებში პოლიმერის ქცევის პროგნოზირებისთვის თერმომექანიკური ზემოქმედების ქვეშ.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის უპირატესობა ელექტრონულ მიკროსკოპასთან შედარებით, რაც შესაძლებელს ხდის ასეთი ინფორმაციის მიღებას სუპრამოლეკულური სტრუქტურის შესახებ, არის ნიმუშის მომზადების სიმარტივე ფხვნილის მეთოდით, დიდი რაოდენობით ინფორმაცია ანალიზზე ნაკლები დროის დახარჯვით.

3.4 მოწყობილობის ფუნქციური დიაგრამა და სიგნალის ფორმირების პრინციპი

რენტგენის მოწყობილობები უნდა აკმაყოფილებდეს რამდენიმე ძირითად მოთხოვნას, რომელიც ნაკარნახევია Wulf-Bragg-ის კანონით და R-ray ოპტიკით:

პოლი- და მონოქრომატული გამოსხივების მიღების შესაძლებლობა;

სხივის ფოკუსირება;

კანონის ავტომატური აღსრულების უზრუნველყოფა;

ასახვა ნიმუშის ზედაპირზე საშუალოდ;

რადიაციის დეტექტორის პროპორციულობა რენტგენის კვანტების რაოდენობასთან;

დიფრაქციული კუთხის ავტომატური მარკირება.

ნახ. 5 გვიჩვენებს DRON-3M მოწყობილობის ფუნქციურ სტრუქტურას.

ბრინჯი. 5. DRON-3M მოწყობილობის ბლოკ-სქემა:

1 - რენტგენის მილი; 2 - ნიმუში; 3 - რადიაციის დეტექტორი; 4 - გონიომეტრის მექანიზმი ავტომატური დიფრაქციული კუთხით; 5 - ელექტრომომარაგების სისტემა; 6 - გაგრილების სისტემა; 7 - დეტექტორის სიგნალის დამუშავების სისტემა; 8 - ჩამწერი

მონოქრომატულობა მიიღწევა ლითონის ფოლგის გამოყენებით, რომელიც გადასცემს ერთ ტალღის სიგრძეს და, თუ ეს შესაძლებელია, შთანთქავს სხვა ტალღის სიგრძეებს. ამ თვისებას ფლობს ნიკელის კილიტა, რომელიც შთანთქავს სპილენძის ანტიკათოდის გამოსხივების 97%-ს და გადასცემს ძალიან დაბალი შთანთქმით = 1,54 E.

ლინზები, რომლებსაც შეუძლიათ R- სხივების ფოკუსირება, ჯერ არ არის ხელმისაწვდომი. ამიტომ, მოწყობილობის დიზაინში კუთხეების შესარჩევად და გასაზომად გამოიყენება სპეციალური მოწყობილობები - გონიომეტრები. გონიომეტრი ავტომატურად ინარჩუნებს რადიაციის ფოკუსირებას ნებისმიერი დიფრაქციული კუთხით. ის ავტომატურად ასრულებს ვულფ-ბრაგის კანონს იმის გამო, რომ ნიმუშის ბრუნვის კუთხური სიჩქარე, რომელზეც გამოსხივება ეცემა, ნებისმიერ დროს 2-ჯერ ნაკლებია გამოსხივების დეტექტორის (მიმღების) სიჩქარეზე. ამის გამო, ნებისმიერ დროს დეტექტორი განლაგებულია 2 კუთხით შემხვედრი რადიაციის მიმართ, ხოლო ნიმუში კუთხით.

ნიმუშში არეკვლის სიბრტყეების ყველა განლაგების საშუალო შეფასება ხდება არეკვლის სიბრტყის პერპენდიკულარული ღერძის გარშემო მისი ბრუნვის გამო.

როგორც სიგნალის დეტექტორი გამოიყენება სცინტილაციის მრიცხველი ფოტომულტიპლიკატორით, რომელსაც აქვს კარგი პროპორციულობა მასზე მიწოდებული რენტგენის კვანტების რაოდენობასთან. ჩამწერ ფირზე, რენტგენის შაბლონების ინტერპრეტაციის გასაადვილებლად, დიფრაქციის კუთხე ავტომატურად აღინიშნება სპეციალური ელექტრონული სქემით, რომელიც დაკავშირებულია გონიომეტრში მდებარე ნიმუშის გადაადგილების მექანიზმთან.

4. დიფრაქტოგრამების ინტერპრეტაცია და ანალიზის შედეგების დამუშავება

4.1 სტრუქტურული ელემენტების ზომის განსაზღვრა

სხვადასხვა პოლიმერის ან ერთი პოლიმერის ნიმუშებიდან მიღებული, მაგრამ სხვადასხვა პირობებში მიღებული რენტგენის შაბლონების ან დიფრაქციული შაბლონების შესწავლისას, დაფიქსირდა, რომ ერთი და იგივე რენტგენის ანარეკლს განსხვავებული სიგანე აქვს. ეს აიხსნება კრისტალების მცირე ზომებითა და მათი დეფექტებით. თუ არ გავითვალისწინებთ დეფექტის წვლილს სიგნალის გაფართოებაში, მაშინ შესაძლებელია კრისტალიტების ზომების დადგენა არეკვლის გაფართოებიდან, ვინაიდან დეფექტის წვლილი სიდიდის რიგით ნაკლებია.

კრისტალიტის ზომა (L) არის მისი ეფექტური ზომა, ე.ი. გარკვეული მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს კრისტალიტის ზომის რიგითობას. L-ის მნიშვნელობა შეიძლება გამოითვალოს Scherer-ის ფორმულით

სად არის კრისტალიტის ზომა, ანგსტრომი; - ტალღის სიგრძე, ანგსტრომები; - ხაზის გაფართოება, რადიანები; - ბრაგის კუთხე, ხარისხი; k არის კოეფიციენტი, რომელიც დამოკიდებულია კრისტალიტის ფორმაზე.

მნიშვნელობა განისაზღვრება ხაზის მაქსიმალური სიმაღლის ნახევრის დონეზე ფონის და ამორფული ჰალოს გამოკლების შემდეგ, თუ ის კრისტალურობის მწვერვალების ქვეშ იმყოფება. კოეფიციენტი k = 0,9, თუ კრისტალიტის ფორმა ცნობილია, და k = 1, თუ კრისტალს აქვს სფერული ფორმა. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, L = 0.75D, სადაც D არის სფეროს დიამეტრი. ფხვნილისთვის, რომელიც შედგება V მოცულობის ერთგვაროვანი მარცვლებისგან, ცდომილება 20%-ზე ნაკლები, ბროლის მოცულობა არის L3 ცდომილება 50%-ზე ნაკლები.

სწორი მნიშვნელობის მისაღებად გამოიყენება სტანდარტი, ყველაზე ხშირად NaCl, ყველაზე ინტენსიური ასახვით 2 = 31–34, ან შესასწავლი პოლიმერის კარგად კრისტალიზებული საცნობარო ნიმუში საკმარისად დიდი მარცვლებით. Მისთვის

სადაც B არის შესწავლილი პოლიმერის ხაზის სიგანე; - სტანდარტის ხაზის სიგანე.

სტანდარტი და საცდელი ნიმუში განიხილება იმავე ჭრილის სიგანით და სტანდარტისთვის პირველადი სხივის ინტენსივობის შემცირებით (შესწორება უნდა იყოს საკმარისად მცირე). დიაგრამის ფირზე დაფიქსირებულ დიფრაქციულ მრუდზე, ხაზის სიგანე იზომება მილიმეტრებში. ფორმულების (4) და (5) გამოსაყენებლად აუცილებელია ხელახალი გამოთვლა. მაგალითად, ფირზე ერთი კუთხოვანი ხარისხი შეესაბამებოდეს 27,3 მმ მანძილს. თავის მხრივ, ცნობილია, რომ ერთი რადიანი შეესაბამება დაახლოებით 57,3 გრადუსს. შემდეგ L-სთვის ანგსტრომებში ვიღებთ

2 \u003d 20º, \u003d 1.54 E, \u003d 2.2 მმ. L = 1000 E და ზე
= 220 მმ და სხვა პარამეტრების იგივე მნიშვნელობები L = 10 E. თან
= 220 მმ, ძალიან ფართო ინტენსივობის ხაზი, პრაქტიკულად ცუდად დაფიქსირებული და = 2.2 მმ-ზე, ეს არის მაქსიმალური გაზომვადი ხაზი.

აქედან გამომდინარე, მეთოდის გამოყენების საზღვრები არის ეფექტური კრისტალიტის ზომები 10-დან 1000 E-მდე. სამრეწველო პოლიმერული ნიმუშების უმეტესობას აქვს კრისტალიტის ზომები 50-500 E, ე.ი. XRD მეთოდის გამოყენებადობის ფარგლებში. გაზომვის შეცდომაა 10-20%.

4.2 პოლიმერების კრისტალურობის ხარისხის განსაზღვრა

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი შესაძლებელს ხდის პოლიმერების ფაზური ანალიზის ჩატარებას. რენტგენის ფაზის ანალიზის განსაკუთრებული შემთხვევაა პოლიმერების კრისტალურობის ე.წ. რენტგენის ხარისხის განსაზღვრა. არსებობს კავშირი ამ მახასიათებელსა და პოლიმერების ზოგიერთ თვისებას შორის (სიმკვრივე, სიმტკიცე, დნობის გამოყოფის ძალა და ა.შ.). თუმცა, მხოლოდ კრისტალურობის ხარისხის ცვლილება ვერ ხსნის პოლიმერების ქცევას სხვადასხვა პირობებში. ასევე საჭიროა სხვა მეთოდებით მიღებული სუპრამოლეკულური სტრუქტურის ცვლილების შესახებ დამატებითი ინფორმაცია. კრისტალურობის რენტგენის ხარისხი ყოველთვის არ ემთხვევა სხვა მეთოდებით განსაზღვრულ იგივე მახასიათებელს: IR, NMR სპექტროსკოპია, დილატომეტრია, თერმული მეთოდები და ა.შ.

კრისტალურობის ხარისხი () ახასიათებს რეგულარულად შეფუთული მოლეკულების პროპორციას სრულიად უწესრიგო მოლეკულებთან მიმართებაში, ე.ი. პოლიმერში კრისტალური და ამორფული ფაზების თანაფარდობა (კრისტალურობის შედარებითი ხარისხი), %, გამოითვლება ფორმულით

პოლიმერის მთლიანი კრისტალურობის ხარისხი, %, გამოითვლება ფორმულით

სად არის კრისტალური ნაწილის ფართობი (ჰალოს ზემოთ); არის ამორფული ნაწილის ფართობი (ჰალოს ქვეშ).

ბრინჯი. 6. დიფრაქციული მრუდის ქვეშ ფართობის გაყოფა:

ფონის ხაზი; - ჰალო ხაზი; 1 - იზოტაქსიური პოლისტირონი; 2 - პოლი-4-მეთილპენტენი-1; 3 - პოლიტეტრაფტორეთილენი; 4 - პოლიპროპილენის ოქსიდი

პრაქტიკულად დიფრაქციულ ნიმუშზე, კრისტალური მწვერვალებისა და ამორფული ჰოლოს ქვეშ მდებარე არეები იზომება ბრაგის კუთხეების გარკვეულ შეზღუდულ დიაპაზონში, ფონის კორექტირების გათვალისწინებით და ნაპოვნია ამ უბნების თანაფარდობა. ფართობები იზომება პლანიმეტრით, მილიმეტრიანი ქაღალდის კვადრატებით ან წონის მეთოდით: ამოჭრილი ადგილები და იმავე ქაღალდის 1 სმ 2, რომელზეც ისინი გამოიყენება, იწონება და თითოეული ფიგურის ფართობები იპოვება პროპორციიდან. ფართობის გაყოფის მაგალითები ნაჩვენებია ნახ. 6.

დიფრაქციული მრუდის ქვეშ არსებული ფართობის კრისტალურ და ამორფულ ნაწილებად დაყოფა იწვევს გარკვეულ სირთულეებსა და შეცდომებს, რაც დამოკიდებულია მრუდის ფორმაზე. ასეთი პროცედურის ჩატარებისას შეიძლება გამოვიყენოთ ჰერმანსის ემპირიული კრიტერიუმი, რომლის მიხედვითაც ორ მწვერვალს შორის ყოველთვის არის წერტილი, რომელიც არცერთ მათგანს არ ეკუთვნის, თუ ასახვის მაქსიმუმები ერთმანეთისგან მინიმუმ 2 = 3º-ით არის გამოყოფილი. . კრისტალური მწვერვალების და ამორფული ჰალოების ინტენსივობა უნდა გაიზომოს გაფანტვის კუთხის რაც შეიძლება ფართო დიაპაზონში.

5. ატომის სტრუქტურის დადგენა რენტგენის დიფრაქციის მონაცემებიდან

ბროლის ატომური სტრუქტურის გაშიფვრა მოიცავს: მისი ელემენტარული უჯრედის ზომისა და ფორმის დადგენას; ბროლის კუთვნილების დადგენა 230 ფედოროვის (აღმოაჩინა ე. ს. ფედოროვის მიერ) კრისტალური სიმეტრიის ჯგუფთან; სტრუქტურის ძირითადი ატომების კოორდინატების მიღება. პირველი და ნაწილობრივ მეორე პრობლემების გადაჭრა შესაძლებელია ლაუს მეთოდებით და ბროლის ქანქარით ან ბრუნვით. შესაძლებელია საბოლოოდ ჩამოყალიბდეს რთული სტრუქტურების ძირითადი ატომების სიმეტრიის ჯგუფი და კოორდინატები მხოლოდ რთული ანალიზის და მოცემული ბროლის ყველა დიფრაქციული ასახვის ინტენსივობის მნიშვნელობების შრომატევადი მათემატიკური დამუშავების დახმარებით. ასეთი დამუშავების საბოლოო მიზანია ექსპერიმენტული მონაცემებიდან გამოვთვალოთ ელექტრონის სიმკვრივის მნიშვნელობები r(x, y, z) ბროლის უჯრედის ნებისმიერ წერტილში x, y, z კოორდინატებით. ბროლის სტრუქტურის პერიოდულობა საშუალებას გვაძლევს დავწეროთ მასში ელექტრონის სიმკვრივე ფურიეს სერიების მეშვეობით:

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

სადაც V არის ელემენტარული უჯრედის მოცულობა, Fhkl არის ფურიეს კოეფიციენტები, რომლებიც R. s. ა. ეწოდება სტრუქტურული ამპლიტუდები, i = v-1. თითოეული სტრუქტურული ამპლიტუდა ხასიათდება სამი მთელი რიცხვით hkl და ასოცირდება დიფრაქციულ ანარეკლთან, რომელიც განისაზღვრება პირობებით (1). შეჯამების მიზანი (2) არის რენტგენის დიფრაქციული ანარეკლების მათემატიკურად შეკრება ატომის სტრუქტურის გამოსახულების მისაღებად. ამ გზით გამოსახულების სინთეზის წარმოება რ.ს. ა. ეს გამოწვეულია ბუნებაში რენტგენის სხივების ლინზების ნაკლებობით (ხილული სინათლის ოპტიკაში ამას ემსახურება კონვერგენტული ლინზა).

