Question

X射线衍射分析的粉末样品时的要求是什么?

X射线衍射分析的粉末样品时的要求是什么?

Answer 1

1. 粉末样品的制备
虽然很多固体样品本身已处于微晶状态，但通常却是较粗糙的粉末颗粒或是较大的集结块，更多数的固体样品则是具有或大或小晶粒的结晶织构或者是可以辨认出外形的粗晶粒，因此实验时一般需要先加工成合用的细粉末。因为大多数固体颗粒是易碎的，所以最常用的方法是研磨和过筛，只有当样品是十分细的粉末，手摸无颗粒感，才可以认为晶粒的大小已符合要求。持续的在研钵或在球磨中研磨至<360 目的粉末，可以有效的得到足够细的颗粒。制备粉末需根据不同的具体情况采用不同的方法。对于一些软而不便研磨的物质（无机物或者有机物），可以用干冰或液态空气冷却至低温，使之变脆，然后进行研磨。若样品是一些具有不同硬度和晶癖的物质的混合物，研磨时较软或易于解理的部分容易被粉化而包裹较硬部分的颗粒，因此需要不断过筛，分出已粉化的部分，最后把全部粉末充分混合后再制作实验用的试样。样品中不同组分在各粒度级分中可能有不同的含量，因此对多相样品不能只筛取最细的部分来制样（除非是进行分级研究）。如果样品是块状而且是由高度无序取向的微晶颗粒组成的话，例如某些岩石、金属以及蜡和皂类样品，在粉末照相法中可以直接使用，在衍射仪中也可以直接使用，不过需加工出一个平面。金属和合金样品常可碾压成平板使用，但是在这种冷加工过程中常会引起择优取向，需要考虑适当的退火处理。退火的时间和温度，以仅发生复原过程为原则。过高的退火温度有可能导致重结晶过程的发生，某些挥发性组分的损失以及其它的物理化学的变化。岩石以及金属或合金块内常常可能存在织构，为了结果的可靠，还是应该磨成粉末或锉成细屑。锉制金属细屑可以用细的整形锉刀，锉刀要清洁，锉时锉程要小，力量要轻，避免样品发热，制得的锉屑还应考虑退火处理以消除锉削过程冷加工带来的点阵应力。
样品粉末的制备方法还可以根据样品的物理化学性质来设计，例如NaCl 粉末可以利用酒精使NaCl 从它的饱和溶液中析出的办法制得，由此得到的样品衍射分析效果极佳。
一些样品本身的性质会影响衍射的图谱，工作时亦应予以注意。例如，有些软的晶态物质经长时间研磨后会造成点阵的某些破坏，导致衍射峰的宽化，此时可采用退火处理；有的样品在空气中不稳定，易发生物理化学变化（例如易潮解、风化、氧化、挥发等），则需有专门的制样器具和必要的保护、预防措施；对于一些各向异性的晶粒，采用混入各向同性物质的方法，同时还可进行内标。

2. 制作粉末衍射仪试片的技巧
粉末衍射仪要求样品试片具有一个十分平整的平面，而且对平面中的晶粒的取向常常要求是完全无序的，不存在择优取向（在粘土分析中有时又要求制作定向的试片）。 制作合乎要求的衍射仪试片常用的方法。
通常很细的样品粉末（手摸无颗粒感），如无显著的各相异性且在空气中又稳定，则可以用“压片法”来制作试片。先把衍射仪所附的制样框用胶纸固定在平滑的玻璃片上（如镜面玻璃，显微镜载玻片等），然后把样品粉末尽可能均匀地洒入（最好是用细筛子—360 目筛入）制样框的窗口中，再用小抹刀的刀口轻轻剁紧，使粉末在窗孔内摊匀堆好，然后用小抹刀把粉末轻轻压紧，最后用保险刀片（或载玻片的断口）把多余凸出的粉末削去，然后，小心地把制样框从玻璃平面上拿起，便能得到一个很平的样品粉末的平面。此法所需样品粉末量较多，约需0.4cm3。
“涂片法”所需的样品量最少。把粉末撒在一片大小约 25×35×1mm3 的显微镜载片上（撒粉的位置要相当于制样框窗孔位置），然后加上足够量的丙酮或酒精（假如样品在其中不溶解），使粉末成为薄层浆液状，均匀地涂布开来，粉末的量只需能够形成一个单颗粒层的厚度就可以，待丙酮蒸发后，粉末粘附在玻璃片上，可供衍射仪使用，若样品试片需要永久保存，可滴上一滴稀的胶粘剂。
上述两种方法很简便，最常用，但仍很难避免在样品平面中晶粒会有某种程度的择优取向。
制备几乎无择优取向样品试片的专门方法：
喷雾法。把粉末筛到一只玻璃烧杯里，待杯底盖满一薄层粉末后，把塑料胶喷成雾珠落在粉末上，这样，塑料雾珠便会把粉末颗粒敛集成微细的团粒，待干燥后，把这些细团粒自烧杯扫出，分离出细于115 目的团粒用于制作试片，试片的制作类似上述的涂片法，把制得的细团粒撒在一张涂有胶粘剂的载片上，待胶干后，倾去多余的颗粒。用喷雾法制得的粉末细团粒也可以用常规的压片法制成试片。或者直接把样品粉末喷落在倾斜放置的涂了胶粘剂的载片上，得到的试片也能大大地克服择优取向，粉末取向的无序度要比常规的涂片法好得多。 塑合法。把样品粉末和可溶性硬塑料混合，用适当的溶剂溶解后，使其干固，然后再磨碎成粉。所得粉末可按常规的压片法或涂片法制成试片。
无择优取向粘土试片的制作方法，可参考C.S.Huthison，1974《Laboratory Handbook of Petrographic Techniques》P226，上面介绍了四种重现性较好的方法。I.Bajwa 和D.Jenkins 的压滤法（Clay Minerals，1978，13，127）效果很好，省时、快捷，制备一个样品通常只需五分钟，但需用一个特制的压滤器。上述这些方法也可参考用于制作其它具有强烈择优取向物质的试片。