X射線繞射儀

Bragg-Brentano型X射線繞射儀

X光繞射儀（X-ray diffractometer，XRD）是利用X光繞射原理研究物質內部結構的一種大型分析儀器。令一束X光和樣品交互，用生成的繞射圖譜來分析物質結構。它是在X射線晶體學領域中在原子尺度範圍內研究材料結構的主要儀器，也可用於研究非晶體。

原理

X射線繞射儀核心結構。
1.X射線管；2.測角儀；3.狹縫系統，包括發散狹縫以及索拉狹縫（Soller slit）；4.樣品台以及樣品；5.狹縫系統，包括防散射狹縫、索拉狹縫以及接收狹縫；6.單晶單色器和信號檢測器

X光的波長和晶體內部原子面之間的間距相近，晶體可以作為X光的空間繞射光柵，即一束X射線照射到物體上時，受到物體中原子的散射，每個原子都產生散射波，這些波互相干涉，結果就產生繞射。繞射波疊加的結果使射線的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。分析繞射結果，便可獲得晶體結構。以上是1912年德國物理學家勞厄提出的一個重要科學預見，隨即被實驗所證實。1913年，英國物理學家布拉格父子在勞厄發現的基礎上，不僅成功的測定了NaCl，KCl等晶體結構，還提出了作為晶體繞射基礎的著名公式——布拉格方程式：2dsinθ=nλ。

特徵X光及其繞射X光是一種波長（0.06-20nm）很短的電磁波，能穿透一定厚度的物質，並能使螢光物質發光、照相機乳膠感光、氣體電離。用高能電子束轟擊金屬靶產生X光，它具有靶中元素相對應的特定波長，稱為特徵X光。如銅靶對應的X光波長為0.154056 nm。對於晶體材料，當待測晶體與入射束呈不同角度時，那些滿足布拉格繞射的晶面就會被檢測出來，體現在XRD圖譜上就是具有不同的繞射強度的繞射峰,晶粒較粗大 峰值起伏小 強度較低 而峰值強度和晶粒大小有關，微小顆粒能產生散射能力較強 。對於非晶體材料，由於其結構不存在晶體結構中原子排列的長程有序，只是在幾個原子範圍內存在著短程有序，故非晶體材料的XRD圖譜為一些漫散射饅頭峰。

構成

目前投入實際使用的繞射計主要分為以下3種：

• 四環式繞射計
• 膠片成像式繞射計
• 電荷耦合（CCD）繞射計

3種繞射計的儀器結構大致相同，皆經由鉬或者陽極銅X射線管產生X光，再經過單色儀及瞄準器處理，然後射向由非晶向玻璃絲所固定的晶體試樣上，玻璃絲與一個精準測角儀相連，以便調整試樣表面和射線之間的角度。由於X光的高能屬性，試樣表面的溫度會逐漸升高，因此有時會使用氮氣流來冷卻試樣。

四環式繞射計中四個環的位置

由於反射角度依賴於晶體內部的晶層排列方式以及X射線的入射角度，打到不同晶層的X射線在理論上將會反射到所有方向上，只是在強度上有所差別。因此，為了分析出單晶試樣的晶格結構和晶象參數，必須旋轉試樣。四環式繞射計會於四種角度上旋轉，需時甚久。而另外兩款則採用平板式計數器，探測器本身不需要旋轉，亦可同時探測不同入射角度，速度有所提升。

外部連結

• Diffractometer computation library （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）