დიფრაქციული ასახვა არის ტალღის პროცესი. მას ახასიათებს SFhklS-ის ტოლი ამპლიტუდა და ფაზა ahkl (არეკილი ტალღის ფაზური ცვლა ინციდენტთან მიმართებაში), რომლის მეშვეობითაც გამოიხატება სტრუქტურული ამპლიტუდა: Fhkl =SFhkl--S(cosahkl + isinahkl). დიფრაქციული ექსპერიმენტი იძლევა მხოლოდ SFhklS2-ის პროპორციული არეკვლის ინტენსივობის გაზომვას, მაგრამ არა მათი ფაზების. ფაზის განსაზღვრა არის მთავარი პრობლემა ბროლის სტრუქტურის გაშიფვრისას. სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების განმარტება ფუნდამენტურად ერთნაირია როგორც ატომებისგან შემდგარი კრისტალებისთვის, ასევე მოლეკულებისგან შემდგარი კრისტალებისთვის. მოლეკულურ კრისტალურ ნივთიერებაში ატომების კოორდინატების განსაზღვრის შემდეგ, შესაძლებელია მისი შემადგენელი მოლეკულების იზოლირება და მათი ზომისა და ფორმის დადგენა.

მარტივია პრობლემის გადაჭრა, რომელიც სტრუქტურული ინტერპრეტაციის საპირისპიროა: სტრუქტურული ამპლიტუდების ცნობილი ატომური სტრუქტურის გაანგარიშება და მათგან დიფრაქციული ასახვის ინტენსივობა. საცდელი და შეცდომის მეთოდი, ისტორიულად სტრუქტურების გაშიფვრის პირველი მეთოდი, მოიცავს ექსპერიმენტულად მიღებული SFhklSexp-ის შედარებას SFhklScalc-ის მნიშვნელობებთან, რომელიც გამოითვლება საცდელი მოდელის საფუძველზე. დივერგენციის ფაქტორის მნიშვნელობიდან გამომდინარე

საცდელი მოდელი მიიღება ან უარყოფილია. 30-იან წლებში. შემუშავებულია უფრო ფორმალური მეთოდები კრისტალური სტრუქტურებისთვის, მაგრამ არაკრისტალური ობიექტებისთვის ცდა და შეცდომა მაინც პრაქტიკულად ერთადერთი საშუალებაა დიფრაქციის ნიმუშის ინტერპრეტაციისთვის.

ერთკრისტალების ატომური სტრუქტურების გაშიფვრის ფუნდამენტურად ახალი გზა გაიხსნა ე.წ. პატერსონის ფუნქციები (ატომთაშორის ვექტორების ფუნქციები). N ატომისგან შემდგარი ზოგიერთი სტრუქტურის პატერსონის ფუნქციის ასაგებად, ჩვენ მას პარალელურად გადავიტანთ თავისთან ისე, რომ პირველი ატომი ჯერ ფიქსირებულ საწყისს მოხვდეს. ვექტორები საწყისიდან სტრუქტურის ყველა ატომამდე (მათ შორის ნულოვანი სიგრძის ვექტორი პირველ ატომამდე) მიუთითებს ატომთაშორის ვექტორების ფუნქციის N მაქსიმუმის პოზიციას, რომელთა მთლიანობას სტრუქტურის გამოსახულება ეწოდება. ატომი 1. დავუმატოთ მათ მეტი N მაქსიმუმი, რომელთა პოზიცია მიუთითებს N ვექტორებს მეორე ატომიდან, რომლებიც განთავსებულია სტრუქტურის პარალელურად გადატანისას იმავე საწყისზე. ამ პროცედურის შემდეგ ყველა N ატომით (ნახ. 3), მივიღებთ N2 ვექტორებს. ფუნქცია, რომელიც აღწერს მათ პოზიციას, არის პატერსონის ფუნქცია.

ბრინჯი. 3. პატერსონის ფუნქციის აგების სქემა 3 ატომისგან შემდგარი სტრუქტურისთვის.

პატერსონის ფუნქციისთვის P(u, u, w) (u, u, w არის წერტილების კოორდინატები ატომთაშორის ვექტორების სივრცეში), შეიძლება მივიღოთ გამოხატულება:

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

საიდანაც გამომდინარეობს, რომ იგი განისაზღვრება სტრუქტურული ამპლიტუდების მოდულებით, არ არის დამოკიდებული მათ ფაზებზე და, შესაბამისად, შეიძლება გამოითვალოს უშუალოდ დიფრაქციული ექსპერიმენტის მონაცემებიდან. P (u, u, w) ფუნქციის ინტერპრეტაციის სირთულე მდგომარეობს იმაში, რომ საჭიროა იპოვოთ N ატომების კოორდინატები მისი მაქსიმუმ N2-დან, რომელთაგან ბევრი ერწყმის ატომთაშორისი ვექტორების ფუნქციის აგებისას წარმოქმნილი გადახურვების გამო. P (u, u, w) გაშიფვრის უმარტივესი შემთხვევაა, როდესაც სტრუქტურა შეიცავს ერთ მძიმე ატომს და რამდენიმე მსუბუქს. მძიმე ატომში ასეთი სტრუქტურის გამოსახულება მნიშვნელოვნად განსხვავდება მისი სხვა სურათებისგან. სხვადასხვა მეთოდებს შორის, რომლებიც შესაძლებელს ხდის პატერსონის ფუნქციით შესწავლილი სტრუქტურის მოდელის განსაზღვრას, ყველაზე ეფექტური იყო ეგრეთ წოდებული სუპერპოზიციის მეთოდები, რამაც შესაძლებელი გახადა მისი ანალიზის ფორმალიზება და კომპიუტერზე შესრულება.

პატერსონის ფუნქციის მეთოდებს სერიოზული სირთულეები ექმნებათ კრისტალების სტრუქტურების შესწავლისას, რომლებიც შედგება ატომური რიცხვის იდენტური ან მსგავსი ატომებისგან. ამ შემთხვევაში უფრო ეფექტური აღმოჩნდა ეგრეთ წოდებული პირდაპირი მეთოდები სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების დასადგენად. იმის გათვალისწინებით, რომ კრისტალში ელექტრონის სიმკვრივის მნიშვნელობა ყოველთვის დადებითია (ან ნულის ტოლია), შეიძლება მივიღოთ უტოლობების დიდი რაოდენობა, რომლებზეც არის r(x, y) ფუნქციის ფურიეს კოეფიციენტები (სტრუქტურული ამპლიტუდები). , ჩ) დაემორჩილე. უტოლობების მეთოდების გამოყენებით, შედარებით მარტივია სტრუქტურების ანალიზი, რომლებიც შეიცავს 20-40 ატომს კრისტალის ერთეულ უჯრედში. უფრო რთული სტრუქტურებისთვის გამოიყენება პრობლემის ალბათურ მიდგომაზე დაფუძნებული მეთოდები: შემთხვევით ცვლადებად განიხილება სტრუქტურული ამპლიტუდები და მათი ფაზები; ამ შემთხვევითი ცვლადების განაწილების ფუნქციები მიღებულია ფიზიკური გამოსახულებებიდან, რაც შესაძლებელს ხდის სტრუქტურული ამპლიტუდების მოდულების ექსპერიმენტული მნიშვნელობების, ფაზების ყველაზე სავარაუდო მნიშვნელობების შეფასებას. ეს მეთოდები ასევე დანერგილია კომპიუტერზე და შესაძლებელს ხდის 100-200 ან მეტი ატომის შემცველი სტრუქტურების გაშიფვრას კრისტალის ერთეულ უჯრედში.

ასე რომ, თუ დადგინდა სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზები, მაშინ კრისტალში ელექტრონული სიმკვრივის განაწილება შეიძლება გამოითვალოს (2), ამ განაწილების მაქსიმუმი შეესაბამება ატომების პოზიციას სტრუქტურაში (ნახ. 3). ატომების კოორდინატების საბოლოო დახვეწა ხორციელდება კომპიუტერზე უმცირესი კვადრატების მეთოდის გამოყენებით და, ექსპერიმენტის ხარისხზე და სტრუქტურის სირთულიდან გამომდინარე, საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ისინი მეათასედი E სიზუსტით (გამოყენებით თანამედროვე დიფრაქციული ექსპერიმენტი, თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოთვალოთ ატომების თერმული ვიბრაციების რაოდენობრივი მახასიათებლები კრისტალში, ამ ვიბრაციების ანიზოტროპიის გათვალისწინებით). რ.ს. ა. შესაძლებელს ხდის ატომური სტრუქტურების უფრო დახვეწილი მახასიათებლების დადგენა, მაგალითად, ვალენტური ელექტრონების განაწილება კრისტალში. თუმცა, ეს რთული პრობლემა ჯერჯერობით მოგვარებულია მხოლოდ უმარტივესი სტრუქტურებისთვის. ამ მიზნით, ნეიტრონის დიფრაქციისა და რენტგენის დიფრაქციის კვლევების კომბინაცია ძალიან პერსპექტიულია: ნეიტრონის დიფრაქციის მონაცემები ატომის ბირთვების კოორდინატებზე შედარებულია რენტგენის დიფრაქციის გამოყენებით მიღებული ელექტრონული ღრუბლის სივრცულ განაწილებასთან. ა. მრავალი ფიზიკური და ქიმიური პრობლემის გადასაჭრელად ერთობლივად გამოიყენება რენტგენის დიფრაქციული კვლევები და რეზონანსული მეთოდები.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მიღწევების მწვერვალია ცილების, ნუკლეინის მჟავების და სხვა მაკრომოლეკულების სამგანზომილებიანი სტრუქტურის გაშიფვრა. პროტეინები ბუნებრივ პირობებში, როგორც წესი, არ ქმნიან კრისტალებს. ცილის მოლეკულების რეგულარული მოწყობის მისაღწევად, ცილები კრისტალიზდება და შემდეგ მათი სტრუქტურა შეისწავლება. ცილის კრისტალების სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების დადგენა შესაძლებელია მხოლოდ რადიოგრაფებისა და ბიოქიმიკოსების ერთობლივი ძალისხმევის შედეგად. ამ პრობლემის გადასაჭრელად აუცილებელია თავად ცილის კრისტალების მიღება და შესწავლა, ისევე როგორც მისი წარმოებულები მძიმე ატომების ჩართვით და ყველა ამ სტრუქტურაში ატომების კოორდინატები უნდა ემთხვეოდეს.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი შესაძლებელს ხდის ობიექტურად დადგინდეს კრისტალური ნივთიერებების სტრუქტურა, მათ შორის ისეთი რთული, როგორიცაა ვიტამინები, ანტიბიოტიკები, საკოორდინაციო ნაერთები და ა.შ. ბროლის სრული სტრუქტურული შესწავლა ხშირად შესაძლებელს ხდის წმინდა ქიმიური პრობლემების გადაჭრას, მაგალითად, ქიმიური ფორმულის, კავშირის ტიპის, მოლეკულური წონის ცნობილ სიმკვრივეზე ან სიმკვრივეს ცნობილ მოლეკულურ წონაზე, სიმეტრიისა და მოლეკულების კონფიგურაციის დადგენა ან დახვეწა. და მოლეკულური იონები.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი წარმატებით გამოიყენება პოლიმერების კრისტალური მდგომარეობის შესასწავლად. ღირებულ ინფორმაციას გვაწვდის აგრეთვე რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ამორფული და თხევადი სხეულების შესწავლისას. ასეთი სხეულების რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშები შეიცავს რამდენიმე ბუნდოვან დიფრაქციულ რგოლს, რომელთა ინტენსივობა სწრაფად მცირდება q მატებასთან ერთად. ამ რგოლების სიგანეზე, ფორმასა და ინტენსივობაზე დაყრდნობით, შეიძლება გამოვიტანოთ დასკვნები მცირე დიაპაზონის რიგის თავისებურებებზე კონკრეტულ თხევად ან ამორფულ სტრუქტურაში.

რენტგენის გამოყენების მნიშვნელოვანი სფეროა ლითონებისა და შენადნობების რენტგენოგრაფია, რომელიც მეცნიერების ცალკე დარგად იქცა. "რადიოგრაფიის" კონცეფცია მოიცავს რენტგენის სრულ ან ნაწილობრივ დიფრაქციულ ანალიზთან ერთად, რენტგენის სხივების გამოყენების სხვა გზებსაც - რენტგენის ხარვეზის გამოვლენას (გადაცემას), რენტგენის სპექტრულ ანალიზს, რენტგენის მიკროსკოპს და სხვა. . დადგენილია სუფთა ლითონებისა და მრავალი შენადნობის სტრუქტურები. რენტგენის დიფრაქციულ ანალიზზე დაფუძნებული შენადნობების კრისტალური ქიმია ლითონის მეცნიერების ერთ-ერთი წამყვანი დარგია. ლითონის შენადნობების არც ერთი მდგომარეობის დიაგრამა არ შეიძლება ჩაითვალოს საიმედოდ დადგენილად, თუ ეს შენადნობები არ არის შესწავლილი რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდების გამოყენების წყალობით, შესაძლებელი გახდა ღრმად შესწავლილიყო სტრუქტურული ცვლილებები, რომლებიც ხდება ლითონებსა და შენადნობებში მათი პლასტმასის და თერმული დამუშავების დროს.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მეთოდს ასევე აქვს სერიოზული შეზღუდვები. სრული რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისთვის აუცილებელია, რომ ნივთიერება კარგად კრისტალიზდეს და იძლევა საკმარისად სტაბილურ კრისტალებს. ზოგჯერ საჭიროა კვლევის ჩატარება მაღალ ან დაბალ ტემპერატურაზე. ეს მნიშვნელოვნად ართულებს ექსპერიმენტს. სრული შესწავლა არის ძალიან შრომატევადი, შრომატევადი და მოიცავს დიდი რაოდენობით გამოთვლით სამუშაოს.

