Makalah Pertemuan 3.docx

Radiasi X untuk pengukuran difraksi dihasilkan oleh tabung tertutup atau anoda berputar. 1. Tabung sinar-X tertutup cenderung beroperasi pada 1,8 hingga 3 kW. 2. Rotasi anoda tabung sinar-X menghasilkan lebih banyak fluks karena mereka beroperasi pada 9 hingga 18 kW. 3. Anoda yang berputar memutar anoda pada 6.000 rpm, membantu mendistribusikan panas pada area yang lebih besar dan karenanya memungkinkan tabung dijalankan pada daya yang lebih tinggi tanpa melelehkan target. 4. Kedua sumber menghasilkan sinar X dengan menyerang target anoda dengan berkas elektron dari filamen tungsten.  Target harus didinginkan dengan air.  Target dan filamen harus terkandung dalam ruang hampa. H2O In

H2O Out

Cu

Be window

ANODE Be window

eXRAYS

XRAYS FILAMENT (cathode)

metal

glass (vacuum)

(vacuum)

AC CURRENT

Panjang gelombang sinar X ditentukan oleh anoda dari sumber sinar-X. 1. Elektron dari filamen menyerang anoda target, menghasilkan radiasi karakteristik melalui efek fotolistrik. 2. Bahan anoda menentukan panjang gelombang radiasi karakteristik. 3. Sementara kita lebih suka sumber monokromatik, sinar-X sebenarnya terdiri dari beberapa panjang gelombang karakteristik sinar-X.

Kontaminasi Spektral dalam Pola Difraksi

•

Ka1 & Ka2 hampir selalu ada – Optik yang sangat mahal dapat menghapus garis Ka2 – Ka1 & Ka2 tumpang tindih berat di sudut rendah dan lebih terpisah di sudut tinggi

•

Garis W terbentuk seiring bertambahnya ukuran tabung: filamen W mencemari anoda target dan menjadi sumber sinar-X baru

•

W dan Kb garis dapat dihapus dengan optic

Panjang gelombang untuk Radiasi X Terkadang Diperbarui

• • • •

Nilai yang sering dikutip dari Cullity (1956) dan Bearden, Rev. Mod. Phys 39 (1967) salah. Nilai-nilai dari Bearden (1967) dicetak ulang dalam Tabel internasional untuk Kristalografi X-Ray dan sebagian besar buku teks XRD. Nilai terbaru berasal dari Hölzer et al. Phys Pendeta A 56 (1997) Apakah perangkat lunak analisis XRD Anda telah diperbarui?

X-ray adalah perangkat keselamatan paling penting pada difraktometer  Sinar-X keluar tabung melalui sinar-X transparan Be windows.  Jendela pelindung X-Ray mengandung sinar sehingga dapat bekerja di difraktometer tanpa terkena sinar-X.  Menyadari status daun jendela adalah faktor terpenting dalam bekerja secara aman dengan sinar X.

Sinar X-ray yang dihasilkan oleh tabung sinar-X berbeda. Optik-incident-beam digunakan untuk membatasi divergensi ini

•

•

•

Sinar X dari tabung sinar X adalah : - Berbeda - Mengandung beberapa panjang gelombang karakteristik serta radiasi Bremsstrahlung Tak satupun dari kondisi ini yang sesuai dengan kemampuan kami untuk menggunakan sinar X untuk analisis - Divergensi berarti bahwa alih-alih sudut insiden tunggal q, sampel sebenarnya diterangi oleh foton dengan rentang sudut datang. - Kontaminasi spektral berarti bahwa sampel tidak terdifraksi pada panjang gelombang radoasi tunggal, melainkan beberapa panjang gelombang radiasi. - Akibatnya, satu set bidang kristalografi akan menghasilkan beberapa puncak difraksi alih-alih satu puncak difraksi. Optik digunakan untuk : - batas divergensi berkas sinar-X - memfokuskan kembali sinar X ke jalur paralel - hapus panjang gelombang yang tidak diinginkan

Celah divergensi digunakan untuk membatasi divergensi berkas sinar-X.  Celah memblokir sinar-X yang memiliki divergensi yang terlalu besar.  Ukuran celah divergensi mempengaruhi intensitas puncak dan bentuk puncak.  Celah divergensi yang sempit : - mengurangi intensitas sinar-X - Kurangi panjang sinar X yang mengenai sampel - Menghasilkan puncak yang lebih tajam

-

resolusi instrumental ditingkatkan sehingga puncak yang berjarak dekat dapat diselesaikan.

