2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction – XRD) - Nguyên lý: - Nguyên lý:
Khi cho chùm tia X truyền qua một chất (ở dạng rắn, lỏng hoặc khí), chùm tia sẽ tương tác với các điện tử (trong các nguyên tử của chất nghiên cứu) hoặc ở ngay cả với nhân nguyên tử nếu chùm tia có năng lượng đủ lớn.
Một phần năng lượng tia X sẽ bị mất đi do hiệu ứng tán xạ, trong đó phương truyền của chùm tia sẽ bị thay đổi khi tương tác. Khi đó tán xạ có thể làm thay đổi bước sóng hoặc không thay đổi bước sóng của bức xạ tới.
Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể cấu tạo từ những nguyên tử hay ion phân bố một cách đều đặn trong không gian theo một quy luật xác định. Khoảng cách giữa các nguyên tử (hay ion) trong tinh thể cũng khoảng vài nm , tức vào khoảng bước sóng tia X. Do đó khi chùm tia X tới đập vào mặt tinh thể và đi vào bên trong nó, thì mạng tinh thể có thể đóng vai trò của một cách tử nhiễu xạ đặc biệt.
Theo phương trình Vulf-bragg:
λ= 2dSin
Trong đó:
d- khoảng cách hai mặt phẳng nguyên tử thuộc mạng lưới của tinh thể phân tích.
– là góc giữa chùm tia X với mặt phẳng phản xạ.
Khi biết d, ta sẽ tìm được λ là bước sóng của tia phản xạ. Khi chiếu chùm tia X lên mẫu với các góc khác nhau ta thu được giản đồ nhiễu xạ Rơnghen mà mỗi chất tinh thể có một bộ vạch phổ ứng với các giá trị d và cường độ I đặc trưng. Việc tìm ra trên giản đồ đó sự giống nhau cả về vị trí lẫn tỷ lệ cường độ của một chất nghiên cứu và chất chuẩn đã biết là cơ sở của phép phân tích pha định tính.
Trên Hình 2.7 trình bày sơ đồ nguyên lý của một máy phân tích Rơnghen. Chùm tia Rơnghen phát ra từ anot của ống phát 1 đến chiếu vào mẫu nghiên cứu 2. Các nguyên tử của nguyên tố có trong thành phần mẫu sẽ bị kích thích và phát ra các tia đặc trưng. Các tia Rơnghen với các độ dài sóng khác nhau phản xạ trên mặt mẫu đi qua hệ trục chuẩn 3. Các tia phân kì theo các phương khác sẽ hấp thụ ở mặt bên trong của ống. Các tia xuất phát từ mẫu 2 sẽ tách thành phổ, nghĩa là phân bố theo độ dài sóng nhờ tinh thể phân tích 4. Tia phản xạ từ tinh thể phân tích qua hệ chuẩn trục 5 sẽ được thu bằng detecter 6, sau đó được khuyếch đại, chuẩn hóa... rồi ghi lại bằng các máy chỉ thị khác nhau. Góc phản xạ của tia trên mặt tinh thể phân tích bằng góc trượt.
Khi chiếu chùm tia Ronghen lên mẫu với các góc khác nhau ta thu được giản đồ nhiễu xạ Rơnghen và mỗi chất tinh thể có một bộ vạch phổ ứng với các giá trị d và cường độ I đặc trưng. Việc tìm ra trên giản đồ đó có sự giống nhau cả về vị trí lẫn tỷ lệ cường độ của một chất nghiên cứu và chất chuẩn đã biết là cơ sở của phép phân tích pha định tính.
Hình 2.7.Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy XRD
1-Nguồn tia Rownghen; 2- Mẫu nghiên cứu 3,5 – Bộ chuẩn cực; 4- Tinh thể phân tích; 6- Detecter
Các phép đo XRD được tiến hành tại phòng thí nghiệm Nano, ĐHQG TP.HCM