საშუალო სირთულის ატომური სტრუქტურის დასამყარებლად (~50-100 ატომები ერთეულ უჯრედში), საჭიროა გავზომოთ რამდენიმე ასეული და თუნდაც ათასობით დიფრაქციული არეკვლის ინტენსივობა. ეს ძალიან შრომატევადი და შრომატევადი სამუშაო ხორციელდება კომპიუტერით კონტროლირებადი ავტომატური მიკროდენსიტომეტრებით და დიფრაქტომეტრებით, ზოგჯერ რამდენიმე კვირის ან თუნდაც თვეების განმავლობაში (მაგალითად, ცილის სტრუქტურების ანალიზისას, როდესაც ასახვის რაოდენობა ასობით ათასამდე იზრდება). ამასთან დაკავშირებით, ბოლო წლებში, მაღალსიჩქარიანი კომპიუტერები ფართოდ გამოიყენება რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის პრობლემების გადასაჭრელად. თუმცა, კომპიუტერების გამოყენების შემთხვევაშიც კი, სტრუქტურის განსაზღვრა რჩება რთულ და შრომატევად სამუშაოდ. დიფრაქტომეტრში რამდენიმე მრიცხველის გამოყენებამ, რომელსაც შეუძლია ასახვის პარალელურად აღრიცხვა, შეიძლება შეამციროს ექსპერიმენტის დრო. დიფრაქტომეტრიული გაზომვები აღემატება ფოტოგრაფიულ ჩანაწერს მგრძნობელობისა და სიზუსტის თვალსაზრისით.

საშუალებას გაძლევთ ობიექტურად განსაზღვროთ მოლეკულების სტრუქტურა და კრისტალში მოლეკულების ურთიერთქმედების ზოგადი ბუნება, რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი ყოველთვის არ იძლევა შესაძლებლობას დარწმუნებით ვიმსჯელოთ ქიმიური ბმების ბუნებაში არსებული განსხვავებების შესახებ. მოლეკულა, რადგან ბმის სიგრძისა და ბმის კუთხეების განსაზღვრის სიზუსტე ხშირად არასაკმარისია ამ მიზნით. . მეთოდის სერიოზული შეზღუდვაა ასევე მსუბუქი ატომების და განსაკუთრებით წყალბადის ატომების პოზიციების განსაზღვრის სირთულე.

7. ლიტერატურა

1) ნ.ვ.ბელოვი, სტრუქტურული კრისტალოგრაფია, მოსკოვი, 1951;

2) Zhdanov G. S., რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის საფუძვლები, M. - L., 1940;

3) ჯეიმს რ., რენტგენის დიფრაქციის ოპტიკური პრინციპები, მოსკოვი, 1950;

4) Boky G. B., Poray-Koshits M. A., რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი. მ., 1964;

5) იგოლინსკაია ნ.მ., პოლიმერების რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი, კემეროვო., 2008;

მასპინძლობს Allbest.ru-ზე

მსგავსი დოკუმენტები

რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის ძირითადი ექსპერიმენტული მეთოდები: ლაუეს მეთოდი, ფხვნილი, ბროლის ბრუნვა, მცირე კუთხით გაფანტვა, Debye-Scherrer. ატომის სტრუქტურის განსაზღვრა რენტგენის დიფრაქციის მონაცემებიდან.

ნაშრომი, დამატებულია 28.12.2015


ანალიზის შედეგების მათემატიკური დამუშავებისა და ხარისხის შეფასების კონცეფცია. ანალიზის შედეგების სისწორე, სიზუსტე, სანდოობა. ანალიტიკური სიგნალის მნიშვნელობის რეგისტრაცია და გაზომვა. ანალიზის შემდეგ მიღებული შედეგების აღწერა და არსი.

რეზიუმე, დამატებულია 01/23/2009


ქრომატომასის სპექტრომეტრია ორგანულ ქიმიაში. ინფრაწითელი სპექტროსკოპია: ფიზიკური და ქიმიური ბაზები, მოწყობილობები. ქრომატოგრამის მაგალითი ყველა იონისთვის. ფურიეს სპექტრომეტრის ბლოკ-სქემა. ორგანული ნაერთის ფორმულის გაშიფვრა ელემენტარული ანალიზის მიხედვით.

ტესტი, დამატებულია 05/17/2016


თვისებრივი ანალიზის ცნება და არსი. მიზანი, შესაძლო მეთოდები, მათი აღწერა და მახასიათებლები. არაორგანული და ორგანული ნივთიერებების თვისებრივი ქიმიური ანალიზი. ანალიზის შედეგების მათემატიკური დამუშავება, ასევე ინდიკატორების მნიშვნელობების აღწერა.

რეზიუმე, დამატებულია 01/23/2009


ბუნებრივი ენანტიომერების კონფიგურაციის განსაზღვრა, როგორც ორგანული ქიმიის ყველაზე მნიშვნელოვანი ამოცანა. ნაერთების აბსოლუტური კონფიგურაციის განსაზღვრა რენტგენის დიფრაქციული ანალიზით. შედარებითი კონფიგურაციის განმარტება. ოპტიკური ბრუნვის დისპერსია.

რეზიუმე, დამატებულია 23/05/2016


სტატისტიკური მეთოდების გამოყენება ქიმიური პროცესების კვლევების გაანგარიშებისა და დამუშავებისათვის. ანალიზის შედეგების სტატისტიკური დამუშავება ნდობის ალბათობით P = 0.9, მოცემულ მნიშვნელობებს შორის ფუნქციური ურთიერთობის დამყარება.

ტესტი, დამატებულია 01/29/2008


ნივთიერების ანალიზის ჩატარება მისი ხარისხობრივი ან რაოდენობრივი შემადგენლობის დასადგენად. ჰეტეროგენული სისტემების სტრუქტურული კომპონენტების გამოყოფისა და განსაზღვრის ქიმიური, ფიზიკური და ფიზიკურ-ქიმიური მეთოდები. შედეგების სტატისტიკური დამუშავება.

რეზიუმე, დამატებულია 19.10.2015


ლაქტოფერინის სტრუქტურა და ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები. რენტგენის და ოპტიკური დიფრაქციის მეთოდები. პროტეინის გელის ქრომატოგრაფიის პირობების გაცნობა. ლაქტოფერინის ოლიგომერული ფორმების ანალიზი გელის ქრომატოგრაფიით, სინათლის გაფანტვით და აბლაციით.

ნაშრომი, დამატებულია 04/28/2012


გამოყენება ფიზიკურ-ქიმიურ მეთოდებში ნივთიერებების ფიზიკური თვისებების დამოკიდებულების გასაანალიზებლად მათ ქიმიურ შემადგენლობაზე. ანალიზის ინსტრუმენტული მეთოდები (ფიზიკური) ინსტრუმენტების გამოყენებით. ქიმიური (კლასიკური) ანალიზი (ტიტრიმეტრია და გრავიმეტრია).

რეზიუმე, დამატებულია 01/24/2009


ჰაფნიუმის მახასიათებლები. ანალიზის სპექტროფოტომეტრული მეთოდების შესწავლა. ჰაფნიუმის განსაზღვრა xylene orange, catechol violet, quercetin და morin გამოყენებით. რეაგენტების შედარება მგრძნობელობის მიხედვით. ანალიზის ელექტროქიმიური მეთოდები.

რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი(რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი) - მატერიის ატომური სტრუქტურის შესწავლის მეთოდები სივრცეში განაწილებით და ანალიზებულ ობიექტზე მიმოფანტული რენტგენის ინტენსივობით. . რ.ს. ა. კრისტალური მასალები საშუალებას გაძლევთ დააყენოთ ატომების კოორდინატები 0,1-0,01 ნმ სიზუსტით, განსაზღვროთ ამ თერმული ატომების მახასიათებლები, მათ შორის ანიზოტროპია და გადახრები ჰარმონიკებიდან. კანონის მიღება ექსპერიმზე. . ქიმიურზე ვალენტური ელექტრონების სიმკვრივის სივრცეში განაწილების მონაცემებს. ბმები კრისტალებსა და მოლეკულებში. ეს მეთოდები გამოიყენება ლითონებისა და შენადნობების, მინერალების, არაორგანულის შესასწავლად. და ორგანული ნაერთები, ცილები, ნუკლეინის მჟავები, ვირუსები. სპეციალისტი. რ-ის მეთოდებით. ა. პოლიმერების, ამორფული მასალების, სითხეების, გაზების შესწავლის საშუალებას იძლევა.

დიფრაქციას შორის მატერიის ატომური სტრუქტურის შესწავლის მეთოდები R. s. ა. არის ნაიბი. ფართოდ გავრცელებული და განვითარებული. მის შესაძლებლობებს ავსებს მეთოდები ნეიტრონოგრაფიადა ელექტრონოგრაფია.დიფრაქცია სურათი დამოკიდებულია შესწავლილი ობიექტის ატომურ სტრუქტურაზე, რენტგენის სხივების ბუნებასა და ტალღის სიგრძეზე. რადიაცია. ნაიბის მატერიის ატომური სტრუქტურის დადგენა. რენტგენის ეფექტური გამოყენება. გამოსხივება ტალღის სიგრძით ~ 10 ნმ ან ნაკლები, ანუ ატომების ზომის რიგის მიხედვით. განსაკუთრებით წარმატებით და მაღალი სიზუსტით რ.-ს გვერდის მეთოდები. ა. შეისწავლეთ კრისტალის ატომური სტრუქტურა. ობიექტები, რომელთა სტრუქტურას აქვს მკაცრი პერიოდულობა და, შესაბამისად, ისინი ბუნებრივია. სამგანზომილებიანი დიფრაქცია. ბადე რენტგენისთვის რადიაცია.

ისტორიული ცნობა

რ-ის გულში. ა. კრისტალური ნივთიერებების მდგომარეობს დოქტრინა . 1890 წელს რუს. კრისტალოგრაფი E.S. Fedorov და გერმანი. მათემატიკოსმა ა. შონფლისმა (ა. შონფლისმა) დაასრულა 230 კოსმოსური ჯგუფის წარმოშობა, რომელიც ახასიათებს ატომების კრისტალებში განლაგების ყველა შესაძლო გზას. რენტგენის დიფრაქცია. სხივები კრისტალებზე, რაც ექსპერიმენტულია. რ-ის ფონდთან ერთად. ა., აღმოაჩინეს 1912 წელს M. Laue (M. Laue) და მისი თანამშრომლების W. Friedrich და P. Knipping. ლაუეს მიერ შემუშავებული რენტგენის დიფრაქციის თეორია. კრისტალების სხივებმა შესაძლებელი გახადა გამოსხივების ტალღის სიგრძის, კრისტალის ერთეული უჯრედის წრფივი ზომების დაკავშირება, ბ, გ, დაცემის კუთხეები და დიფრაქციული სხივები მიმართებების მიხედვით

სად თ, კ, ლ- მთელი რიცხვები ( კრისტალოგრაფიული მაჩვენებლები) მიმართებებს (1) ეწოდება ლაუს განტოლებები, მათი შესრულება აუცილებელია რენტგენის დიფრაქციის წარმოქმნისთვის. სხივები კრისტალზე. განტოლებების მნიშვნელობა (1) არის ის, რომ პარალელურ სხივებს შორის გაფანტული ატომები, რომლებიც შეესაბამება მეზობელ გისოსებს, უნდა იყოს მთელი რიცხვი ჯერადი.

1913 წელს W. L. Bragg-მა და G.V. Wulff-მა აჩვენეს ეს დიფრაქცია. რენტგენი სხივი შეიძლება ჩაითვალოს გარკვეული კრისტალოგრაფიული სისტემიდან მოხვედრილი სხივის ანარეკლად. თვითმფრინავებს შორის ინტერვალით დ: სად არის კუთხე ამრეკლავ სიბრტყესა და დიფრაქციას შორის. სხივი (ბრაგის კუთხე). 1913-14 წლებში W. G. და W. L. Braggi პირველებმა გამოიყენეს რენტგენის დიფრაქცია. სხივები ექსპერიმენტებისთვის. კრისტალების NaCl, Cu, ალმასის და ა.შ. ატომური სტრუქტურის შემოწმება, ადრე ნაწინასწარმეტყველები W. Barlow-მა 1916 წელს P. Debye და P. Scherrer-მა შემოგვთავაზეს და განავითარეს დიფრაქცია. პოლიკრისტალური რენტგენის დიფრაქციული კვლევის მეთოდები. მასალები ( Debye - Scherrera მეთოდი).

როგორც რენტგენის წყარო. გამოსხივება გამოიყენეს (და დღესაც გამოიყენება) შედუღებული რენტგენი. მილები ანოდებით დეკ. ლითონები და, შესაბამისად, განსხვავებული შესაბამისი მახასიათებლებით. გამოსხივება - Fe (= 19,4 ნმ), Cu (= 15,4 ნმ), Mo (= 7,1 ნმ), Ag (= 5,6 ნმ). მოგვიანებით, უფრო მძლავრი მილები გაჩნდა მბრუნავი ანოდით; ძლიერი, რომელსაც აქვს თეთრი (უწყვეტი) რადიაციული სპექტრის წყარო - რენტგენი. სინქროტრონის გამოსხივება. მონოქრომატორების სისტემის დახმარებით შესაძლებელია კვლევაში გამოყენებული სინქრეტრონული რენტგენის უწყვეტი შეცვლა. რადიაცია, რომელსაც ფუნდამენტური მნიშვნელობა აქვს რ.ს. ა. ანომალიური გაფანტვის ეფექტი. როგორც რადიაციული დეტექტორი რ.ს. ა. რენტგენის ფუნქციას ასრულებს. ფოტოგრაფიული ფილმი, to-ruyu ანაცვლებს სცინტილაციას და ნახევარგამტარული დეტექტორები. შეფასდება ეფექტურობა. სისტემები მკვეთრად გაიზარდა კოორდინატთა ერთგანზომილებიანი და ორგანზომილებიანი დეტექტორების გამოყენებით.