Salah satu produk sampingan dari divergensi balok adalah bahwa panjang balok yang menerangi sampel menjadi lebih kecil karena sudut datang menjadi lebih besar.  Panjang sinar datang ditentukan oleh celah divergensi, jari-jari goniometer, dan sudut datang.  ini harus dipertimbangkan ketika memilih ukuran celah divergensi : - jika celah divergensi terlalu besar, sinar mungkin secara signifikan lebih lama dari sampel Anda pada sudut rendah - jika celah terlalu kecil, Anda mungkin tidak mendapatkan intensitas yang cukup dari sampel Anda pada sudut yang lebih tinggi - Lampiran A dalam SOP berisi panduan untuk membantu Anda memilih ukuran celah.  Lebar balok adalah konstan: 12mm untuk Rigaku RU300.

Optik lainnya :  Batas divergensi berkas sinar X - Celah pembatas divergensi - Kolimator piring parallel - Celah soller  Memfokuskan kembali sinar X ke jalur paralel - “Optik balok paralel” - Cermin parabola dan lensa kapiler - Cermin dan lensa fokus  Hapus panjang gelombang yang tidak diinginkan - Monikromator - Filter Kb

Parallel Plate Collimator & Soller Slits menghalangi sinar-X yang berbeda, tetapi jangan membatasi ukuran balok seperti celah yang berbeda

Göbel Mirror dan lensa kapiler mengumpulkan sebagian besar sinar divergen dan memfokuskannya kembali menjadi sinar yang hampir parallel

  





Monokromator menghilangkan panjang gelombang radiasi yang tidak diinginkan dari insiden atau sinar X-difraksi. Difraksi dari monokromator kristal dapat digunakan untuk memilih satu panjang gelombang radiasi dan memberikan diskriminasi energi. Monokromator sinar datang dapat digunakan untuk memilih hanya radiasi Ka1 untuk sumber tabung. Monokromator berkas berdifraksi, seperti pada Rigaku RU300, dapat digunakan untuk menghilangkan foton berfluoresensi, Kb, atau foton kontiminasi W dari mencapai detektor. a. Tanpa celah RSM, monokromator menghilangkan ~ 75% panjang gelombang radiasi yang tidak diinginkan. b. Ketika celah RSM digunakan, lebih dari 99% panjang gelombang radiasi yang tidak diinginkan dapat dihilangkan dari balok. Detektor Detektor titik c. Amati satu titik ruang pada suatu waktu i. lambat, tetapi kompatibel dengan sebagian besar / semua optik d. kilau dan detektor proporsional gas menghitung semua foton, dalam jendela energi, yang menerpa mereka e. Si(Li) detektor secara elektronik dapat menganalisis atau menyaring panjang gelombang f. Detektor posisi sensitif

a. PSD linier mengamati semua foton yang tersebar sepanjang garis dari 2 hingga 10° b. Detektor area 2D mengamati semua foton yang tersebar di sepanjang bagian kerucut c. gas proporsional (gas pada kabel; anoda microgap), resolusi terbatas, masalah deadtime dan saturasi d. CCD, ukurannya terbatas, mahal e. strip semikonduktor banyak ruang waktu nyata yang solid, kecepatan tinggi dengan resolusi tinggi, kuat Pengantar Difraktometer Bubuk Rigaku 

Memilih sisi mana dari Rigaku RU300 untuk digunakan: Instrumen Rigaku memiliki dua difraktometer bubuk: g. goniometer sisi kiri memiliki jari-jari 250mm, yang memberikan resolusi sudut tinggi dan posisi puncak yang lebih akurat, tetapi yang membutuhkan 2 hingga 3 kali lebih lama untuk mengumpulkan data karena sinar lebih lemah. h. goniometer sisi kanan memiliki jari-jari 185mm, yang memberikan lebih banyak intensitas dan pengumpulan data yang lebih cepat, tetapi dengan mengorbankan sejumlah resolusi dan akurasi. Sisi Kiri (jari-jari 250mm) dari Rigaku Difractometer

