拆解精密儀器！X射線衍射儀內部竟藏著這些核心組件？

　　X射線衍射儀是一種基于X射線與物質相互作用原理的高精度分析儀器，主要用于測定物質的晶體結構、物相組成及晶體學參數。其核心原理是布拉格方程（2dsinθ=nλ），當X射線照射到晶體上時，晶體中規則排列的原子會使X射線發生衍射，衍射波在特定方向上疊加增強，形成特征衍射峰。通過分析衍射峰的位置、強度及形狀，可獲取晶面間距、晶胞參數、原子排列方式等關鍵信息。

　　X射線衍射儀其基本結構可分為以下六個核心部分：

　　一、X射線源

　　X射線源是產生入射X射線的裝置，是儀器的“光源”，直接影響衍射信號的強度和質量。

　　核心組件：

　　X射線管：z常用的是密封式X射線管（如銅靶、鉬靶），通過燈絲發射電子，經高壓加速后撞擊金屬靶材，產生特征X射線（如Cu靶的Kα射線，波長0.15418nm）；高d儀器可能配備旋轉陽極X射線管，通過靶材高速旋轉增強散熱，輸出更強的X射線。

　　高壓電源：為X射線管提供加速電壓（通常20-60kV）和燈絲電流（10-50mA），控制電子能量和發射量。

　　冷卻系統：通過水冷或油冷裝置帶走X射線管產生的熱量，防止靶材因高溫損壞。

　　二、測角儀

　　測角儀是XRD的“機械核心”，用于精確控制樣品、X射線源和檢測器的相對角度，滿足布拉格衍射條件（2d sinθ=nλ）。

　　核心功能：通過精密機械結構實現角度調節，分為兩種類型：

　　θ-2θ型（z常用）：樣品隨θ角轉動，檢測器隨2θ角轉動，確保衍射信號始終被檢測。

　　θ-θ型：樣品固定，X射線源和檢測器以2:1比例轉動。

　　關鍵部件：

　　樣品臺：放置樣品（粉末、薄膜、塊狀等），需保證樣品平面與旋轉軸嚴格對齊。

　　角度編碼器：精確測量轉動角度（精度可達0.0001°），確保角度控制的準確性。

　　驅動系統：由步進電機驅動，實現連續或步進式角度掃描（如1°/min到10°/min的掃描速度）。

　　三、光路系統

　　光路系統用于“整理”X射線，減少雜散輻射，提高衍射信號的純度和強度，分為入射光路和衍射光路。

　　入射光路組件：

　　準直器（如索拉狹縫、發散狹縫）：限制X射線束的發散角，使入射光為平行或聚焦光束。

　　單色器（如石墨單色器）：過濾靶材產生的非特征X射線（如Kβ射線），僅保留單色特征X射線（如Kα1），降低背景干擾。

　　衍射光路組件：

　　接收狹縫：限制進入檢測器的衍射光范圍，提高空間分辨率。

　　防散射狹縫：阻擋非衍射方向的雜散輻射，減少背景噪聲。

　　四、檢測器

　　檢測器是“信號接收器”，將衍射X射線轉換為可測量的電信號。

　　常見類型：

　　閃爍計數器：傳統檢測器，通過X射線激發閃爍體產生熒光，再由光電倍增管轉換為電信號，適合常規測量。

　　硅漂移檢測器（SDD）：半導體檢測器，響應速度快、能量分辨率高，可區分不同波長的X射線，適合快速掃描或多元素樣品。

　　CCD面探測器：可同時采集大范圍衍射信號，適合實時成像或薄膜織構分析。

　　五、控制系統與數據處理系統

　　控制系統：由計算機和專用軟件組成，通過程序控制X射線源參數（電壓、電流）、測角儀轉動、檢測器工作狀態等，實現自動化掃描（如連續掃描、步進掃描）。

　　數據處理系統：將檢測器輸出的電信號轉化為衍射圖譜（縱坐標為強度，橫坐標為2θ角），并提供物相檢索、晶格參數計算、晶粒尺寸分析等功能（常用軟件如Jade、MDI）。

　　六、輔助系統

　　冷卻系統：除X射線管外，部分檢測器（如CCD）也需冷卻以降低噪聲。

　　真空/惰性氣體系統：用于測量易氧化樣品或減少空氣對長波長X射線的吸收（如測量輕元素時）。

　　自動進樣器：高通量儀器配備，可實現多個樣品的連續測量。