რ-ს დახმარებით მიღებული ინფორმაციის რაოდენობა n ხარისხი. ა., დამოკიდებულია გაზომვების სიზუსტეზე და ექსპერიმენტების დამუშავებაზე. მონაცემები. დიფრაქციული დამუშავების ალგორითმები. მონაცემები განისაზღვრება რენტგენის ურთიერთქმედების თეორიის გამოყენებული მიახლოებით. გამოსხივება მატერიით. 1950-იან წლებში დაიწყო კომპიუტერების გამოყენება რენტგენის დიფრაქციული ექსპერიმენტების ტექნიკაში და ექსპერიმენტების დამუშავებისთვის. მონაცემები. შეიქმნა სრულად ავტომატიზირებული სისტემები კრისტალური შესწავლისთვის. მასალები, ჭვავის ჩატარება ექსპერიმენტი, დამუშავების ექსპერიმენტები. მონაცემები, მთავარი სტრუქტურის ატომური მოდელის აგებისა და დახვეწის პროცედურები და ბოლოს, გრაფიკული. კვლევის შედეგების პრეზენტაცია. თუმცა ამ სისტემების დახმარებით ავტომატური შესწავლა ჯერ არ არის შესაძლებელი. მოდური კრისტალები ფსევდოსიმეტრიით, ტყუპი ნიმუშები და კრისტალები სხვა სტრუქტურული მახასიათებლებით.

ექსპერიმენტული მეთოდები რენტგენის სტრუქტურული ანალიზი

განახორციელოს დიფრაქციული პირობები (1) და დაარეგისტრიროს პოზიცია სივრცეში და დიფრაქციული რენტგენის ინტენსივობა. რადიაცია ემსახურება რენტგენის სხივებს. კამერები და რენტგენი. დიფრაქტომეტრები გამოსხივების აღრიცხვით, შესაბამისად, ფოტოგრ. მეთოდები ან რადიაციული დეტექტორები. ნიმუშის ბუნება (ერთკრისტალი ან პოლიკრისტალი, ნიმუში ნაწილობრივ მოწესრიგებული სტრუქტურით ან ამორფული სხეულით, სითხე ან აირი), მისი ზომა და გადასაჭრელი პრობლემა განსაზღვრავს საჭირო ექსპოზიციას და გაფანტული რენტგენის სიზუსტეს. ჩაწერა. გამოსხივება და, შესაბამისად, რ.ს გარკვეული მეთოდი. ა. რენტგენის სხივების წყაროდ გამოყენებისას ერთკრისტალების შესწავლა. დალუქული რენტგენის გამოსხივება. მილის საკმარისი ნიმუშის მოცულობა ~10 -3 მმ 3 . მაღალი ხარისხის დიფრაქციის მისაღებად სურათზე, ნიმუშს უნდა ჰქონდეს ყველაზე სრულყოფილი სტრუქტურა და მისი ბლოკადა არ უშლის ხელს სტრუქტურულ კვლევებს. დიდი, თითქმის სრულყოფილი ერთკრისტალების რეალური სტრუქტურა გამოკვლეულია რენტგენის ტოპოგრაფია, ტო-რუუ ზოგჯერ ასევე მოიხსენიება როგორც R. s. ა.

ლაუს მეთოდი- უმარტივესი მეთოდი ერთკრისტალების რენტგენის ნიმუშების მისაღებად. ლაუს ექსპერიმენტში კრისტალი უმოძრაოა და გამოყენებულია რენტგენი. რადიაციას აქვს უწყვეტი სპექტრი. დიფრაქციის მდებარეობა ლაქები Lauegrams-ზე დამოკიდებულია ერთეული უჯრედის ზომაზე და კრისტალური სიმეტრია, ასევე ნიმუშის ორიენტაციაზე ინციდენტის რენტგენის მიმართ. სხივი. ლაუეს მეთოდი შესაძლებელს ხდის ერთი კრისტალის მიკუთვნებას ლაუს სიმეტრიის 11 ჯგუფიდან ერთ-ერთს და დაადგინოს მისი კრისტალოგრაფიული ორიენტაცია. ცულები კუთხის შიგნით. წუთები (იხ ლაუს მეთოდი). დიფრაქციის ბუნებით ლაქები ლაუგრამებზე და განსაკუთრებით ასტერიზმის გამოჩენით (ლაქების დაბინდვა) შესაძლებელია შინაგანის იდენტიფიცირება. სტრესი და ნიმუშის სხვა სტრუქტურული მახასიათებლები. Laue მეთოდი ამოწმებს ერთკრისტალების ხარისხს და ირჩევს ყველაზე მეტს. სრულყოფილი ნიმუშები უფრო სრულყოფილი სტრუქტურული კვლევისთვის (რენტგენის გონიომეტრიული მეთოდები; იხილეთ ქვემოთ).

ნიმუშის რხევისა და ბრუნვის მეთოდები განსაზღვრავს მოცემული კრისტალოგრაფიის გასწვრივ გამეორების (მაუწყებლობის) პერიოდებს. მიმართულებები, შეამოწმეთ ბროლის სიმეტრია და გაზომეთ დიფრაქციის ინტენსივობა. ანარეკლები. ნიმუშის ვიბრაცია ხდება ექსპერიმენტის დროს. ან როტაცია. მოძრაობა ღერძის გარშემო, რომელიც ემთხვევა ერთ-ერთ კრისტალოგრაფიულს. ღერძი ნიმუში, to-ruyu ადრე ორიენტირებული პერპენდიკულარულად ინციდენტის X-ray. სხივი. დიფრაქცია მონოქრომატის მიერ შექმნილი სურათი. რადიაცია, რეგისტრირებულია რენტგენზე. ფილმი ცილინდრული სახით კასეტა, რომლის ღერძი ემთხვევა ნიმუშის რხევის ღერძს. დიფრაქცია ასეთი გადაღების გეომეტრიის ლაქები განვითარებულ ფილმზე აღმოჩნდება, რომ მდებარეობს პარალელური ხაზების ოჯახზე (ნახ. 1). დაბრუნების პერიოდი თკრისტალოგრაფიის გასწვრივ მიმართულება არის:

სად დ- კასეტის დიამეტრი, - მანძილი რენტგენოგრამაზე შესაბამის სწორ ხაზებს შორის. ვინაიდან ის მუდმივია, ლაუეს პირობები (1) დაკმაყოფილებულია ნიმუშის რხევისას ან ბრუნვის დროს კუთხეების შეცვლით. როგორც წესი, რენტგენის ნიმუშების რხევისა და როტაციის ნიმუში, დიფრაქცია. ლაქები გადახურულია. ამ არასასურველი ეფექტის თავიდან ასაცილებლად, შეგიძლიათ შეამციროთ კუთხე. ნიმუშის რხევის ამპლიტუდა. ეს ტექნიკა გამოიყენება, მაგალითად, რ. ა. ცილები, სადაც მოძრავი რენტგენოგრაფია გამოიყენება დიფრაქციის ინტენსივობის გასაზომად. ანარეკლები.

ბრინჯი. ნახ. 1. სეიდოსერიტის მინერალის რენტგენის დიფრაქციული ნიმუში Na 4 MnTi(Zr,Ti) 2 0 2 (F,OH) 2 2.

რენტგენის მეთოდები. რენტგენის მეთოდებით ერთი ბროლის სრული სტრუქტურული შესწავლისთვის. ა. აუცილებელია განვსაზღვროთ პოზიცია სივრცეში და გავზომოთ ყველა დიფრაქციის ინტეგრალური ინტენსივობა. ანარეკლები, რომლებიც წარმოიქმნება გამოსხივების გამოყენებისას მოცემულთან. ამისათვის, ექსპერიმენტის დროს, ნიმუში უნდა იყოს რკალის რიგის სიზუსტით. წუთები ორიენტაციის მისაღებად, რისთვისაც პირობები (1) სტაბილურად დაკმაყოფილებულია კრისტალოგრაფიის ყველა ოჯახისთვის. თვითმფრინავების ნიმუში; ხოლო ბევრი რეგისტრირებულია. ასობით და თუნდაც ათასობით განსხვავება. რეფლექსები. დიფრაქციის რეგისტრაციისას რენტგენის სურათები. ფოტოგრაფიული ფილმი, ანარეკლების ინტენსივობა განისაზღვრება მიკროდენსიტომეტრით გაშავების ხარისხით და დიფრაქციის ზომით. ლაქები. დეკომპ. გონიომეტრების ტიპები დანერგილია განსხვავებები. გეომ. დიფრაქციის რეგისტრაციის სქემები. ნახატები. დიფრაქციის ინტენსივობის სრული ნაკრები. ანარეკლები მიიღება რენტგენოგრაფიების სერიაზე, ანარეკლები აღირიცხება თითოეულ რენტგენოგრამაზე, კრისტალოგრაფიულზე. ინდექსები to-rykh ზედმეტად def. შეზღუდვები. მაგალითად, ტიპის ანარეკლები hk0, hk1(ბრინჯი. 2) . ბროლის ატომური სტრუქტურის დასადგენად, რომლის ერთეული უჯრედი შეიცავს ~ 100 ატომს, აუცილებელია რამდენიმე გავზომოთ. ათასი განსხვავება. ანარეკლები. ცილის ერთკრისტალების შემთხვევაში, ექსპერიმენტის მოცულობა იზრდება 10 4 -10 6 ანარეკლამდე.

ბრინჯი. ნახ. 2. მინერალური სეიდოსერიტის რენტგენის დიფრაქციული ნიმუში, მიღებული ვეიზენბერგის რენტგენის გონიომეტრში. რეგისტრირებულ დიფრაქციის ანარეკლებს აქვთ ინდექსები. ერთსა და იმავე მრუდეზე მდებარე ანარეკლებს ახასიათებთ მუდმივი ინდექსი k.

ფილმის რენტგენის მრიცხველებით შეცვლისას. კვანტები ზრდის დიფრაქციის ინტენსივობის გაზომვის მგრძნობელობას და სიზუსტეს. ანარეკლები. თანამედროვეში ავტომატური დიფრაქტომეტრები აღჭურვილია ბრუნვის 4 ღერძით (3 ნიმუშისთვის და 1 დეტექტორისთვის), რაც შესაძლებელს ხდის სხვადასხვა გეომეტრიის დიფრაქციული აღრიცხვის მეთოდების დანერგვას. ანარეკლები. ასეთი მოწყობილობა უნივერსალურია, მას აკონტროლებს კომპიუტერი და სპეციალურად შემუშავებული ალგორითმები და პროგრამები. კომპიუტერის არსებობა საშუალებას გაძლევთ შემოიტანოთ უკუკავშირი, თითოეული დიფრაქციის გაზომვების ოპტიმიზაცია. ანარეკლები და, შესაბამისად, ბუნები. მთელი დიფრაქციის დაგეგმვის გზა. ექსპერიმენტი. ინტენსივობის გაზომვები ხდება სტრუქტურული პრობლემის გადასაჭრელად საჭირო სტატისტიკით. სიზუსტე. თუმცა, ინტენსივობის გაზომვის სიზუსტის გაზრდა სიდიდის ბრძანებით მოითხოვს გაზომვის დროის გაზრდას სიდიდის ორი რიგით. ტესტის ნიმუშის ხარისხი აწესებს შეზღუდვას გაზომვების სიზუსტეზე. ცილის კრისტალებისთვის (იხ. ქვემოთ), ექსპერიმენტის დრო მცირდება ორგანზომილებიანი დეტექტორების გამოყენებით, რომლებშიც მრავალი გაზომვა ხორციელდება პარალელურად. ათობით დიფრაქცია ანარეკლები. ამ შემთხვევაში იკარგება განყოფილების დონეზე გაზომვების ოპტიმიზაციის შესაძლებლობა. რეფლექსი.

პოლიკრისტალების კვლევის მეთოდი (Debye-Scherrer მეთოდი). რ-ისთვის. ა. კრისტალური ფხვნილები, კერამიკა მასალები და სხვა პოლიკრისტალური. ობიექტები, რომლებიც შედგება დიდი რაოდენობით პატარა, შემთხვევით ორიენტირებული ერთმანეთთან შედარებით ერთკრისტალებისგან, გამოიყენება მონოქრომატული. რენტგენი რადიაცია. რენტგენი პოლიკრისტალურიდან. ნიმუში (დე-ბაიოგრამა) არის კონცენტრული მდიდარი კრებული. რგოლები, რომელთაგან თითოეული შედგება დიფრაქციისგან. ანარეკლები განსხვავებულებიდან. სხვადასხვა მარცვლებზე ორიენტირებული კრისტალოგრაფიული სისტემები. თვითმფრინავები გარკვეული პლანთაშორისი მანძილით დ. ნაკრები დდა მათი შესაბამისი დიფრაქციის ინტენსივობა. ანარეკლები ინდივიდუალურია თითოეული კრისტალისთვის. ნივთიერებები. Debye-Scherrer მეთოდი გამოიყენება ნაერთების იდენტიფიკაციისა და პოლიკრისტალური ნარევების ანალიზში. ნივთიერებები ხარისხის მიხედვით. და რაოდენობები. ფაზების ნარევის კომპონენტების შემადგენლობა. ინტენსივობების განაწილების ანალიზი Debye რგოლებში შესაძლებელს ხდის შეფასდეს მარცვლების ზომები, დაძაბულობის არსებობა და უპირატესი ორიენტაციები (ტექსტურა) მარცვლების განლაგებაში (იხ. მასალების რენტგენოგრაფია, Debye - Scherrera მეთოდი).

1980-90-იან წლებში. რ-ში. ა. დაიწყო ბროლის ატომური სტრუქტურის გარკვევის მეთოდის გამოყენება. ნივთიერებები დიფრაქციით. მონაცემები პოლიკრისტალურიდან. X.M. Rietveld (N.M. Rietveld) მიერ შემოთავაზებული მასალები ნეიტრონების დიფრაქციისთვის. კვლევა. Rptveld მეთოდი (სრული პროფილის ანალიზის მეთოდი) გამოიყენება, როდესაც ცნობილია შესწავლილი ნაერთის სავარაუდო სტრუქტურული მოდელი, შედეგების სიზუსტით, მას შეუძლია კონკურენცია გაუწიოს რენტგენის დიფრაქციულ მეთოდებს ერთკრისტალების შესასწავლად.

ამორფული მასალების და ნაწილობრივ მოწესრიგებული ობიექტების შესწავლა. რაც უფრო დაბალია ანალიზის ატომური სტრუქტურის მოწესრიგების ხარისხი, მით უფრო ბუნდოვანი, დიფუზური ხასიათი აქვს მის მიერ მიმოფანტული რენტგენი. რადიაცია. თუმცა დიფრაქცია თუნდაც ამორფული ობიექტების შესწავლა შესაძლებელს ხდის ინფორმაციის მოპოვებას მათი სტრუქტურის შესახებ. ამგვარად, დიფუზური რგოლის დიამეტრი რენტგენის ნიმუშში ამორფული ნივთიერებიდან (ნახ. 3) საშუალებას გვაძლევს შევაფასოთ საშ. მასში ატომთაშორისი მანძილი. ობიექტების სტრუქტურაში მოწესრიგების ხარისხის ზრდით, დიფრაქცია. სურათი უფრო რთული ხდება (ნახ. 4) და შესაბამისად შეიცავს უფრო მეტ სტრუქტურულ ინფორმაციას.

