DE2933047C2 - Verfahren und Vorrichtung der Röntgendiffraktion - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Die bewährten Verfahren und Vorrichtungen zur Strukturuntersuchung kristalliner und flüssiger Stoffe mittels Röntgenstrahlung bauen stets auf den Überlegungen und Methoden von Laue und Bragg auf. Einen guten Oberblick gibt das Buch H. P. Klug/L E. Alexander, »X-Ray Diffraction Procedures«, New York ²1974. Für die Untersuchung von Einkristallen ist ein Röntgengoniometer gemäß der DE-PS 20 45 031 vorteilhaft, mit dem man an dem justierten Kristall Beugungsbilder sowohl nach de Jong-Bouman als auch nach dem Buerger-Präzessionsverfahren gewinnen kann, was gegenüber der früheren Technik mit zwei getrennten Geräten eine beträchtliche Vereinfachung bedeutete.

Für pulverförmiges Material sind Diffraktometer üblich, die ein von Debye-Scherrer angegebenes Grundverfahren anwenden. Unter Verwendung von Monochromatoren, wie sie etwa in den »International Tables for X-Ray Crystallography«, Vol. 3 (1962), auf S. 79 bis 83 beschrieben sind, kann man mit modernen automatischen Diffraktometern Feinstrukturanalysen nach der Bragg-Brentano-Methode durchführen. Für Sonderfälle benutzt man modifizierte Verfahren nach Seemann-Bohlin, Guinier und anderen.

In der DE-AS 12 45 164 wurde ein Diffraktions-Goniometer vorgeschlagen, das die Anwendung der beiden Fokussierungen nach Bragg-Brentano und Seemann-Bohlin in einem Gerät gestattet. Dazu ist ein besonderer Hilfsarm vorgesehen, dessen Drehachse auf dem Goniometerkreis liegt und der einen Mitnehmer für den Strahlendetektor hat Dieser durchläuft den Fokussierungskreis nach Seemann-Bohlin, wenn er mit dem Hilfsarm bewegungsverbunden und zugleich radialverschieblich angeordnet wird. Das Gerät erfordert infolge der notwendigen Koppelung und Entkoppelung von Rotations- und Translationsbewegung einen gewissen mechanischen Aufwand und ist auch hinsichtlich der Justierung nicht unproblematisch.

Zwar zeigt die US-PS 31 05 901 an einem Einkristall-Diffraktometer einen Goniometerkreis, der auch durch einen Monochromator verlaufen kann. Dieser dient jedoch nur der Erzeugung monochromatischer Strahlung und ist eben, weil gar kein fokussierender Strahlengang benötigt wird.

Bei den herkömmlichen Verfahren mit konvergentem Strahlenbündel z. B. nach Seemann-Bohlin oder Guinier befand sich das Präparat regelmäßig am Umfang des Goniometerkreises mit der zwangsläufigen Folge, daß jeweils nur ein Teil des 2 Θ-Bereichs erfaßt werden konnte. Sollten nun die reflektierien Strahlen senkrecht auf das Detektorfenster treffen, so mußte der Detektor je nach Winkellage um eine Vertikalachse gedreht und in Tangentialrichtung zum Fokussierungskreis verschoben werden. Diese Überiagerungs-Kinematik des Detektors stand einer Automatisierung unter Verwendung der Strahlengänge nach Seemann-Bohlin und Guinier entgegen.

Soweit hingegen das Präparat herkömmlich im Zentrum des Goniometerkreises stand, war es einem divergenten Strahlenbündel ausgesetzt Es schien näinlich aus Intensitätsgründen geboten, die Probe divergent zu bestrahlen, um ohne zu große Verluste eine brauchbare Fokussierung durch das Präparat selbst zu erlangen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Verfahren und Hilfsmittel der Röntgendiffraktometrie auf einfache Weise so zu verbessern, daß vornehmlich auch im Durchstrahlverfahren hinreichend dünne und beliebig geformte Präparate, z. B. Zylinder oder Platten, mit großer Winkelgenauigkeit, hoher Intensität und großer Auflösung gemessen werden können, und außerdem die Anwendungsmöglichkeiten auszubauen.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch die Maßnahmen der kennzeichnenden Teile von Anspruch 1 und 5.