X-Ray Detector

Diffractometer Circle

Sample 2Theta

SS RS

Graphite Monochromator

DS = Celah Divergensi SS = Celah pencar RS = Menerima Celah RSM = Monokromator Menerima Celah

Theta

* X-Ray Source DS





 



Mengkonfigurasi Rigaku RU300 Untuk menggunakan difraktometer Rigaku, Anda harus memilih celah divergensi (DS), celah anti-sebar (SS), celah penerima (RS), dan celah penerima monokromator (RSM) yang akan digunakan. DS tipikal adalah ½ ° atau 1° - Celah bisa sekecil 0,15 ° atau paling besar 4 ° - Ketika data sudut rendah penting atau diperlukan resolusi sudut yang lebih baik (sehingga puncak yang saling berdekatan dapat diselesaikan), gunakan celah yang lebih kecil - Ketika data sudut tinggi atau intensitas lebih penting, gunakan celah yang lebih besar Celah anti-pencar harus berukuran sama dengan DS. celah penerima biasanya 0,3 mm. - lebih besar 0,6mm atau lebih kecil celah 0,15mm juga tersedia - celah yang lebih kecil memberikan bentuk dan resolusi puncak yang lebih baik, tetapi dengan mengorbankan beberapa intensitas Celah RSM hanya diperlukan ketika kontaminasi spektral dari K-beta W-line bermasalah. - harus selalu digunakan saat menggunakan sisi kiri, goniometer 250mm. - harus selalu digunakan ketika melihat lapisan pada substrat kristal tunggal - jika tidak, hanya diperlukan jika sampel menghasilkan beberapa puncak yang sangat kuat

Persiapan Sampel Mempersiapkan spesimen bubuk  Sampel bubuk yang ideal harus memiliki banyak kristalit dalam orientasi acak - distribusi orientasi harus lancar dan didistribusikan secara merata di antara semua orientasi  Jika kristalit dalam sampel sangat besar, tidak akan ada distribusi yang halus dari orientasi kristal. Anda tidak akan mendapatkan pola difraksi rata-rata bubuk. - kristalit harus berukuran <10mm untuk mendapatkan statistik bubuk yang baik  Ukuran kristal besar dan orientasi kristal non-acak keduanya mengarah pada variasi intensitas puncak - pola difraksi yang diukur tidak akan sesuai dengan yang diharapkan dari bubuk ideal - pola difraksi yang diukur tidak akan setuju dengan pola referensi dalam database Powder Diffraction File (PDF) 2. Orientasi yang disukai  Jika kristalit dalam sampel bubuk memiliki bentuk seperti piring atau jarum, akan sangat sulit untuk membuatnya mengadopsi orientasi acak - pemuatan atas, tempat Anda menekan bubuk ke dalam wadah, dapat menyebabkan masalah dengan orientasi yang diinginkan

 



     

  





dalam sampel seperti lembaran logam atau kawat hampir selalu ada orientasi yang disukai karena proses pembuatan untuk sampel dengan orientasi sistematis, XRD dapat digunakan untuk mengukur tekstur dalam spesimen Karakteristik penting sampel untuk XRPD Sampel pelat datar untuk XRPD harus memiliki permukaan rata yang halus - jika permukaan tidak halus dan rata, penyerapan sinar-X dapat mengurangi intensitas puncak sudut rendah - paralel-beam optic dapat digunakan untuk menganalisis sampel dengan bentuk aneh atau permukaan kasar Dompak Butiran / kristalit berorientasi acak Ukuran butir kurang dari 10 mikron 'Sangat tebal' Memvariasikan area iradiasi sampel luas sampel Anda yang diterangi oleh sinar-X bervariasi sebagai fungsi dari: - sudut datang sinar X - sudut divergensi sinar X pada sudut rendah, sinar mungkin lebih lebar dari sampel - “Lontaran balok”

3. Asumsi volume konstan Dalam sampel polikristalin dengan ketebalan 'infinite', perubahan area iradiasi karena sudut datang bervariasi dikompensasi oleh perubahan kedalaman penetrasi Kedua faktor ini menghasilkan volume iradiasi konstan - (karena luas berkurang, kedalaman meningkat; dan sebaliknya) Asumsi ini penting untuk banyak aspek XRPD - Intensitas yang cocok dengan yang ada di database referensi PDF - Perbaikan struktur kristal - Analisis fase kuantitatif Asumsi ini tidak selalu berlaku untuk film tipis atau sampel dalam jumlah kecil pada ZBH Cara menyiapkan sampel bubuk Memasukkan bubuk curah ke dalam sumur