ბრინჯი. 3. ამორფული ნივთიერების - ცელულოზის აცეტატის რენტგენის ნიმუში.

ბრინჯი. 4. ბიოლოგიური ობიექტების რენტგენოგრაფია: ა - თმა; ბ - დნმ-ის ნატრიუმის მარილი სველ მდგომარეობაში; გ - დნმ ნატრიუმის მარილის ტექსტურები.

მცირე კუთხით გაფანტვის მეთოდი. იმ შემთხვევაში, როდესაც კვლევის ობიექტში არაჰომოგენურობის ზომები აღემატება ატომთაშორის დისტანციებს და მერყეობს 0,5-1-დან 10 3 ნმ-მდე, ანუ ბევრჯერ აღემატება გამოყენებული გამოსხივების ტალღის სიგრძეს, მიმოფანტული რენტგენი. რადიაცია კონცენტრირებულია პირველადი სხივის მახლობლად - მცირე გაფანტვის კუთხეების მიდამოში. ინტენსივობის განაწილება ამ რეგიონში ასახავს შესწავლილი ობიექტის სტრუქტურულ თავისებურებებს. ობიექტის სტრუქტურისა და არაჰომოგენურობის ზომის მიხედვით, რენტგენის ინტენსივობა. გაფანტვა იზომება კუთხით წუთში წილადებიდან რამდენიმემდე. გრადუსი.

დაბალი კუთხე გაფანტვა გამოიყენება ფოროვანი და წვრილი მასალების, შენადნობების და ბიოლის შესასწავლად. ობიექტები. ხსნარებში ცილის მოლეკულებისა და ნუკლეინის მჟავებისთვის, მეთოდი საშუალებას იძლევა, დაბალი გარჩევადობით, განსაზღვროს ინდივიდუალური მოლეკულის ფორმა და ზომა, ამბობენ ისინი. მასა, ვირუსებში - მათი შემადგენელი კომპონენტების (ცილები, ნუკლეინის მჟავები, ლიპიდები) ურთიერთდაწყობის ბუნება, სინთეზურში. პოლიმერები - პოლიმერული ჯაჭვების შეფუთვა, ფხვნილებში და სორბენტებში - ნაწილაკების და ფორების განაწილება ზომის მიხედვით, შენადნობებში - ახალი ფაზების გარეგნობის დასაფიქსირებლად და ამ ჩანართების ზომის დასადგენად, ტექსტურებში (კერძოდ, თხევად კრისტალებში) - ნაწილაკების (მოლეკულების) შეფუთვა სხვადასხვა სახის სუპრამოლეკულურ სტრუქტურებში. დაბალი კუთხის მეთოდი ეფექტური აღმოჩნდა. გაფანტვა და ლანგმუირის ფილმების სტრუქტურის შესასწავლად. იგი ასევე გამოიყენება ინდუსტრიაში კატალიზატორების, წვრილი ნახშირის და ა.შ. წარმოების პროცესების გასაკონტროლებლად.

კრისტალების ატომური სტრუქტურის ანალიზი

კრისტალების ატომური სტრუქტურის განსაზღვრა მოიცავს: ერთეული უჯრედის ფორმისა და ზომების დადგენას, კრისტალის სიმეტრიას (მისი კუთვნილება ფედოროვის 230 ჯგუფიდან ერთ-ერთს) და სტრუქტურის ძირითადი ატომების კოორდინატებს. ზუსტი სტრუქტურული კვლევები იძლევა დამატებით მოპოვების საშუალებას. ატომების თერმული მოძრაობის მახასიათებლები კრისტალში და მასში ვალენტური ელექტრონების სივრცითი განაწილება. ლაუეს და ნიმუშის რხევის მეთოდები განსაზღვრავს კრისტალის მეტრიკას. ბადეები. შემდგომი ანალიზისთვის აუცილებელია ყველა შესაძლო დიფრაქციის ინტენსივობის გაზომვა. ანარეკლები ტესტის ნიმუშიდან მოცემული ლ. ექსპერიმენტების პირველადი დამუშავება. მონაცემები ითვალისწინებს დიფრაქციის გეომეტრიას. ექსპერიმენტი, ნიმუშში რადიაციის შთანთქმა და ნიმუშთან რადიაციის ურთიერთქმედების სხვა უფრო დახვეწილი ეფექტები.

ბროლის სამგანზომილებიანი პერიოდულობა საშუალებას იძლევა გააფართოვოს მისი ელექტრონის განაწილება სივრცეში ფურიეს სერიაში:

სად ვ- ბროლის ერთეული უჯრედის მოცულობა, ფხკლ- ფურიეს კოეფიციენტები, რომლებიც რ.ს. ა. დაურეკა სტრუქტურული ამპლიტუდები. თითოეული სტრუქტურული ამპლიტუდა ხასიათდება მთელი რიცხვებით თ, კ, ლ- კრისტალოგრაფიული. ინდექსები (1)-ის შესაბამისად და ცალსახად შეესაბამება ერთ დიფრაქციას. ანარეკლი. გაფართოება (2) ფიზიკურად რეალიზდება დიფრაქციაში. ექსპერიმენტი.

მთავარი სტრუქტურული კვლევის სირთულე მდგომარეობს იმაში, რომ ჩვეულებრივი დიფრაქცია. ექსპერიმენტი შესაძლებელს ხდის დიფრაქციის ინტენსივობის გაზომვას. ჩალიჩები მე ჰკლმაგრამ არ იძლევა მათი ფაზების დაფიქსირების საშუალებას. მოზაიკის კრისტალისთვის კინემატიკაში მიდგომა . ექსპერიმენტების ანალიზი. მასივი, ასახვის რეგულარული გადაშენების გათვალისწინებით, შესაძლებელს ხდის ცალსახად დადგინდეს მისი კუთვნილება 122 რენტგენიდან ერთ-ერთთან. სიმეტრიის ჯგუფები. ანომალიური გაფანტვის, დიფრაქციის არარსებობისას სურათი ყოველთვის ცენტროსიმეტრიულია. ფედოროვის სიმეტრიის ჯგუფის დასადგენად, დამოუკიდებლად უნდა გაირკვეს, აქვს თუ არა კრისტალს სიმეტრიის ცენტრი. ამ პრობლემის გადაჭრა შესაძლებელია რენტგენის გაფანტვის ანომალიური კომპონენტის ანალიზის საფუძველზე. სხივები. ამ უკანასკნელის არარსებობის შემთხვევაში აგებულია სტატისტიკური მრუდები. განაწილება მათ მნიშვნელობებზე, ეს განაწილება განსხვავებულია ცენტროსიმეტრიული და აცენტრული კრისტალებისთვის. სიმეტრიის ცენტრის არარსებობა შეიძლება ცალსახად დადგინდეს ფიზიკური. ბროლის თვისებები (პიროელექტრული, ფეროელექტრული და ა.შ.).

მიმართების ფურიეს ტრანსფორმაცია (2) შესაძლებელს ხდის გამოთვლილი f-ly-ის მიღებას სიდიდეების გამოსათვლელად ფხკლ(ზოგად შემთხვევაში - კომპლექსური):

სად - ზე. რენტგენის გაფანტვის ფაქტორი ატომის გამოსხივება ჯჯ, x j, y j, z j- მისი კოორდინატები; შეჯამება მიდის ყველაფერზე ნელემენტარული უჯრედის ატომები.

სტრუქტურული კვლევის საპირისპირო პრობლემა წყდება შემდეგნაირად: თუ ცნობილია სტრუქტურის ატომური მოდელი, მაშინ სტრუქტურული ამპლიტუდების მოდულები და ფაზები და, შესაბამისად, დიფრაქციული ინტენსივობა გამოითვლება (3) გამოყენებით. ანარეკლები. დიფრაქცია ექსპერიმენტი შესაძლებელს ხდის ბევრის გაზომვას ასობით ამპლიტუდა, რომლებიც არ არის დაკავშირებული სიმეტრიით, რომელთაგან თითოეული განისაზღვრება (3) სტრუქტურის ძირითადი (სიმეტრიისგან დამოუკიდებელი) ატომების კოორდინატების სიმრავლით. ასეთი სტრუქტურული პარამეტრები მნიშვნელოვნად ნაკლებია, ვიდრე მოდულები, ამიტომ ამ უკანასკნელებს შორის უნდა არსებობდეს კავშირები. სტრუქტურული ანალიზის თეორიამ დაადგინა სხვადასხვა ტიპის კავშირები: უტოლობები, წრფივი უტოლობა, სტრუქტურული პროდუქტები და სტრუქტურული ამპლიტუდების შეერთების განმსაზღვრელი.

ნაიბის საფუძველზე, ეფექტური სტატისტიკა. განვითარებული კავშირები [ჯ. კარლე (J. Karle) და X. A. Hauptman (H. A. Hauptman), ნობელის პრემია, 1985] ე.წ. სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების განსაზღვრის პირდაპირი მეთოდები. თუ ავიღებთ სტრუქტურული ამპლიტუდების სამეულს დიდი მოდულებით, რომელთა ინდექსები დაკავშირებულია მარტივი მიმართებით. h 1 + h 2 + h 3 = 0, k 1 + k 2 + k 3 = 0, l 1 + l 2 + l 3 = 0, შემდეგ ნაიბი. ამ ამპლიტუდების ფაზების სავარაუდო ჯამი ნულის ტოლი იქნება:

თანასწორობის შესრულების ალბათობა უფრო მაღალია, მით მეტია განსაკუთრებულის პროდუქტი. ამ მიმართებაში შემავალი ნორმალიზებული სტრუქტურული ამპლიტუდების წესით. ატომების რაოდენობის მატებასთან ერთად ნბროლის ელემენტარულ უჯრედში მცირდება თანაფარდობის საიმედოობა. პრაქტიკაში ბევრად უფრო რთული სტატისტიკა გამოიყენება. ურთიერთობები და ამ ურთიერთობების შესრულების ალბათობის საკმაოდ მკაცრი შეფასებები. ამ კოეფიციენტებზე გამოთვლები ძალიან რთულია, ალგორითმები რთულია და ხორციელდება მხოლოდ მძლავრ თანამედროვე კომპიუტერებზე. კომპიუტერი. პირდაპირი მეთოდები იძლევა ფაზების პირველ სავარაუდო მნიშვნელობებს და მხოლოდ მაქსიმუმს. ძლიერია სტრუქტურული ამპლიტუდის ნორმალიზებულ მოდულებში.

სტრუქტურული კვლევების პრაქტიკისთვის მნიშვნელოვანია ავტომატური პროცედურები. სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების დახვეწა. უძლიერესი სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების სავარაუდო ნაკრების საფუძველზე და შესაბამისი ექსპერიმენტების მიხედვით. მოდულები, (2) მიხედვით, გამოითვლება კრისტალში ელექტრონის სიმკვრივის პირველი სავარაუდო განაწილება. შემდეგ იგი იცვლება ფიზიკური საფუძველზე. და კრისტალოქიმია. ინფორმაცია ამ განაწილების თვისებების შესახებ. მაგალითად, სივრცის ყველა წერტილში , ცვლილებების მიხედვით. განაწილება ფურიეს ინვერსიით, გამოითვლება დახვეწილი ფაზები და ექსპერიმენტთან ერთად. მნიშვნელობები გამოიყენება შემდეგი მიახლოების ასაგებად და ა.შ. საკმარისად ზუსტი მნიშვნელობების მიღების შემდეგ, (2) მიხედვით, აგებულია კრისტალში ელექტრონის სიმკვრივის სამგანზომილებიანი განაწილება. ეს არსებითად შესწავლილი სტრუქტურის გამოსახულებაა და მისი მოპოვების მთელი სირთულე გამოწვეულია რენტგენის სხივებისთვის კონვერგენტული ლინზების ნაკლებობით. რადიაცია.

მიღებული ატომური მოდელის სისწორე მოწმდება ექსპერიმენტების შედარებით. და სტრუქტურული ამპლიტუდების მოდულები გამოითვლება (3). რაოდენობა. ასეთი შედარების მახასიათებელია დივერგენციის ფაქტორი

ეს ფაქტორი საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ოპტიმალური საცდელი და შეცდომით. შედეგები. არაკრისტალურისთვის ობიექტები ის პრაქტიკულად ერთობებია. დიფრაქციული ინტერპრეტაციის მეთოდი. ნახატები.

სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების განსაზღვრა პირდაპირი მეთოდებით უფრო რთული ხდება კრისტალის ერთეულ უჯრედში ატომების რაოდენობის მატებასთან ერთად. ფსევდოსიმეტრია და მისი სტრუქტურის ზოგიერთი სხვა თავისებურება ასევე ზღუდავს პირდაპირი მეთოდების შესაძლებლობებს.

კიდევ ერთი მიდგომა რენტგენის სხივებისგან კრისტალების ატომური სტრუქტურის დასადგენად. დიფრაქცია მონაცემები შემოგვთავაზა A.L. Paterson-მა. სტრუქტურის ატომური მოდელი ეფუძნება ატომთაშორის ვექტორების ფუნქციის ანალიზს P(u,v,w)(პატერსონის f-tion), რომელიც გამოითვლება ექსპერიმენტიდან. ღირებულებები. ამ ფუნქციის მნიშვნელობა შეიძლება აიხსნას მისი გეომის სქემის გამოყენებით. მშენებლობა. ატომური სტრუქტურა, რომელიც შეიცავს ერთეულ უჯრედს ნატომებს, ჩვენ მას პარალელურად ვათავსებთ ისე, რომ პირველი ატომი სათავეში იყოს. თუ სტრუქტურის ყველა ატომის ატომურ წონას გავამრავლებთ პირველი ატომის ატომური წონის მნიშვნელობაზე, მაშინ მივიღებთ პირველის წონებს. ნმწვერვალები f-tsii ინტერატომურ ვექტორებს. ეს არის ე.წ. სტრუქტურის სურათი პირველ ატომში. შემდეგ, კოორდინატების წარმოშობის დროს, ჩვენ ვათავსებთ ანალოგიურად აგებულ სტრუქტურის გამოსახულებას მეორე ატომში, შემდეგ მესამეში და ა.შ. ამ პროცედურის შემდეგ ყველა ნსტრუქტურის ატომებს ვიღებთ N 2პატერსონის ფუნქციის მწვერვალები (ნახ. 5). ვინაიდან ატომები არ არის წერტილები, შედეგად მიღებული ფუნქცია P(u,v,w) შეიცავს საკმაოდ ბუნდოვან და გადახურულ მწვერვალებს:

ბრინჯი. 5. სამი ატომისგან შემდგარი სტრუქტურისთვის ატომთაშორისი ვექტორების ფუნქციის აგების სქემა..

