XRD是表征物相的重要手段,嚴格的說,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,我們必須強調的是XRD做含量分析非常不準,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方法測或者原子吸收來做。
另外,XRD的檢測限是不能簡單的用%來表示的,這和被檢測物質的分散度有很大關系,也就是結晶度,與物質種類也有很大關系,樣品的質量吸收系數大,檢出限會高很多。
如果非要確定出一個檢出限,一般說是5%左右。
但是,不同的物相,對X射線的吸收不同,則檢出限會有較大出入。如單質硅,一般在1%左右可以檢出,而另一些相,可能10%都難于檢出。
當然。在樣品相同的情況下,使用較高的衍射功率,使用較長的掃描時間效果會更好。不過,如果要延長掃描時間,如果延長一兩倍是見不到效果的。
經驗表明,如果使用常規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SmartLab9設備一般2度/min就可以了。如果使用常規掃描速度根本都看不到痕跡,就沒有必要再費力了。
進行半定量分析確實是很不準確,而且結果確實與晶粒大小相關。晶粒小的析出相,連檢出都困難,更別說做定量分析了。晶粒小的物相會使其RIR值增大,曾做過CeO2的RIR值,在不同的溫度下的產物,其RIR值相差10倍。
接下來,我們以黃繼武老師列舉的兩個實例來說明:
實例一
一個金剛石樣品被銀污染了,用XRD測出的譜中出現了銀的峰,而且非常明顯,通過定量計算,發現樣品中存在0.04%wt的銀。為了進一步證實,用光譜分析,結果是0.038%wt的銀確實存在。
實驗二
鋼材樣品中含有少量殘余奧氏體,經拉伸斷裂后測量奧氏體向馬氏體轉變的情況,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),經拉伸試驗后,試樣中只留有0.2%~0.5%的奧氏體。按常規掃描速度(8°/min),掃描出來的圖譜中不能發現奧氏體峰的存在。后改用步進掃描:步長0.02°,計數時間1.5s。結果相當好。
殘余奧氏體的計算結果:
使用理學D/max 2500 衍射儀完全可以測量出含量小于1%的物相,但是,應當適當延長掃描時間,即應使用較低的掃描速度,使用步進掃描可以得到理想的結果。
總結一下
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定語:一定的儀器(主要是功率大小和靶材種類)一定的實驗條件,這主要是指掃描速度,另外,還有狹縫大小,一定的樣品。不同的物質對X光的吸收能力存在很大的區別,微量相的分布狀態,取向性和應力等都會影響結果。
2、如何利用XRD檢測含量較低的物質?
先用較快的速度進行掃描,當譜中出現一些似是而非的微量相峰的“影子”時,改用慢速度掃描。
據經驗,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或更慢的速度才會有效果。
還有一點經常被忽略的,就是樣品的大小。特別是塊體樣品,應當使樣品盡可能填滿樣品框,以增加照射體積,其作用相當于延長掃描時間。能做成粉體的樣品,盡可能做成粉體,并盡可能壓實。
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