干货丨如何获得高质量粉末衍射数据！

《X射线多晶衍射数据RIETVELD精修及GSAS软件入门》

本文作者为物理所董成老师

这个问题没有一个简单的答案，我这里说的高质量衍射数据，当然要符合以下几个最基本的要求：

1. 衍射角度足够准确

没有大的系统误差（如零点偏移，样品偏心等），这就要求衍射仪用标样仔细校准。衍射角准确到0.01度左右。

2. 衍射强度足够高

强的衍射峰计数要达到上万或数万。因为衍射仪探测器的计数误差量级是计数N的0.5次方，如果计数只有100，那光考虑探测器的统计误差就有10%了。要到达这样的要求，在普通衍射仪上就必须采用很慢的扫描速度，或用步进扫描。

有时候，高角度的衍射峰太弱，可以考虑分段扫描，即在高角度采用比低角度更慢的扫描速度。 

3. 分辨率足够好

简单说就是要保证衍射峰的宽度尽量窄，尽可能地减少重叠衍射峰的数量。要得到分辨率的衍射数据，其实并不容易。其中除了仪器的因素，和样品本身的结晶性能也有很大关系。样品本身结晶度好，晶粒比较均匀完整，也没有明显的应变，得到的衍射峰会较窄，分辨率就高。

很多有机物结晶性不好，而且实际的晶粒尺寸很小；再加上有机样品都比较“软”，研磨时会造成比较大的应变。因为晶粒尺寸小和应力因素造成的衍射峰展宽占了主导地位。因此，用再好的仪器测试也很难得到高分辨率的数据。这也是很多有机物不好用粉末衍射方法测定晶体结构的主要原因之一。

很多时候，样品衍射峰宽化主要由于晶粒太细和可能存在较大的应力应变有关。过筛得到的颗粒，每个颗粒经常不是一个完整的“单晶体”晶粒，而是由很多更为细小的“晶粒”堆积而成的。实际晶粒尺寸很可能比你的颗粒小得多。

总之，要提高分辨率，除了考虑衍射仪的设置（如减小入射和接受狭缝宽度），还要设法保持样品的晶粒完整性。因此，不要过分用力研磨样品，造成晶粒不必要的细化和应变。

另外，为了减少择优取向，也不要使劲压样品表面，摊平即可。

相关问答

样品占一小半的原因，装备占一多半原因。因此，对《如何获得高质量的粉末衍射数据》的“通解”应该是使用同步辐射的实验装置。

同步辐射也不是万应灵丹。样品本身的结晶性不好，微晶颗粒太细或有太大应力，在什么设备上都不易得到高分辨的数据。我这里恰恰强调的仪器和样品两个都要考虑。普通衍射仪上做Si的衍射峰很明锐，但其它样品经常会出现衍射峰的宽化。在同步辐射上也是一样。说个极端的例子，你用非晶态的样品在同步辐射上也不会看到明锐的衍射峰。

若样本是多肽能否检测出其二级结构，请问难做么？

随着多肽中可以只有旋转的单键数目增加，分析起来的难度会越来越大。

最近计划做一个原位XRD实验，样品是NiMn基形状记忆合金，该类形状记忆合金在有应力加载的条件下，会发生马氏体相变，但是一般而言这种马氏体转变是不完全的，本想利用Rietveld法分析在加载过程中，样品中奥氏体与马氏体的量的变化，可以后来发现Rietveld法分析是粉末样，而我的是定向凝固出来的块体，不知道Rietveld法行不行，如果不行的话，还有其他的基于XRD的定量分析法分析奥氏体与马氏体的含量吗？

建议是先做了衍射实验数据再看，因为至少从原理上说X射线衍射是一个很重要的物相含量分析手段，不做实验谁也不好说你的定向凝固样品就能或不能分析。 我也不知道除了X射线衍射（或电镜）还有哪些另外的定量测定两相含量的方法。