[ - მოცულობის ელემენტი წერტილის სიახლოვეს ( x, y, z)]. ინტერატომური ვექტორების ფუნქცია აგებულია ექსპერიმენტების მოდულების კვადრატებიდან. სტრუქტურული ამპლიტუდები და არის ელექტრონის სიმკვრივის განაწილების კონვოლუცია საკუთარ თავთან, მაგრამ საწყისი ინვერსიის შემდეგ.

ბრინჯი. 6. მინერალური ბაოტიტი Ba 4 Ti 4 (Ti, Nb) 4 O 16 Cl; ა - ატომთაშორისი ვექტორების ფუნქცია, პროექცია ab სიბრტყეზე, თანაბარი თვითნებური ინტერვალებით დახატულია ფუნქციის მნიშვნელობების თანაბარი დონის ხაზები; b - ელექტრონის სიმკვრივის განაწილების პროექცია ab სიბრტყეზე, მიღებული ატომთაშორისი ვექტორების ფუნქციის ინტერპრეტაციით და ატომური მოდელის დახვეწით, თანაბარი დონის ხაზების გასქელება შეესაბამება ატომების პოზიციებს სტრუქტურაში; c - სტრუქტურის ატომური მოდელის პროექცია ab სიბრტყეზე პაულინგის პოლიედრაში. Si ატომები განლაგებულია ჟანგბადის ატომების ტეტრაედრების შიგნით, Ti და Nb ატომები განლაგებულია ჟანგბადის ატომების რვაედრებში. ბაოტიტის სტრუქტურაში ტეტრაჰედრები და ოქტაედრები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული, როგორც ნაჩვენებია სურათზე. Ba და C1 ატომები ნაჩვენებია შავი და მსუბუქი წრეებით. ბროლის ელემენტარული უჯრედის ნაწილი, რომელიც ნაჩვენებია ფიგურებში a და b, შეესაბამება ფიგურას კვადრატში, რომელიც მონიშნულია წყვეტილი ხაზებით..

სირთულეები ინტერპრეტაციაში P(u,v,w) დაკავშირებულია იმასთან, რომ მათ შორის N 2ამ ფუნქციის მწვერვალები, აუცილებელია სტრუქტურის ერთი გამოსახულების მწვერვალების ამოცნობა. პატერსონის ფუნქციის მაქსიმუმები მნიშვნელოვნად ემთხვევა ერთმანეთს, რაც კიდევ უფრო ართულებს მის ანალიზს. ნაიბი. ადვილი გასაანალიზებელი შემთხვევაა, როდესაც შესწავლილი სტრუქტურა შედგება ერთი მძიმე ატომისგან და რამდენიმე. გაცილებით მსუბუქი ატომები. ამ შემთხვევაში, მძიმე ატომში სტრუქტურის გამოსახულება რელიეფურად გამოირჩევა დარჩენილი მწვერვალების ფონზე. P(u,v,w). შემუშავებულია არაერთი სისტემატური მეთოდი. ატომთაშორის ვექტორების ფუნქციების ანალიზი. ნაიბი. ეფექტურია სუპერპოზიციები. მეთოდები, როდესაც ორი ან მეტი ასლი P(u,v,w) inპარალელური პოზიციები ერთმანეთზეა გადანაწილებული შესაბამისი ოფსეტებით. ამავდროულად, მწვერვალები, რომლებიც ბუნებრივად ემთხვევა ყველა ეგზემპლარს, ხაზს უსვამს ერთ ან მეტს ნსტრუქტურის ორიგინალური სურათი. როგორც წესი, ერთიანებისთვის. სტრუქტურის გამოსახულებები უნდა გამოიყენოთ დამატება. ასლები P(u,v,w). პრობლემა ჩნდება ამ ასლების აუცილებელი ურთიერთგამომრიცხავი ოფსეტების პოვნაში. სუპერპოზიციაზე ლოკალიზაციის შემდეგ. სტრუქტურაში ატომების სავარაუდო განაწილების სინთეზი, ეს სინთეზი შეიძლება დაექვემდებაროს ფურიეს ინვერსიას და ა.შ. ის საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზები. ეს უკანასკნელი ექსპერიმენტთან ერთად. ღირებულებები გამოიყენება მშენებლობისთვის. ყველა სუპერპოზიციის პროცედურა. მეთოდები ალგორითმირებული და დანერგილი ავტომატურ რეჟიმში. რეჟიმი კომპიუტერზე. ნახ. 6 გვიჩვენებს ბროლის ატომურ სტრუქტურას, რომელიც დადგენილია სუპერპოზიციის მეთოდებით პატერსონის ფუნქციის მიხედვით.

მიმდინარეობს ექსპერიმენტების შემუშავება. სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების განსაზღვრის მეთოდები. ფიზ. ამ მეთოდების საფუძველია რენინგერის ეფექტი - მრავალსხივური რენტგენი. დიფრაქცია. თუ შესაძლებელია ამავე დროს რენტგენი დიფრაქცია ანარეკლები, მათ შორის ხდება ენერგიის გადაცემა, რაც დამოკიდებულია დიფრაქციის მონაცემებს შორის ფაზურ ურთიერთობებზე. ჩალიჩები. ინტენსივობის ცვლილებების მთელი ნიმუში შემოიფარგლება რკალით. წამში და მასობრივი სტრუქტურული კვლევებისთვის ეს ტექნიკა პრაქტიკულია. ღირებულება ჯერ არ შეიძინა.

დამოუკიდებელში. განყოფილება R. s. ა. გამოყოს კრისტალების ზუსტი სტრუქტურული კვლევები, რაც იძლევა დიფრაქციის მიღების საშუალებას. მოცემულია არა მხოლოდ შესასწავლი ნაერთების ატომური სტრუქტურის მოდელი, არამედ რაოდენობებიც. ატომების თერმული ვიბრაციების მახასიათებლები, მათ შორის ამ ვიბრაციების ანიზოტროპია (ნახ. 7) და მათი გადახრები ჰარმონიკებიდან. კანონი, ისევე როგორც ვალენტური ელექტრონების სივრცითი განაწილება კრისტალებში. ეს უკანასკნელი მნიშვნელოვანია ატომური სტრუქტურისა და ფიზიკური ურთიერთობის შესასწავლად. კრისტალების თვისებები. ზუსტი კვლევისთვის, სპეციალური ექსპერიმენტული მეთოდები. გაზომვები და დამუშავების დიფრაქცია. მონაცემები. ამ შემთხვევაში, ბუღალტრული აღრიცხვა საჭიროა ამავე დროს. ანარეკლები, გადახრები დიფრაქციის კინემატიკიდან, დინამიკის გათვალისწინებით. დიფრაქციის თეორიის შესწორებები და რადიაციის მატერიასთან ურთიერთქმედების სხვა დახვეწილი ეფექტები. სტრუქტურული პარამეტრების მითითებისას გამოიყენება სახელის მეთოდი. კვადრატებს და დახვეწილ პარამეტრებს შორის კორელაციას უდიდესი მნიშვნელობა აქვს.

ბრინჯი. ნახ. 7. სტაბილური აზოტის ძლიერი რადიკალი C 13 H 17 N 2 O 2 ატომების ანიზოტროპული თერმული ვიბრაციების ელიფსოიდები.

რ.ს. ა. გამოიყენება ატომურ სტრუქტურასა და ფიზიკურს შორის კავშირის დასამყარებლად. თვისებები, სუპერიონური გამტარები, ლაზერული და არაწრფივი ოპტიკური. მასალები, მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარები და სხვა. ა. მიიღო უნიკალური შედეგები მყარი და ბიოლში ფაზური გადასვლის მექანიზმების შესწავლისას. მაკრომოლეკულების აქტივობა. ამრიგად, აკუსტიკური შთანთქმის ანიზოტროპია. ტალღები პარატელურიტის ერთკრისტალებში დაკავშირებულია Te ატომების თერმული ვიბრაციების ანჰარმონიულობასთან (ნახ. 8) . ლითიუმის ტეტრაბორატის Li 2 B 4 O 7 ელასტიური თვისებები, ხსნის პერსპექტივას მისი გამოყენების როგორც აკუსტიკური დეტექტორისთვის. ტალღები, ქიმიური ნივთიერების ბუნების გამო. ბმულები ამასთან დაკავშირებით. რ-ის დახმარებით. ა. შეისწავლეთ ვალენტური ელექტრონების კრისტალში განაწილება, რომლებიც ახორციელებენ მასში ატომთაშორის კავშირებს. ამ ურთიერთობების შესწავლა შესაძლებელია დაძაბულობის განაწილების გამოყენებით. ელექტრონის სიმკვრივე, რაც განსხვავებაა

სადაც არის ელექტრონის სიმკვრივის განაწილება კრისტალში, არის მოცემული სტრუქტურის თავისუფალი (არა ქიმიურად შეკრული) ატომების სფერული სიმეტრიული სიმკვრივის ჯამი, რომლებიც განლაგებულია შესაბამისად კოორდინატებთან წერტილებში. x i, y i, z i. როდესაც დადგენილია რენტგენის საშუალებით. დიფრაქცია დეფორმაციის მონაცემები. ელექტრონის სიმკვრივე მაქს. ძნელია ატომების, არსებების თერმული ვიბრაციების გათვალისწინება. სურათი, რომელიც დაკავშირებულია ქიმიური ნივთიერებების ბუნებასთან და მიმართულებებთან. კავშირები. ასე რომ, დეფორმაცია. სიმკვრივე ასახავს სივრცეში ატომების ელექტრონული სიმკვრივის იმ ნაწილის გადანაწილებას, რომელიც უშუალოდ მონაწილეობს ქიმიური ნივთიერებების წარმოქმნაში. კავშირები (ნახ. 9).

ბრინჯი. ნახ. 8. თელურიუმის უახლოესი გარემო O ატომებით სტრუქტურაში (a) და Te ატომის ალბათობის სიმკვრივის განაწილების ანჰარმონიული კომპონენტი თერმული ვიბრაციების დროს სივრცეში მოცემულ წერტილში (b). თანაბარი დონის დადებითი (მყარი) და უარყოფითი (დაწყვეტილი) ხაზები გაყვანილია 0.02 -3-ზე..

ბრინჯი. ნახ. 9. Li 2 B 4 O 7 კრისტალის დეფორმაციის ელექტრონული სიმკვრივის სინთეზის ჯვარი კვეთა სამკუთხა ჯგუფის BO 3 O ატომებზე გამავალი სიბრტყით, რომლის ცენტრში არის B ატომი. სეგმენტებზე B - O მიუთითებს ამ ატომებს შორის ობლიგაციების კოვალენტურ ბუნებაზე. წყვეტილი ხაზები მიუთითებს იმ რეგიონებზე, საიდანაც ელექტრონის სიმკვრივე გადავიდა ქიმიურ ბმებზე. თანაბარი დონის ხაზები დახაზულია 0.2-ით .

ბრინჯი. 10. Sr ატომების მოწესრიგებული განლაგება ლანთანის პოზიციებზე Cu ატომების სტრუქტურაში

მაღალტემპერატურული ზეგამტარების სტრუქტურულმა კვლევებმა შესაძლებელი გახადა მათი ატომური სტრუქტურისა და მათ ფიზიკურთან კავშირის დადგენა. თვისებები. ნაჩვენებია, რომ ერთკრისტალებში გადადის ტემპერატურა ზეგამტარ მდგომარეობაში თ სდამოკიდებულია არა მხოლოდ Sr-ის რაოდენობაზე, არამედ იმაზე, თუ როგორ არის ის სტატისტიკური. განთავსება. Sr ატომების ერთგვაროვანი განაწილება სტრუქტურაში ოპტიმალურია ზეგამტარი თვისებებისთვის. Sr კონცენტრაცია დეფ. სტრუქტურის ფენები (ნახ. 10) იწვევს ამ ფენებში ჟანგბადის ნაწილის დაკარგვას და შემცირებას. თ ს. კრისტალებისთვის რ-ის გვერდის მეთოდები. ა. დადგინდა O ატომების განლაგების წესრიგი.ერთი კრისტალის ფარგლებში დადგინდა ადგილობრივი შედგენილობის უბნების არსებობა სიმეტრიაში რომბისებრი. თან წ ~ 90 K და რეგიონები არის [СuО 6 ]-ოქტაედრონებში. ჟანგბადის დეფიციტი გამოიხატება ჟანგბადის ერთი წვერის არარსებობით Cu პოლიჰედრებიდან ერთ-ერთში. პოზიციები, რომლებიც მთლიანად დაიკავეს La ატომებით, ნაჩვენებია შავი წრეებით. ღია წრეები არის ლანთანუმის პოზიციები, რომლებშიც კონცენტრირებულია და სტატისტიკურად განლაგებულია Sr-ის ყველა ატომი.

თან T c ~ 60 K. კრისტალებში ჟანგბადის ოდენობით 6,5 ატომზე ნაკლები ერთეულ უჯრედში, რომბის უბნებთან ერთად. ჩნდება ადგილობრივი კომპოზიციის სიმეტრიები, ადგილობრივი კომპოზიციის ტეტრაგონალური სიმეტრიის უბნები, რომლებიც არ გადადიან ზეგამტარ მდგომარეობაში.

ბრინჯი. 11. გუანილ-სპეციფიკური რიბონუკლეაზა C 2-ის მოლეკულის ატომური მოდელი, აგებული ამ ცილის ერთკრისტალების რენტგენის დიფრაქციული კვლევის საფუძველზე 1,55 გარჩევადობით.

