Т.В. Богдан - Основы рентгеновской дифрактометрии, страница 12

Пример CIF-файла (Crystal Information File) из Кембриджского банка структурныхданных CSD. В файле содержится информация о низкотемпературном структурномисследовании кристалла мочевины, рефкод структуры в банке данных UREAXX02.59VI. Метод ЛауэНаличие в спектре рентгеновской трубки, кроме характеристического,«белого» излучения с разными длинами волн (см. рис.

4) приводит к тому,что при фиксированных угле θ и ориентации монокристалла всегда можнонаблюдать дифракционную картину: в непрерывном спектре рентгеновскойтрубки обязательно найдутся такие длины волн, для которых формула ВульфаБрегга будет выполняться. Этот метод получения дифракционной картиныносит название метода Лауэ.Рис. 39. Получение дифракционной картины в методе Лауэ:а) лауэграмма; б) эпиграмма.1 – кристалл; 2 – фотопластинка;направление [hkl] – ось зоны; MM′ – первичный луч; ON – отраженный луч.Схема получения отражений в методе Лауэ приведена на рис. 39.В первом случае на пленке, расположенной за образцом, регистрируются лучи,рассеянные по ходу первичного пучка рентгеновских лучей.

Во втором случаена пленке, расположенной между образцом и источником излучения,регистрируются лучи, рассеянные в обратном к первичному пучкунаправлении. Этот метод используется, когда кристалл сильно поглощаетрентгеновское излучение, и тогда на пленке регистрируются отражения отповерхностного слоя кристалла. Дифрактограммы, полученные первымспособом, называются лауэграммами, а вторым – эпиграммами.Закономерности расположения пятен на лауэграммах и эпиграммаходинаковые, и оба метода регистрации дифракционной картины служатдля решения одних и тех же задач. Отражения в методе Лауэ регистрируются спомощью двухкоординатных счетчиков, фотопленок, пластин с оптическойпамятью изображения (IP-пластины) и др.60абРис.

40. Лауэграммы кристалла берилла:а) в произвольной ориентации; б) вдоль оси симметрии.(Иллюстрация взята из БСЭ, 1973г., Т.14, стр. 218-219)Пример лауэграммы, полученной методом регистрации на фотопластинке,приведен на рис. 40. Видно, что пятна на лауэграмме расположены на кривыхлиниях, которые называются зональными кривыми. Одна такая криваяполучается от кристаллографической зоны – семейства кристаллографическихплоскостей, параллельных одному направлению в кристалле – оси зоны(рис.

41). Кристаллографическая зона даёт отражения вдоль направляющихконуса, ось которого совпадает с осью зоны, а пятна на лауэграмме являютсяточками пересечения направляющих конуса с поверхностью детектора.Через ось зоны проходит бесконечноеколичествокристаллографическихплоскостей, но не для всех из них будетвыполнятьсяусловиедифракции(уравнениеБрегга-Вульфа),поэтомукаждая зона дает конечное числоотражений.

На рисунках 39, а и б,показано получение отражений от однойРис.41. Пример плоскостей,кристаллографическойзоны.Любаяобразующихкристаллографическую зону.кристаллографическаяплоскостьНаправление [hkl] – ось зоны.принадлежитодновременноразнымкристаллографическим зонам, оси которыхпараллельны ей, и поэтому каждое пятно на лауэграмме является точкойпересечения многих зональных кривых. Число пятен на зональной кривойбудет тем больше, чем меньше период повторяемости вдоль оси зоны.61Лауэграмма является плоским двумерным изображением и ее симметрияописывается одной из десяти двумерных кристаллографических групп.Если ось симметрии кристалла совпадает с направлением первичного пучкарентгеновских лучей, то лауэграмма также будет иметь этот элементсимметрии.На лауэграмме, полученной от кристалла в произвольной ориентации,можно увидеть положение осей симметрии и далее снять лауэграммы вдольних, как это показано на рис.

40, б. Сопоставляя данные, полученные приразных ориентациях, можно определить принадлежность точечной группыкристалла к одному из 11 классов Лауэ. Однозначно установитьпо лауэграммам кристаллографический класс исследуемого кристаллабез дополнительных исследований не возможно.В связи с трудностями интерпретации дифракционной картины:одновременное появление всех отражений, интенсивность которых зависитот длины волны; наличие отражений разных порядков от одной системыплоскостей в каждом пятне лауэграммы, – метод Лауэ долгое времяиспользовали только для выявления симметрии кристалла и его ориентации.Другим применением метода было исследование дефектов кристалла:блочности, мозаичности, внутренних деформаций и др.

Эта информациясодержится в характере распределения интенсивности в пятне на лауэграмме.В последнее время, в связи с развитием экспериментальных и расчетныхметодик, метод Лауэ стали использовать для определения положения атомоввнутри элементарной ячейки.

Речь идет, прежде всего, об исследованииструктур белков и макромолекул в центрах СИ. Благодаря тому, чтоэти объекты имеют большую элементарную ячейку, число пятенна лауэграммах оказывается очень большим и можно обнаружить точкипересечения зональных кривых (узловые точки), которые соответствуюткристаллографическим плоскостям прямой элементарной ячейки с малымииндексами Миллера. Это упрощает определение параметров элементарнойячейки и процесс индицирование лауэграммы.

Однако поскольку существуетвероятность того, что мы получили отражения не первого порядка, то индексыотражений в методе Лауэ определяют с точностью до целочисленногомножителя (то есть, определяются соотношения между длинами реберэлементарной ячейки, а не их абсолютные значения).

Для определения точныхзначений параметров элементарной ячейки необходимо проведениедополнительного эксперимента с известной длиной волны (например,экспериментально фиксируемая λmin). Одним из методов определения62структуры является расчет теоретической лауэграммы и сопоставление еес экспериментальной. Благодаря мощности современных компьютеров методперебора возможных структур является вполне рутинной процедурой.Кроме того, в определении структуры помогает использование аномальногорассеяния – при этом оказывается возможным получать фазы некоторыхотражений и использовать их в процессе последовательных приближенийэлектронной плотности.Важным преимуществом использования метода Лауэ в центрах СИ являетсявысокая скорость получения дифракционной картины (порядка 10-15 секунд) –в настоящее время это самый быстрый метод извлечения структурнойинформации как в статике, так и в динамике, который дает возможностьизучать структуры промежуточных продуктов в твердофазных реакциях.63Список рекомендуемой литературы1.

Пущаровский Д.Ю. Рентгенография минералов. – М.: ЗАО«Геоинформмарк», 2000. – 292 с.2. Фетисов Г.В. Синхротронное излучение. Методы исследования структурывеществ. / Под. ред. Асланова Л.А.. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 672 с.3. Порай–Кошиц М.А. Основы структурного анализа химическихсоединений: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. школа, 1982. – 151 с.4. Ковба Л.М., Трунов В. К. Рентгенофазовый анализ. – М.: Изд-во МГУ,1976.

– 231 с.5. Вайнштейн Б.К. Современная кристаллография. Т.1. Симметриякристаллов. Методы структурной кристаллографии. М.: Наука, 1979. – 384 с.6. Порай–Кошиц М.А. Практический курс рентгеноструктурного анализа.Т. 2. – М.: Изд-во МГУ, 1960. – 632 с.64.