XRD測(cè)試如何檢測(cè)含量極低的物質(zhì)?
? ? ? ?XRD是表征物相的重要手段,嚴(yán)格的說,它能確定某物相存在,卻不能確定某物相不存在,即鑒真易鑒偽難。那么,它的檢出限是多少呢?
? ? ? ?首先,我們必須強(qiáng)調(diào)的是XRD屬于半定量測(cè)試方法,做含量分析非常不準(zhǔn),如果非要說檢出限是多少主要是由什么決定的,那就是由儀器的功率和管電流決定的,如果要表征元素的含量最好用化學(xué)方法測(cè)或者原子吸收來做。
另外,XRD的檢測(cè)限是不能簡(jiǎn)單的用%來表示的,這和被檢測(cè)物質(zhì)的分散度有很大關(guān)系,也就是結(jié)晶度,與物質(zhì)種類也有很大關(guān)系,樣品的質(zhì)量吸收系數(shù)大,檢出限會(huì)高很多。如果非要確定出一個(gè)檢出限,一般說是5%左右。但是,不同的物相,對(duì)X射線的吸收不同,則檢出限會(huì)有較大出入。如單質(zhì)硅,一般在1%左右可以檢出,而另一些相,可能10%都難于檢出。
當(dāng)然。在樣品相同的情況下,使用較高的衍射功率,使用較長(zhǎng)的掃描時(shí)間效果會(huì)更好。不過,如果要延長(zhǎng)掃描時(shí)間,如果延長(zhǎng)一兩倍是見不到效果的。經(jīng)驗(yàn)表明,如果使用常規(guī)的掃描速度能看到某種存在的跡象,那么,再采用1度/min或更慢的速度來掃描,日本理學(xué)Smart-Lab9 設(shè)備一般2度/min就可以了。如果使用常規(guī)掃描速度根本都看不到痕跡,就沒有必要再費(fèi)力了。
進(jìn)行半定量分析確實(shí)是很不準(zhǔn)確,而且結(jié)果確實(shí)與晶粒大小相關(guān)。晶粒小的析出相,連檢出都困難,更別說做定量分析了。晶粒小的物相會(huì)使其RIR值增大,曾做過CeO2的RIR值,在不同的溫度下的產(chǎn)物,其RIR值相差10倍。
接下來,我們以兩個(gè)實(shí)例來說明:
實(shí)例一:一個(gè)金剛石樣品被銀污染了,用XRD測(cè)出的譜中出現(xiàn)了銀的峰,而且非常明顯,通過定量計(jì)算,發(fā)現(xiàn)樣品中存在0.04%wt的銀。為了進(jìn)一步證實(shí),用光譜分析,結(jié)果是0.038%wt的銀確實(shí)存在。
實(shí)驗(yàn)二:鋼材樣品中含有少量殘余奧氏體,經(jīng)拉伸斷裂后測(cè)量奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的情況,樣品中含有奧氏體和馬氏體兩相。拉伸前樣品中殘留的奧氏體約為2%(V),經(jīng)拉伸試驗(yàn)后,試樣中只留有0.2%~0.5%的奧氏體。按常規(guī)掃描速度(8°/min),掃描出來的圖譜中不能發(fā)現(xiàn)奧氏體峰的存在。后改用步進(jìn)掃描:步長(zhǎng)0.02°,計(jì)數(shù)時(shí)間1.5s。結(jié)果相當(dāng)好。
殘余奧氏體的計(jì)算結(jié)果:使用理學(xué)D/max 2500 衍射儀完全可以測(cè)量出含量小于1%的物相,但是,應(yīng)當(dāng)適當(dāng)延長(zhǎng)掃描時(shí)間,即應(yīng)使用較低的掃描速度,使用步進(jìn)掃描可以得到理想的結(jié)果。
總結(jié)一下
1、XRD到底有沒有檢出限?
通過上面的分析,我們不妨給檢出限加幾個(gè)定語(yǔ):一定的儀器(主要是功率大小和靶材種類)一定的實(shí)驗(yàn)條件,這主要是指掃描速度,另外,還有狹縫大小,一定的樣品。不同的物質(zhì)對(duì)X光的吸收能力存在很大的區(qū)別,微量相的分布狀態(tài),取向性和應(yīng)力等都會(huì)影響結(jié)果。
2、如何利用XRD檢測(cè)含量較低的物質(zhì)?
先用較快的速度進(jìn)行掃描,當(dāng)譜中出現(xiàn)一些似是而非的微量相峰的“影子”時(shí),改用慢速度掃描。據(jù)經(jīng)驗(yàn),如果用8度/min能看到某相的“影子”,用4度/min的速度沒有多少改觀。非得改用1度/min或更慢的速度才會(huì)有效果。
? ? ? ?還有一點(diǎn)經(jīng)常被忽略的,就是樣品的大小。特別是塊體樣品,應(yīng)當(dāng)使樣品盡可能填滿樣品框,以增加照射體積,其作用相當(dāng)于延長(zhǎng)掃描時(shí)間。能做成粉體的樣品,盡可能做成粉體,并盡可能壓實(shí)。
總結(jié)
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