ბევრის მოსაგვარებლად მყარი მდგომარეობის ფიზიკის, ქიმიის, მოლეკულური ბიოლოგიის და ა.შ. რენტგენის დიფრაქციული ანალიზისა და რეზონანსული მეთოდების (EPR, NMR და ა.შ.) ერთობლივი გამოყენება ძალზე ეფექტურია. ცილების ატომური სტრუქტურის კვლევისას, ნუკლეინური ტო-თ, ვირუსები და ა.შ. მოლეკულური ბიოლოგიის ობიექტები არსებობს სპეციფიკური. სირთულეები. მაკრომოლეკულები ან. უფრო დიდი ბიოლი. ობიექტები ჯერ მონოკრისტალურად უნდა იქნას მიღებული. ფორმა, რის შემდეგაც შესაძლებელია რ-ის ყველა მეთოდის გამოყენება მათ კვლევაში. ა., შემუშავებული კრისტალური შესასწავლად. ნივთიერებები. ცილის კრისტალების სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების პრობლემა მოგვარებულია იზომორფული ჩანაცვლების მეთოდით. შესწავლილი მშობლიური ცილის ერთკრისტალებთან ერთად მიიღება მისი წარმოებულების ერთკრისტალები მძიმე ატომური დანამატებით, რომლებიც იზომორფულია შესწავლილი ცილის კრისტალების მიმართ. სხვაობა პატერსონის ფუნქციები წარმოებულებისა და მშობლიური პროტეინისთვის შესაძლებელს ხდის მძიმე ატომების პოზიციების ლოკალიზაციას კრისტალის ერთეულ უჯრედში. ამ ატომების კოორდინატები და ცილის სტრუქტურული ამპლიტუდების მოდულების კომპლექტები და მისი მძიმე ატომური წარმოებულები გამოიყენება სპეციალურად. სტრუქტურული ამპლიტუდების ფაზების შეფასების ალგორითმები. ცილის კრისტალოგრაფიაში თანმიმდევრობით გამოიყენება მაკრომოლეკულების ატომური სტრუქტურის დადგენის ეტაპობრივი მეთოდები. გადასვლა დაბალიდან უფრო მაღალ გარჩევადობაზე (ნახ. 11). განვითარებული და განსაკუთრებული მაკრომოლეკულების ატომური სტრუქტურის რენტგენის საშუალებით დახვეწის მეთოდები. დიფრაქცია მონაცემები. გამოთვლების მოცულობა იმდენად დიდია, რომ მათი ეფექტურად განხორციელება შესაძლებელია მხოლოდ ყველაზე მძლავრ კომპიუტერებზე.

რ-ის კითხვები. ა., რომელიც დაკავშირებულია მყარი სხეულის რეალური სტრუქტურის შესწავლასთან დიფრაქციით. ხელოვნებაში განხილული მონაცემები. მასალების რენტგენოგრაფია.

ნათ.:ბელოვი ნ.ვ., სტრუქტურული კრისტალოგრაფია, მოსკოვი, 1951; B about to და y G. B., Poray-Koshits M. A., X-ray structural analysis, 2nd ed., Vol. 1, M., 1964; Lipson G., Kokren V., Determination of structure of crystals, trans. ინგლისურიდან, მ., 1956; Burger M., Structure of crystals and vector space, თარგმანი. ინგლისურიდან, მ., 1961; Gin'e A., კრისტალების რენტგენოგრაფია. თეორია და პრაქტიკა, ტრანს. ფრანგულიდან, მოსკოვი, 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; ბლანდელ ტ., ჯონსონ ლ., პროტეინის კრისტალოგრაფია, ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1979; ვაინშტეინი BK, კრისტალების სიმეტრია. სტრუქტურული კრისტალოგრაფიის მეთოდები, მ., 1979; ელექტრონი და მაგნიტიზაციის სიმკვრივეები მოლეკულებსა და კრისტალებში, რედ. by P. Becker, N. Y.-L., 1980; კრისტალოგრაფია და კრისტალური ქიმია, მ., 1986; კრისტალების სტრუქტურა და ფიზიკური თვისებები, ბარსელონა, 1991 წ. ვ.ი.სიმონოვი.

რენტგენის დიფრაქციის ანალიზში ძირითადად გამოიყენება სამი მეთოდი:
1.ლაუეს მეთოდი. ამ მეთოდით, უწყვეტი სპექტრის მქონე გამოსხივების სხივი ეცემა სტაციონარული ერთკრისტალზე. დიფრაქციის ნიმუში ჩაწერილია უძრავ ფოტოსურათზე.
2. ერთკრისტალური ბრუნვის მეთოდი. მონოქრომატული გამოსხივების სხივი ეცემა კრისტალზე, რომელიც ბრუნავს (ან რხევა) გარკვეული კრისტალოგრაფიული მიმართულებით. დიფრაქციის ნიმუში ჩაწერილია უძრავ ფოტოსურათზე. რიგ შემთხვევებში, ფილმი ბროლის ბრუნვით სინქრონულად მოძრაობს; ბრუნვის მეთოდის ამ ვარიაციას ეწოდება ფენიანი ხაზის გაწმენდის მეთოდი.
3. ფხვნილების ან პოლიკრისტალების მეთოდი (Debye-Scherrer-Hull მეთოდი). ეს მეთოდი იყენებს სხივების მონოქრომატულ სხივს. ნიმუში შედგება კრისტალური ფხვნილისგან ან არის პოლიკრისტალური აგრეგატი.

ასევე გამოიყენება კოსელის მეთოდი - სტაციონარული ერთკრისტალი ამოღებულია მონოქრომატული დამახასიათებელი გამოსხივების ფართოდ განსხვავებულ სხივში.

ლაუს მეთოდი.

ლაუს მეთოდი გამოიყენება კრისტალების ატომური სტრუქტურის შესწავლის პირველ ეტაპზე. იგი გამოიყენება ბროლისა და ლაუეს კლასის სინგონიის დასადგენად (ფრიდელის კრისტალების კლასი ინვერსიის ცენტრამდე). ფრიდელის კანონის თანახმად, არასოდეს არის შესაძლებელი ლაუგრამაზე სიმეტრიის ცენტრის არარსებობის დადგენა და, შესაბამისად, სიმეტრიის ცენტრის დამატება 32 კრისტალების კლასზე ამცირებს მათ რიცხვს 11-მდე. ლაუს მეთოდი ძირითადად გამოიყენება ერთკრისტალების შესასწავლად. ან მსხვილმარცვლოვანი ნიმუშები. ლაუს მეთოდით სტაციონარული ერთკრისტალი განათებულია უწყვეტი სპექტრის მქონე სხივების პარალელური სხივით. ნიმუში შეიძლება იყოს იზოლირებული კრისტალი ან საკმაოდ დიდი მარცვალი პოლიკრისტალურ აგრეგატში. დიფრაქციული ნიმუშის ფორმირება ხდება რადიაციის გაფანტვის დროს ტალღის სიგრძით l min \u003d l 0 \u003d 12.4 / U, სადაც U არის ძაბვა რენტგენის მილზე, l m-მდე - ტალღის სიგრძე, რომელიც იძლევა ინტენსივობას. არეკვლა (დიფრაქციული მაქსიმუმი) ფონს არანაკლებ 5%-ით აღემატება. lm დამოკიდებულია არა მხოლოდ პირველადი სხივის ინტენსივობაზე (ანოდის ატომური რაოდენობა, ძაბვა და დენი მილის მეშვეობით), არამედ რენტგენის სხივების შეწოვაზე ნიმუშსა და ფირის კასეტაში. სპექტრი l min - l m შეესაბამება ევალდის სფეროების ერთობლიობას, რადიუსით 1/ლ მ-დან 1/ლ წთ-მდე, რომლებიც ეხება შესასწავლი ბროლის 000 კვანძს და OR (ნახ. 1).

შემდეგ, ამ სფეროებს შორის მდებარე ყველა OR კვანძისთვის, დაკმაყოფილდება ლაუს პირობა (ტალღის გარკვეული სიგრძისთვის ინტერვალში (l m ¸ l min)) და, შესაბამისად, გამოჩნდება დიფრაქციული მაქსიმუმი - ასახვა ფილმზე. Laue მეთოდით გადაღებისთვის გამოიყენება RKSO კამერა (ნახ. 2).

აქ პირველადი რენტგენის სხივი ამოჭრილია დიაფრაგმით 1 ორი ხვრელით 0,5–1,0 მმ დიამეტრით. დიაფრაგმის დიაფრაგმის ზომა ისეა არჩეული, რომ პირველადი სხივის ჯვარი უფრო დიდი იყოს, ვიდრე შესასწავლი ბროლის ჯვარი. კრისტალი 2 დამონტაჟებულია გონიომეტრიულ თავზე 3, რომელიც შედგება ორი ურთიერთ პერპენდიკულარული რკალის სისტემისგან. ამ თავზე ბროლის დამჭერს შეუძლია გადაადგილება ამ რკალებთან შედარებით, ხოლო თავად გონიომეტრიული თავი შეიძლება შემობრუნდეს ნებისმიერი კუთხით პირველადი სხივის პერპენდიკულარული ღერძის გარშემო. გონიომეტრიული თავი შესაძლებელს ხდის ბროლის ორიენტაციის შეცვლას პირველადი სხივის მიმართ და ამ სხივის გასწვრივ ბროლის გარკვეული კრისტალოგრაფიული მიმართულების დაყენება. დიფრაქციის ნიმუში ჩაწერილია კასეტაში მოთავსებულ ფოტოფილმ 4-ზე, რომლის სიბრტყე პერპენდიკულარულია პირველადი სხივის მიმართ. ფილმის წინ კასეტაზე არის თხელი მავთული, რომელიც გაჭიმულია გონიომეტრიული თავის ღერძის პარალელურად. ამ მავთულის ჩრდილი შესაძლებელს ხდის ფილმის ორიენტაციის განსაზღვრას გონიომეტრიული თავის ღერძის მიმართ. თუ ნიმუში 2 მდებარეობს ფირის 4-ის წინ, მაშინ ამ გზით მიღებულ რენტგენის ნიმუშებს ეწოდება ლაუე შაბლონები. ბროლის წინ მდებარე ფოტოგრაფიულ ფილმზე დაფიქსირებულ დიფრაქციულ ნიმუშს ეპიგრამა ეწოდება. ლაუგრამებზე დიფრაქციული ლაქები განლაგებულია ზონალური მრუდების გასწვრივ (ელიფსები, პარაბოლები, ჰიპერბოლები, სწორი ხაზები). ეს მრუდები არის დიფრაქციული კონუსების სიბრტყეები და ეხება პირველად ლაქას. ეპიგრამებზე დიფრაქციული ლაქები განლაგებულია ჰიპერბოლების გასწვრივ, რომლებიც არ გადიან პირველად სხივს. ლაუს მეთოდში დიფრაქციული ნიმუშის მახასიათებლების გასათვალისწინებლად გამოიყენება გეომეტრიული ინტერპრეტაცია საპასუხო გისოსის გამოყენებით. ლაუგრამები და ეპიგრამები არის ბროლის ორმხრივი გისოსების ანარეკლი. ლაუეგრამის მიხედვით აგებული გნომონური პროექცია შესაძლებელს ხდის ვიმსჯელოთ ნორმათა ურთიერთგანლაგების შესახებ სივრცეში ამრეკლავ სიბრტყეებთან და წარმოდგენას მივიღოთ ბროლის ორმხრივი გისოსების სიმეტრიის შესახებ. Lauegram-ის ლაქების ფორმა გამოიყენება ბროლის სრულყოფილების ხარისხის შესაფასებლად. კარგი კრისტალი ნათელ ლაქებს იძლევა ლაუგრამაზე. კრისტალების სიმეტრია ლაუეგრამის მიხედვით განისაზღვრება ლაქების ურთიერთგანლაგებით (ატომური სიბრტყეების სიმეტრიული განლაგება უნდა შეესაბამებოდეს არეკლილი სხივების სიმეტრიულ განლაგებას).

ნახ.2

ნახ.3

ერთკრისტალური ბრუნვის მეთოდი.

ბრუნვის მეთოდი მთავარია კრისტალების ატომური სტრუქტურის განსაზღვრაში. ეს მეთოდი განსაზღვრავს ერთეული უჯრედის ზომას, ატომების ან მოლეკულების რაოდენობას უჯრედზე. კოსმოსური ჯგუფი გვხვდება ანარეკლების გადაშენებიდან (ზუსტად ინვერსიის ცენტრამდე). დიფრაქციული მწვერვალების ინტენსივობის გაზომვის მონაცემები გამოიყენება ატომური სტრუქტურის განსაზღვრასთან დაკავშირებულ გამოთვლებში.

ბრუნვის მეთოდით რენტგენის გამოსახულების მიღებისას კრისტალი ბრუნავს ან ირხევა გარკვეული კრისტალოგრაფიული მიმართულების ირგვლივ, როდესაც ის დასხივებულია მონოქრომატული ან დამახასიათებელი რენტგენის სხივებით. როტაციის მეთოდით გადაღების კამერის სქემა ნაჩვენებია ნახ.1-ზე.

პირველადი სხივი ამოჭრილია დიაფრაგმით 2 (ორი მრგვალი ხვრელით) და ეცემა კრისტალ 1-ზე. კრისტალი დამონტაჟებულია გონიომეტრიულ თავზე 3 ისე, რომ მისი ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მიმართულება (როგორიცაა, [010], ) იყოს ორიენტირებული ღერძის გასწვრივ. გონიომეტრიული თავის ბრუნვა. გონიომეტრიული თავი არის ორი ურთიერთ პერპენდიკულარული რკალის სისტემა, რომელიც საშუალებას გაძლევთ დააყენოთ ბროლი სასურველი კუთხით ბრუნვის ღერძთან და პირველადი რენტგენის სხივთან მიმართებაში. გონიომეტრიული თავი ნელ ბრუნვაში მოძრაობს გადაცემათა სისტემის მეშვეობით ძრავის გამოყენებით 4. დიფრაქციული ნიმუში ჩაწერილია ფოტოგრაფიულ ფილმზე 5, რომელიც მდებარეობს გარკვეული დიამეტრის (86,6 ან 57,3 მმ) კასეტის ცილინდრული ზედაპირის ღერძის გასწვრივ. გარე ჭრის არარსებობის შემთხვევაში, კრისტალები ორიენტირებულია ლაუეს მეთოდით; ამ მიზნით ბრტყელი ფირის მქონე კასეტა მოთავსებულია ბრუნვის პალატაში.

ბრუნვის რენტგენის შაბლონზე დიფრაქციის მაქსიმუმები განლაგებულია სწორი ხაზების გასწვრივ, რომელსაც ეწოდება ფენის ხაზები.

