دستگاه پراش اشعه ایکس چیست؟

پراش اشعه X برای مطالعه‌ی ساختار مواد بلوری استفاده می‌شود. ناحیه پرتو X در طیف الکترومغناطیس در محدوده‌ی بین پرتو و فرابنفش قرار دارد. با استفاده از این ناحیه ی طیفی می‌توان اطلاعاتی در خصوص ساختار، جنس ماده و نیز تعیین مقادیر عناصر به دست آورد. از این رو روش‌های پراش پرتو x در شیمی تجزیه کاربرد زیادی دارند. برای یک ماده خالص، الگوی پراش پرتو X، همانند اثر انگشت برای آن ماده است. تا کنون الگوی پراش بیش 75000 ترکیب معدنی و آلی جمع‌آوری شده است. با استفاده از این پایگاه داده و با کمک روش جستجو و تطبیق می‌توان ترکیب هر ماده را مشخص نمود.

شکل1: تصویر دستگاه پراش اشعه ایکس

کاربردهای پراش اشعه ایکس

پراش اشعه ایکس در مشخصه‌یابی ساختار بلوری مواد، از جمله در اندازه‌گیری میانگین فواصل بین لایه‌ها و سری‌های اتمی، تعیین موقعیت تک بلور یا دانه و ترکیب اتم‌ها...، بررسی ساختار کریستالی مواد ناشناخته، تعیین مشخصات ساختاری شامل پارامتر شبکه، اندازه و شکل دانه، در روش XRD با استفاده از رابطه‌ی شرر می‌توان در شرایط خاص اندازه بلورک‌ها را تعیین کرد.

هم چنین در تشخیص فازهای کریستالی و موقعیت آن ها و اندازه‌گیری ضخامت، فیلم های نازک و چند لایه استفاده می‌شود. اگرچه دستگاه پراش پرتو ایکس کاربردهای فراوانی دارد، مهم ترین کاربرد آن در تخمین اندازه بلورک‌ها در ساختارهای بلوری است که در اینجا به چگونگی آن اشاره می‌کنیم.

دستگاه پراش از یک دایره فلزی به نام دایره پراش تشکیل شده است که چشمه‌ی پدیدآورنده پرتو ایکس و آشکارساز روی محیط آن و نمونه مورد نظر در مرکز آن قرار دارند.

شکل2: تصویر دایره پراش

تخمین اندازه بلورک‌های کریستال توسط طرح پراش

از آن جا که طول موج پرتو X از مرتبه‌ی فواصل بین اتم‌ها (آنگستروم) در مواد بلوری می‌باشد، بنابراین این مواد برای این پرتو نقش توری را ایفا می‌کنند و منجر به طرح پراش در مواد می‌شود. در شکل زیر طور شماتیک پراش پرتو X از لایه‌های مختلف اتمی نشان داده شده است.

شکل 3: بازتاب پرتو X از لایه‌های مختلف اتمی و طرح پراش ایجاد شده

در مواد بزرگ اندازه ی زاویه به گونه ای که تداخل پرتوهای X پراکنده شده از دو صفحه‌ی بالایی اتمی، تداخلِ سازنده است و منجر به پیکی در طرح پراش می‌شود.

وقتی اندازه ذره کاهش می‌یابد، بعضی از صفحات مربوط به تداخل تخریبی حذف می‌شوند و شدت غیر صفر، حول زاویه‌ داریم. بنابراین زاویه‌های وجود دارد که تداخل پرتوهای پراکنده شده از صفحه اول، صفحات 1+m و 1-m تخریبی است و شدت صفر را نشان می‌دهد. بنابراین می‌توان نوشت: