布魯克X射線部門 張振義

接著隨寫，這幾天在D8 VENTURE上做粉末的一些數據，就寫寫關于粉末的一些東西吧。粉末其實和單晶的實驗思路是相通的。

一、自動化XRD2 EVAL的使用

使用 D8 VENTURE/QUEST 采集少量樣品，以及低溫環境下的粉末 XRD 數據，已經成為日常工作中的常態。甚至很多時候，我們能得到非常好的數據用于結構精修。APEX6 的 XRD2 EVAL 在原有基礎（Integrate Debye Rings）上，新增了自動設計策略、數據收集功能，使這一功能更趨自動化、簡潔化。通常我們只需設置探測器距離、目標 2theta 范圍和曝光時間，就能獲得痕量樣品 —— 甚至幾個 μg 樣品的 XRD 數據。對于需低溫保溫的不穩定樣品，或需開展變溫相變研究的樣品，D8 VENTURE/QUEST 配置的低溫模塊可方便地支持實驗。

軟件操作如今十分簡單：打開 XRD2 EVAL，右側會自動彈出 XRD 采集實驗設計。

▲圖1  XRD2 EVAL界面

在 Setup 界面中，選擇 Scan 模式及對應的光源。與普通粉末 XRD 一致，Cu、Ga 靶通常能獲得更高的角度分辨率，而 Mo、Ag 靶的極限分辨率（d值）更優，且對強吸收樣品具有更好的穿透性。

在 Strategy 界面中，設置目標 2theta 范圍與探測器距離。常規單晶測試的距離（40 mm-50 mm）通常無法滿足粉末 XRD 的角度分辨率需求，根據測試幾何的基本原理，探測器距離需設置得更遠，通常在 100 mm 以上（D8 VENTURE/QUEST 的遠距離為 240 mm）。為提升樣品取向統計性，粉末 XRD 測試常選擇 Phi 360 模式（即旋轉一圈，只采集一張圖）；但若為純粉末樣品，則無需如此，Still 模式同樣能獲得質量好的 XRD 圖譜。

▲圖2 Still模式和Phi360 rotation 模式的結果差別

▲圖3 setup

軟件會根據距離與角度范圍自動設計粉末 XRD 測試方案，此時只需執行 “save”（保存）和 “collect”（采集）操作即可。軟件會自動收集、處理粉末數據，并將其拼接為大范圍的粉末 XRD 圖。

▲圖4 data collection

后續可通過各類選擇工具圈選區域并積分，從而獲得常規 XRD 數據。

▲圖 5 Integrate

▲圖6 XRD data

得到的 XRD 數據可保存為 Bruker 的 RAW 格式，用于 EVA 和 TOPAS 軟件繼續分析；也可在下方通過 “save” 功能保存為.XY 格式。當然，也可直接在 EVA 中導入 sfrm 衍射圖進行分析。

▲圖7 save data

質量好的粉末 XRD 圖譜應呈現均勻連續的 Debye 環，這樣才能保證積分強度的準確性 —— 不過這也與測試目的相關：若只用于物相分析，對強度的要求則無需過高。軟件操作本身并無難點，真正的挑戰在于制樣及細節把控。

二、制樣

若樣品本身為細粉末且質地緊密，常規上樣方式即可滿足需求（例如用真空脂將樣品粘在 loop 環上，直接對心）；若樣品松散，則需優化制樣方式，例如研究如何壓片、如何采用毛細管（石英玻璃或 Polyimide 材質）裝樣。

▲圖8 Polyimide毛細管制樣

三、調整光路

除制樣外，機器光路的調整有時也十分必要。室內單晶 X 射線衍射儀的微焦斑光源多采用聚焦光模式，且聚焦點位于樣品位置，這樣一來，出射光路在檢測器上會呈發散狀態，進而導致 XRD 衍射峰展寬。若需獲得高分辨率 XRD 峰，需降低入射光的發散度：D8 VENTURE/QUEST 配置了多種不同發散度的磁吸準直管，可實現快速切換。但需注意：降低發散度的同時，光強度會大幅下降，因此需相應延長曝光時間。可見，單晶測試與粉末測試的需求存在本質差異，需求不同，參數設計自然也不同。

▲圖9 發散度和XRD峰

四、總結

若掌握粉末測試的基本原理與重點需求，那么在單晶衍射儀上開展粉末測試便只是基礎操作。所有實驗的重點邏輯是相通的，無論使用何種儀器，基礎原理始終一致 —— 缺乏基礎，便難以做好實驗。對于操作本身，看起來很炫的操作，其實并沒有什么難度。

看似復雜的事，其實可變得簡單；但要把簡單的事做好，卻需要不斷豐富知識儲備，讓認知體系更完善。

-轉載于《布魯克X射線部門》公眾號