რენტგენოგრამაზე მაქსიმუმები განლაგებულია სიმეტრიულად ვერტიკალურ ხაზთან მიმართებაში, რომელიც გადის პირველად ლაქაზე (წერტილი ხაზი 2-ში). ბრუნვითი რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშები ხშირად აჩვენებს უწყვეტ ზოლებს, რომლებიც გადის დიფრაქციის მაქსიმუმებში. ამ ზოლების გამოჩენა განპირობებულია რენტგენის მილის გამოსხივებაში უწყვეტი სპექტრის არსებობით დამახასიათებელ სპექტრთან ერთად. როდესაც კრისტალი ბრუნავს მთავარი (ან მნიშვნელოვანი) კრისტალოგრაფიული მიმართულების გარშემო, მასთან დაკავშირებული ორმხრივი გისოსი ბრუნავს. როდესაც ორმხრივი გისოსების კვანძები კვეთენ გავრცელების სფეროს, წარმოიქმნება დიფრაქციული სხივები, რომლებიც განლაგებულია კონუსების გენერატრიქსის გასწვრივ, რომელთა ღერძები ემთხვევა ბროლის ბრუნვის ღერძს. საპირისპირო გისოსის ყველა კვანძი, რომლებიც იკვეთება გამრავლების სფეროს მიერ მისი ბრუნვის დროს, წარმოადგენს ეფექტურ რეგიონს, ე.ი. განსაზღვრეთ დიფრაქციული მაქსიმუმის ინდექსების რეგიონი, რომელიც წარმოიქმნება მოცემული კრისტალიდან მისი ბრუნვის დროს. ნივთიერების ატომური სტრუქტურის დასადგენად აუცილებელია ბრუნვის რენტგენის შაბლონების მითითება. ინდექსირება ჩვეულებრივ კეთდება გრაფიკულად ორმხრივი გისოსების გამოსახულებების გამოყენებით. ბრუნვის მეთოდი განსაზღვრავს კრისტალური მედის პერიოდებს, რომლებიც ლაუს მეთოდით განსაზღვრულ კუთხეებთან ერთად შესაძლებელს ხდის უჯრედის ერთეული მოცულობის პოვნას. ერთეული უჯრედის სიმკვრივის, ქიმიური შემადგენლობისა და მოცულობის შესახებ მონაცემების გამოყენებით აღმოჩენილია ერთეულ უჯრედში ატომების რაოდენობა.

ნახ.1

ნახ.2

ფხვნილების მეთოდი (პოლიკრისტალები).

ფხვნილის მეთოდი გამოიყენება პოლიკრისტალური ნივთიერებებისგან დიფრაქციის ნიმუშის მისაღებად ფხვნილის ან ბრტყელი მიკროსექციური ზედაპირის მქონე მასიური ნიმუშის (პოლიკრისტალის) სახით. როდესაც ნიმუშები განათებულია მონოქრომატული ან დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივებით, ჩნდება მკაფიო ინტერფერენციული ეფექტი კოაქსიალური Debye კონუსების სისტემის სახით, რომლის ღერძი არის პირველადი სხივი (ნახ. 1).
დიფრაქციული პირობები დაკმაყოფილებულია იმ კრისტალებისთვის, რომლებშიც (hkl) სიბრტყეები ქმნიან q კუთხეს შემთხვევის გამოსხივებასთან. დების კონუსების ფილმთან გადაკვეთის ხაზებს დებაის რგოლები ეწოდება. ფხვნილის მეთოდში ჩარევის ნიმუშის დასარეგისტრირებლად, გამოიყენება რამდენიმე მეთოდი ფილმის განლაგების მიზნით ნიმუშთან და პირველადი რენტგენის სხივთან მიმართებაში: სროლა ბრტყელ, ცილინდრულ და კონუსურ ფილმზე. რეგისტრაცია ასევე შეიძლება განხორციელდეს მრიცხველების გამოყენებით. ამ მიზნით გამოიყენება დიფრაქტომეტრი.

ჩარევის ნიმუშის რეგისტრაციის ფოტოგრაფიული მეთოდით, გამოიყენება რამდენიმე ტიპის გამოკითხვა:

1.
ბრტყელი ფილმი. ფილმის პოზიციონირების ორი გზა არსებობს: წინა და უკანა (უკუ) გადაღება. წინა გადაღებისას ნიმუში მოთავსებულია ფილმის წინ სხივების პირველადი სხივის მიმართულების მიმართ. ფილმზე დაფიქსირებულია მთელი რიგი კონცენტრული წრეები, რომლებიც შეესაბამება გადაკვეთას ჩარევის კონუსების ფირის სიბრტყესთან, გახსნის კუთხით q.< 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 . საპირისპირო სროლა გამოიყენება პერიოდების ზუსტი განსაზღვრისთვის და შიდა სტრესების გასაზომად.

2. ცილინდრული ფილმი.

ცილინდრის ღერძი, რომლის გასწვრივაც ფირი მდებარეობს, პირველადი სხივის პერპენდიკულარულია (ნახ. 2).

კუთხე q გამოითვლება 2 ლ ხაზებს შორის მანძილების გაზომვით, რომელიც შეესაბამება იმავე ჩარევის კონუსს, მიმართებების მიხედვით:

2ლ = 4qR; q = (ლ/ 2რ) (180 0/პ),

სადაც R არის ცილინდრული კასეტის რადიუსი, რომლის გასწვრივ იყო მოთავსებული ფილმი. ცილინდრულ კამერაში ფილმი შეიძლება განთავსდეს რამდენიმე გზით - ფირის ჩატვირთვის სიმეტრიული და ასიმეტრიული გზებით. სიმეტრიული დატენვის მეთოდით, ფილმის ბოლოები განლაგებულია დიაფრაგმის მახლობლად, რომლის მეშვეობითაც პირველადი სხივების სხივი შედის პალატაში. ამ სხივის კამერიდან გასასვლელად, ხვრელი კეთდება ფილმში. დამუხტვის ამ მეთოდის მინუსი არის ის, რომ ფოტო დამუშავებისას ფილმის სიგრძე მცირდება, რის შედეგადაც რენტგენის ნიმუშის გაანგარიშებისას არ უნდა გამოვიყენოთ R რადიუსის მნიშვნელობა, რომლის გასწვრივაც მდებარეობდა ფილმი. სროლა, მაგრამ გარკვეული მნიშვნელობა R eff. რ ეფ. განისაზღვრება საცნობარო ნივთიერების სროლით ცნობილი გისოსების პერიოდებით. სტანდარტის გახეხვის ცნობილი პერიოდის მიხედვით, თეორიულად განისაზღვრება არეკვლის კუთხეები q calc. , რომელთა მნიშვნელობებიდან, რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშიდან გაზომილ სიმეტრიულ ხაზებს შორის მანძილებთან ერთად, განსაზღვრავს R eff-ის მნიშვნელობას.

ფილმის ჩატვირთვის ასიმეტრიული მეთოდით, ფირის ბოლოები მოთავსებულია 90 0 კუთხით პირველადი სხივის მიმართ (ფილმში კეთდება ორი ხვრელი პირველადი სხივის სხივის შესასვლელად და გასასვლელად). ამ გზით, რ ეფ. განისაზღვრება სტანდარტის აღების გარეშე. ამისათვის გაზომეთ მანძილი A და B სიმეტრიულ ხაზებს შორის რენტგენოგრაფიაზე (ნახ. 3):

რ ეფ. \u003d (A + B) / 2p;

Debye კამერის ზოგადი ხედი დებიგრამების გადასაღებად ნაჩვენებია სურათზე 4.

კამერის ცილინდრული კორპუსი დამონტაჟებულია სადგამზე 3, რომელიც აღჭურვილია სამი კომპლექტის ხრახნით. ცილინდრის ღერძი ჰორიზონტალურია. ნიმუში (თხელი სვეტი) მოთავსებულია დამჭერ 1-ში, რომელიც ფიქსირდება კამერაში მაგნიტით. ნიმუშის ცენტრირება დამჭერში დაყენებისას ხორციელდება სპეციალური სამონტაჟო მიკროსკოპის ხედვის ველში დაბალი გადიდებით. ფოტოფილმი მოთავსებულია კორპუსის შიდა ზედაპირზე, დაჭერით სპეციალური სპაზერის რგოლებით, რომლებიც ფიქსირდება კამერის საფარის შიდა მხარეს 4. რენტგენის სხივი, რომელიც ნიმუშს რეცხავს, ​​შედის კამერაში კოლიმატორი 2-ის მეშვეობით. მას შემდეგ, რაც პირველადი სხივი ეცემა. უშუალოდ ნიმუშის უკან არსებულ ფილმზე, ფარავს რენტგენის შაბლონს, იგი ფილმისკენ მიმავალ გზაზე ხაფანგით ჩაჭრა. უხეში მარცვლოვანი ნიმუშის რენტგენის დიფრაქციულ ნიმუშზე რგოლების წერტილოვანობის აღმოსაფხვრელად, იგი ტრიალებს გადაღების დროს. ზოგიერთ კამერაში კოლიმატორი დამზადებულია ისე, რომ ტყვიის ან სპილენძის წრეების (ეკრანების) ჩასმით სპეციალურ ღარებში მის წინ და უკან, შეგიძლიათ ამოჭრათ მრგვალი ან მართკუთხა განივი კვეთის სხივების სხივი (მრგვალი და ჭრილი დიაფრაგმები). დიაფრაგმის დიაფრაგმის ზომები უნდა შეირჩეს ისე, რომ სხივების სხივმა გარეცხოს ნიმუში. როგორც წესი, კამერები მზადდება ისე, რომ მასში ფირის დიამეტრი არის 57,3 მმ-ის ჯერადი (ანუ 57,3; 86,0; 114,6 მმ). შემდეგ გამარტივებულია კუთხის q, deg-ის განსაზღვრის გაანგარიშების ფორმულა. მაგალითად, სტანდარტული Debye კამერისთვის, რომლის დიამეტრი 57,3 მმ, q i = 2l/2. სანამ ვულფ-ბრაგის ფორმულით ვადგენთ პლანთაშორისი მანძილების განსაზღვრას:

2 d sin q = n l ,

გასათვალისწინებელია, რომ ხაზების პოზიცია სვეტიდან რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშზე ოდნავ იცვლება ნიმუშის რადიუსიდან გამომდინარე. ფაქტია, რომ რენტგენის სხივების შთანთქმის გამო, დიფრაქციული ნიმუშის ფორმირებაში მონაწილეობს ნიმუშის თხელი ზედაპირის ფენა და არა მისი ცენტრი. ეს იწვევს ხაზების სიმეტრიული წყვილის ცვლას:

D r = r cos 2 q, სადაც r არის ნიმუშის რადიუსი.

შემდეგ: 2 ლ i = 2 ლ საზომი. ± D 2l - D r.

შესწორება D 2l, რომელიც დაკავშირებულია წყვილ ხაზებს შორის მანძილის ცვლილებასთან ფოტო დამუშავების დროს ფილმის შეკუმშვის გამო, ჩამოთვლილია საცნობარო წიგნებში და რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის სახელმძღვანელოებში. ფორმულის მიხედვით q i \u003d 57.3 (l / 2 R eff.). q i-ს განსაზღვრის შემდეგ მოიძებნება sinq i და მათგან დგინდება პლანთაშორისი მანძილი K a - გამოსხივებაში მიღებული ხაზებისთვის:

(დ/ნ) i = l K a / 2 sin q i K a .

დიფრაქციით მიღებული ხაზების გამოყოფა იმავე რადიაციული სიბრტყეებიდან l K b , გამოიყენება გაფილტრული დამახასიათებელი გამოსხივება ან ხდება ამ გზით გამოთვლა. იმიტომ რომ:

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, საიდანაც sinq a \u003d 1.09 sinq b.

Sinq სერიაში იპოვეთ მნიშვნელობები, რომლებიც შეესაბამება ყველაზე ინტენსიურ ასახვას. შემდეგი, არის ხაზი, რომლისთვისაც sinq უდრის გამოთვლილ მნიშვნელობას და მისი ინტენსივობა 5-7-ჯერ ნაკლებია. ეს ნიშნავს, რომ ეს ორი ხაზი გაჩნდა Ka და Kb სხივების არეკვლის გამო, შესაბამისად, იმავე მანძილის d/n სიბრტყეებიდან.

ბროლის გისოსების პერიოდების განსაზღვრა დაკავშირებულია გარკვეულ შეცდომებთან, რომლებიც დაკავშირებულია ვოლფ-ბრაგის კუთხის q არაზუსტ გაზომვებთან. პერიოდების განსაზღვრისას მაღალი სიზუსტე (შეცდომა 0,01-0,001%) მიიღწევა გადაღების სპეციალური მეთოდების გამოყენებით და რენტგენოგრაფიის გაზომვის შედეგების დამუშავებით, ე.წ. ზუსტი მეთოდებით. გისოსების პერიოდების განსაზღვრისას მაქსიმალური სიზუსტის მიღწევა შესაძლებელია შემდეგი მეთოდებით:

1. სიზუსტის რეგიონში არსებული კუთხეებიდან განსაზღვრული პლანთშორისი მანძილების მნიშვნელობების გამოყენებით;

2. ცდომილების შემცირება ზუსტი ექსპერიმენტული ტექნიკის გამოყენების შედეგად;

3. გრაფიკული ან ანალიტიკური ექსტრაპოლაციის მეთოდების გამოყენებით.

მინიმალური შეცდომა D d/d მიიღება q = 80¸ 83 0 კუთხით გაზომვისას. სამწუხაროდ, ყველა ნივთიერება არ იძლევა ხაზებს რენტგენზე ასეთი დიდი კუთხით. ამ შემთხვევაში, გაზომვისთვის გამოყენებული უნდა იყოს ხაზი ყველაზე დიდი შესაძლო კუთხით q. უჯრედის პარამეტრების განსაზღვრის სიზუსტის მატება ასევე დაკავშირებულია შემთხვევითი შეცდომების შემცირებასთან, რაც მხედველობაში მიიღება მხოლოდ საშუალოდ და სისტემატური შეცდომების გათვალისწინებით, რომელთა გათვალისწინება შესაძლებელია, თუ ცნობილია მათი წარმოშობის მიზეზები. . გისოსების პარამეტრების განსაზღვრისას სისტემატური შეცდომების აღრიცხვა მცირდება სისტემური შეცდომების დამოკიდებულების პოვნამდე ბრაგის კუთხეზე q , რაც იძლევა ექსტრაპოლაციის საშუალებას q = 90 0 კუთხეებზე, რომლის დროსაც შეცდომა ინტერპლანტაშორისი მანძილების განსაზღვრისას ხდება მცირე. შემთხვევითი შეცდომებია.