Auf neuartige Weise wird es dadurch überraschend einfach möglich, mit geringem Aufwand die bekannten Methoden in einer Anordnung so zu kombinieren, daß der gesamte 2 Θ-Bereich mit einheitlich hoher Auflösung sowohl für Transmissions- als auch für Reflexionsaufnahmen voll zur Verfugung steht, ohne daß die herkömmlich notwendigen Umbauten vorgenommen werden müßten. Die zu untersuchende Probe befindet sich im Zentrum des Goniometerkreises, auf dessen Umfang sowohl Monochromator als auch Detektor angeordnet sind. Ferner ist die Probe % anders als nach Bragg-Brentona % stets im konvergenten Primärstrahl-Bündel, und zwar im Mittelpunkt des Goniometerkreises, so daß ein und derselbe Aufbau sowohl Debye-Scherrer- als auch Durchstrahlungs- und Rückstrahlungs-Aufnahmen erlaubt Außerdem ergibt sich bei Durchstrahlungs- und Debye-Scherrer-Aufnahmen eine exakte Fokussierung längs des gesamten Goniometerkreises, was mit einem divergenten Strahlengang nicht zu erreichen ist. Das so erzielte hohe Auflösungsvermögen macht erstmals die Vermessung luftempfindlicher Präparate in Kapillaren möglich. Ferner kann für Rückstrahldiagramme die Parafokussierung des Präparats ausgenutzt werden. Daher lassen sich die für Strukturuntersuchungen wichtigen Intensitätsbestimmungen im Kombinations-Scan in wirtschaftlich kurzer Zeit und hinreichend exakt ausführen. Erst diese quantitative Auswertung gestattet die Feststellung bevorzugter Orientierungen, weil die Intensitätsunterschiede zwischen Transmission und Reflexion nicht selten groß sind und im Debye-Scherer-Diagramm gewissermaßen Mittelwerte der Intensitäten aufgefunder, werden. Für all das bietet der Stand der Technik kein Vorbild.

Dank der Anordnung gemäß den Ansprüchen 2 und 6 kann eine symmetrische Fokussierung benutzt werden, wobei die Monochromatormitte vom Strichfokus der

" Röntgenröhre ebenso weit entfernt ist wie von der Fokallinie am Umfang des ortsfesten Goniometerkreises. Infolgedessen läßt sich für den Monochromator auch pyrolytischer Graphit verwenden, der bekanntlich nicht asymmetrisch bearbeitbar ist. Andererseits ist es auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, asymmetrisch angeschliffene Silicium-Monochromatoren zu verwenden, so daß der Abstand vom Röhrenfokus zur Momochromatormitte kurz gehalten werden kann und man goniometerseitig viel Platz für die Anordnung von Zusatzeinrichtungen gewinnt. In jedem Falie bietet das stets fokussierte Bündel den Vorteil der bequemen und schnellen Festlegung des Nullpunkts der voll ausnutzbaren 2 Θ-Skala.