-





deposit bubuk di sumur dangkal dari pemegang sampel. Gunakan permukaan datar yang agak kasar untuk menekan bubuk, mengemasnya ke dalam sumur. - menggunakan permukaan yang sedikit kasar untuk mengemas bubuk dapat membantu meminimalkan orientasi yang diinginkan - mencampur sampel dengan pengisi seperti tepung atau bubuk kaca juga dapat membantu meminimalkan orientasi yang diinginkan - bubuk mungkin perlu dicampur dengan pengikat untuk mencegahnya jatuh dari tempat sampel - sebagai alternatif, sumur pemegang sampel dapat dilapisi dengan lapisan tipis vaseline Menyebarkan lapisan bubuk tipis pada permukaan yang halus - permukaan halus seperti slide kaca atau zero background holder (ZBH) dapat digunakan untuk memegang lapisan tipis bubuk - kaca akan berkontribusi punuk amorf pada pola difraksi - ZBH menghindari masalah ini dengan menggunakan kristal tunggal terputus sumbu - mendispersikan bubuk dengan alkohol ke wadah sampel dan kemudian memungkinkan alkohol menguap, seringkali memberikan lapisan bubuk yang bagus dan merata yang akan melekat pada pemegang sampel - bubuk dapat ditaburkan dengan lembut ke selembar pita dua sisi atau lapisan tipis vaseline untuk menempel ke pemegang sampel - pita dua sisi akan berkontribusi pada pola difraksi - metode ini diperlukan untuk memasang sedikit bubuk - metode ini membantu mengatasi masalah dengan orientasi yang disukai - asumsi volume konstan tidak berlaku untuk jenis sampel ini, sehingga analisis kuantitatif dan Rietveld akan membutuhkan kerja ekstra dan mungkin tidak dapat dilakukan

Sumber Kesalahan dalam Data XRD Pemindahan Sampel - terjadi ketika sampel tidak berada di lingkaran fokus (atau di tengah lingkaran goniometer) - Sumber kesalahan terbesar di sebagian besar data - Kesalahan sistematis:

Δ2 θ=−

-

2 scosθ (in radians) R

1. S adalah jumlah perpindahan, R adalah jari-jari goniometer. 2. pada 28,4 ° 2 theta, s = 0,006 ”akan menghasilkan pergeseran puncak 0,08 ° Dapat diminimalkan dengan menggunakan pemegang sampel latar belakang nol

-







Dapat diperbaiki dengan menggunakan standar kalibrasi internal Dapat dianalisis dan dikompensasi dengan banyak algoritma analisis data 1. Untuk ID sampel, cukup ingat bahwa posisi puncak Anda mungkin sedikit bergeser Dapat dihilangkan dengan menggunakan optik balok paralel

Sumber kesalahan lainnya Divergensi aksial - Karena perbedaan sinar-X dalam pesawat dengan sampel - menciptakan perluasan asimetris dari puncak menuju sudut 2theta rendah - Menciptakan pergeseran puncak: negatif di bawah 90 ° 2 theta dan positif di atas 90 ° - Mengurangi celah Soller dan / atau lensa kapiler Kesalahan spesimen rata - Seluruh permukaan spesimen pipih tidak dapat terletak pada lingkaran fokus - Menciptakan perluasan asimetris menuju sudut 2 theta rendah - Dikurangi oleh celah divergensi kecil; dihilangkan oleh optik balok parallel Statistik penghitungan yang buruk - Sampel tidak terdiri dari ribuan kristalit berorientasi acak, seperti yang diasumsikan oleh sebagian besar teknik analisis - Sampel mungkin bertekstur atau memiliki orientasi yang disukai 1. Menciptakan kesalahan sistematis dalam intensitas puncak 2. Beberapa puncak mungkin sama sekali tidak ada - Sampel mungkin memiliki ukuran butiran besar 1. Menghasilkan intensitas puncak 'acak' dan / atau puncak difraksi