2 Основы метода рентгеноструктурного анализа
В основе метода лежит взаимодействие рентгеновского излучения с электронами вещества, в результате которого наблюдается явление дифракции рентгеновских лучей и образование дифракционной картины, регистрируемой обычно самопишущими приборами.
Получаемая в результате взаимодействия дифракционная картина зависит от длины волны используемого излучения и от строения (структуры) исследуемого объекта.
Рентгеноструктурный анализ – это методы исследования структуры вещества по дифракционной картине.
Задача структурного анализа – нахождение формы и размера элементарной ячейки кристалла, координат базисных атомов, размеров кристаллитов и блоков, областей их когерентного рассеяния (ориентации в пространстве) и т.п.
Для эффективного применения методов PCA необходимы знания структурной кристаллография и понимание сути явления интерференции рентгеновских лучей.
2.1 Элементы структурной кристаллографии
Кристаллическим веществом называется такое, в котором материальные частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены с правильной периодичностью в трех направлениях [2]. Другие признаки, присущие кристаллам, как наличие плоских граней и ребер, анизотропия (зависимость физических свойств кристалла от направления) – являются лишь следствием закономерного расположения частиц в кристалле.
Основное свойство кристаллов – по параллельным направлениям физические свойства их не изменяются [1].
На рис. 5 изображена атомная решетка.
Здесь x, y, z – три направления, не лежащие в одной плоскости.
Свойства кристалла различны по этим направлениям, а, следовательно, расстояния "а", "в", "с" между частицами на этих осях неодинаковы. Если через частицы, лежащие на осях, провести плоскости, параллельные координатным, то весь кристалл разбивается на систему равных параллельных параллелепипедов, находящихся в параллельном положении, касающихся друг друга целыми гранями и целиком, без промежутков, заполняющих все пространство [2]. Наименьший параллелепипед называется элементарной ячейкой или ячейкой Бравэ. Если элементарную ячейку транслировать (переносить) параллельно самой себе по веем трем направлениям, то можно построить всю пространственную решетку. Вершины параллелепипедов называются узлами пространственной решетки, в них расположены молекулы, атомы, ионы, т.е. частицы, из которых построен кристалл.
Абсолютная величина трансляций а, в, с называется периодами решетки. Три угла между ребрами и периоды решетки а, в, с однозначно характеризуют элементарную ячейку.
По форме элементарных ячеек кристаллы разбиваются на семь сингоний:
1. Кубическую а = в = с; 90°.
2. Тетрагональную а = в ≠ с;
3. Гексагональную а = в ≠ с;
4. Ромбоэдрическую а = в = с; ≠ 90°.
5. Ромбическую а ≠ в ≠ с;
6. Моноклинную а ≠ в ≠ с; ≠°.
Триклинную а ≠ в ≠ с; ≠≠ ≠
Итак, чтобы дать характеристику кристаллу, необходимо знать величину и форму элементарной ячейки.