Die Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 3 und 7 ermöglichen es in überraschend einfacher Weise, auch ausgedehntere Flächenpräparate in symmetrischer Oberflächenreflexion zu untersuchen, trotz deren parafokussierender Wirkung, die der konvergenten Bündelung des Monochromator entgegengerichtet ist. Man erreicht dies gemäß Anspruch 8 durch Einengung der Weite des Strahlenfächers mit einer genau auf seine Mitte einjustierten Doppel-Spaltanordnung. Daher lassen sich auch unmittelbar hintereinander Transmissions-und Reklexionsmessungen durchführen, und zwar ohne die herkömmlich notwendige Versetzung des Präparats oder gar des ganzen Goniometers. Solche Kombinationsaufnahmen sind z. B. für zuverlässige quantitative Intensitätsmessungen sehr wichtig, weil sie die Feststellung bevorzugter Orientierung etwa von Pulverteilchen erlaufen. Vorteilhaft ist ferner, daß für Transmissionsund Reflexionsmessungen der gleiche Präparatehalter benutzt werden kann und daß es ohne weiteres möglich ist, pulverförmige Substanzen oder Flüssigkeiten in Debye-Scherrer-Kapillaren mit guter Auflösung zu vermessen oder ohne besondere Umbauten Messungen im Kleinwinkelbereich (Θ = 0,5° ... 2°) vorzunehmen.

Ein Austausch von Monochromatoren ist dank der Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 4 und 9 leicht durchzuführen, so daß man nach Bedarf z. B. Silicium-Monochromatoren hoher Winkelauflösung oder Graphit-Monochromatoren hoher Intensitätsausbeute benutzen kann. Die erfindungsgemäße Diffraktometer-Grundanordnung wird davon nicht beeinflußt

Apparative Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 10 bis 22. Sie erleichtern das Arbeiten außerordentlich, indem die notwendigen Justiergänge vereinfacht sind und besonders schnell durchgeführt werden können. In die erfindungsgemäß gestalteten Probenhalter können die verschiedenen Proben mühelos eingesetzt werden. Insbesondere kann ein scheibenförmiges Präparat während der Aufnahme in seiner Ebene rotieren, um bevorzugte Orientierungen auszuschließen bzw. umgekehrt sicher erfassen zu können. Besonders günstig ist auch, daß verschiedene Probenhalter sich rasch und in vorjustierter Anordnung austauschen lassen.

Während in der Zeichnung F i g. 1 und F i g. 2A, 2B schematisch den Stand der Technik repräsentieren, wird in den Fig.3 bis 10 die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Bragg-Brentano-Verfahrens,

F i g. 2A eine schematische Darstellung des Seemann-Bohlin-Verfahrens in Rückstrahlanordnung,

F i g. 2B eine schematische Darstellung des Seemann-Bohlin-Verfahrens in Durchstrahlanordnung.

F i g. 3 eine schematische Draufsicht auf eine erfinv. jngsgemäße Diffraktometeranordnung,

Fig.4 eine Draufsicht ähnlich Fig.3, jedoch mit einem zusätzlichen Sekundärmonochromator,

Fig.5 eine Seitenansicht, teilweise im Axialschnitt, eines Probenhalters,

Fig.6 eine Seitenansicht, teilweise im Axialschnitt, eines anderen Probenhalters,

F i g. 7 eine Vorderansicht einer Platte zur Verwendung im Probenhalter der F i g. 6,

Fig.8 in auseinandergezogener Darstellung eine Schnittansicht eines Trägers mit Schraubring,

Fig.9 in auseinandergezogener Darstellung eine Schnittansicht eines Trägers mit Preßring, und

Fig. 10 eine Vorderansicht des Trägers von Fig.9 bei abgenommenem Preßring.

