РЕНТГЕНОАНАЛИЗ КРИСТАЛЛОВ

РЕНТГЕНОАНАЛИЗ КРИСТАЛЛОВ – исследование кристаллов с помощью рентгеновского излучения.

Кристаллы являются дифракционной решеткой для рентгеновских лучей, поэтому рентгеновское излучение, попадая на кристалл, отражается под определенным дифракционным углом. Излучение может иметь одну длину волны (монохроматическое излучение) или спектр длин (полихроматическое или белое излучение). Угол дифракции и длина волны излучения связаны постоянным соотношением (уравнение Вульфа-Брэгга) (см. РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ). В это соотношение входит и расстояние между атомными плоскостями. Таким образом, расстояние между атомными плоскостями и, в общем случае, расположение атомов в кристалле можно определить, измеряя дифракционные углы. Для образцов, состоящих из одного кристалла (монокристаллы) и из большого количества кристаллов (поликристаллы), разработаны различные методы анализа.

Рентгеноанализ монокристаллов.

При рентгеноанализе монокристаллов кристалл освещается пучком монохроматического излучения с одной длиной волны или полихроматического излучения со спектром длин волн. Во время съемки кристаллы могут быть неподвижными или движущимися (колебание, вращение).

Метод Лауэ.

В этом методе неподвижный монокристалл освещается пучком полихроматического (белого) рентгеновского излучения (рис.1), при этом каждая атомная плоскость, характеризующаяся своим специфическим расстоянием между атомными плоскостями (при постоянном угле падения рентгеновского излучения), отражает лучи определенной длины волны.

Рентгенограмма, снятая по методу Лауэ, называется лауэграммой. При съемке лауэграммы пучок рентгеновского излучения падает на кристалл и дифрагированное излучение дает на пленке, перпендикулярной первичному пучку, систему пятен, соответствующих отражениям лучей с различной длиной волны от различных плоскостей. Расположение пятен зависит от кристаллической структуры кристалла и его ориентировки по отношению к первичному пучку лучей.

Пятна на лауэграмме образуют эллипсы и гиперболы, проходящие через центр лауэграммы, такое расположение аналогично получаемому при падении луча видимого света на зеркало, расположенное под углом к лучу. Если поставить перпендикулярно падающему лучу экран, на который падает отраженный луч, и поворачивать зеркало относительно оси, лежащей в его плоскости, то луч отраженного света движется по конической поверхности и его пересечение с экраном даст эллипс или гиперболу. При съемке лауэграмм роль зеркала играют атомные плоскости, при этом отражения от атомных плоскостей одной зоны (так называются плоскости, проходящие через одну прямую), дает один эллипс или гиперболу.

По расположению эллипсов и пятен можно определить ориентировку атомных плоскостей относительно поверхности кристалла, для этого устанавливают образец в определенном положении относительно первичного пучка рентгеновских лучей (например, перпендикулярно), снимают лауэграмму и строят стереографическую проекцию кристалла (круг, внутри которого отмечены проекции нормалей к атомным плоскостям кристалла). Разработаны методы трансформации расположения пятен на лауэграмме, позволяющие определить углы между осью образца и основными кристаллографическими направлениями в кристалле, т.е. определить его ориентировку.

Аналогично рассчитывают лауэграмму, снятую в отраженных рентгеновских лучах – эпиграмму. На такой лауэграмме пятна располагаются по гиперболам. Симметрия в расположении пятен при съемке лауэграмм вдоль кристаллографического направления связана с симметрией расположения атомов.

В методе вращения кристалла съемка ведется в характеристическом рентгеновском излучении и кристалл вращается вокруг оси, перпендикулярной первичному пучку. Пленка располагается на цилиндрической поверхности, ось которой совпадает с осью вращения кристалла. Кристалл в рентгеновской камере устанавливается так, чтобы кристаллографическое направление с высокой плотностью расположения атомов совпадало с осью вращения. Вместо вращения образец можно поворачивать вокруг той же оси в возвратном режиме (метод качания) (рис.2).