Das in F i g. 1 schematisch dargestellte Bragg-Brentano-Verfahren bedient sich eines divergenten Röntgenstrahlenbündels 12, das entweder von einem Röhrenstrichfokus 10 oder, seltener, von der Fokallinie 16 eines (Primär-)Monochromators 14 ausgeht Um eine Achse parallel zur Fokallinie 16 ist im Zentraum des sogenannten Goniometerkreises 24 ein Präparat 22, gewöhnlich in Form einer Preßplatte aus Pulvermaterial, um eine Achse senkrecht zur Kreisebene drehbar angeordnet Um die gleiche Drehachse ist eine aus Spalt 26 und Detektor 28 bestehende Einheit mit doppelter Winkelgeschwindigkeit schwenkbar. Weil die Präparatplatte 22 stets symmetrisch zu der einfallenden wie zu der reflektierten Röntgenstrahlung steht, hat sie eine parafokussierende Wirkung. Diese nimmt jedoch bei breit gefächertem Primärstrahlenbündel mit steigendem Glanzwinkel θ ab, da die Fokussierungskreise (welche die Fokallinien und den Mittelpunkt des Goniometerkreises 24 durchlaufen) immer kleiner werden, so daß auch eine näherungsweise Übereinstimmung von Fokussierungsbogen und Tangentialebene (= Präparat 22) nicht mehr gegeben ist Die Nullpunkte der Diffraktometerkreise können wegen des divergenten Strahlenbündels nur mit größerem Aufwand durch komplizierte Justierverfahren bestimmt werden. Nachteilig ist ferner, daß die parafokussierende Wirkung relativ große Präparateplatten 22 verlangt, bei denen eine bevorzugte Orientierung der Teilchen kaum vermeidbar und auch nicht exakt feststellbar ist

F i g. 2 zeigt das Prinzip des Seemann-Bohlin-Verfahrens, bei dem ein gefächertes Röntgenstrahlungsbündel 12 über einen Monochromator 14 auf ein % ebenes oder gebogenes ⁰Zo Präparat 22 fokussiert wird. Das Präparat 22 liegt am Umfang des festgelegten Goniometerkreises 24. Es kann entweder in Rückstrahlanordnung (Reflexion, Fig.2A) oder in Durchstrahlanordnung (Transmission, F i g. 2B) verwendet werden, was jeweils eine Verlagerung des Reflex-Fokussierungskreises und des Präparates 22 in eine andere Stellung erforderlich macht Die Reflexprofile sind je nach dem erfaßten Winkelbereich sehr unterschiedlich. Auch sind die Abstände zwischen Piäparat 22 und Detektor 28 nicht konstant, so daß letzterer in kenematisch relativ umständlicher Weise entlang des Fokussierungskreises geführt werden muß. Deshalb eignet sich das Verfahren eher für Filmkameras, kaum aber für automatische Diffraktometer, mit denen man die Reflexe über weite Winkelbereiche ohne Unterbrechung unter möglichst g. iichen Bedingungen messen will.

Während für die Anordnungen gemäß F i g. 2A und ^: Fig.2B im Regelfall ein Primär-Monochromator 14 unerläßlich ist, benutzt man einen solchen in der

Anordnung gemäß F i g. 1 aus Intensitätsgründen nur gelegentlich. Man bevorzugt Sekundär-Monochromatoren (Zwischen Präparat 22 und Detektor 28), die vom Präparat 22 ausgehende unerwünschte Strahlenanteile wie Fluoreszens-, Compton- und radioaktive Strahlung beseitigen, welche nicht in das als Detektor 28 meist verwendete Zählrohr fallen soll.

In der Anordnung nach Fig.3 wird vorzugsweise ei- £ liegende Röntgenröhre benutzt, von deren Strichfokus 30 ein divergentes Röntgenstrahlungsbündel 32 ausgeht, das seitlich von einer Blende 34 begrenzt wird. Zur Begrenzung der Vertikaldivergenz dient eine Sollerschlitz-Anordnung 36. Das so definierte Bündel 32 fällt auf einen gebogenen Monochromator 38, der z. B. aus Graphit oder Silicium bestehen kann und ein monochromatisiertes, konvergentes Strahlungsbündel 42 auf den Umfang eines Goniometerkreises 46 fokussiert In dessen Zentrum sitzt parallel zur Goniometerachse 48 das zu untersuchende Präparat 44. Soweit es die Fokussierung nicht ernsthaft stört, lassen sich deren vorteilhafte Möglichkeiten über den gesamten 2 Θ- Bereich ausnutzen.

Der Abstand D zwischen Strichfokus 30 und Monochromator 38 einerseits und zwischen letzterem und dem am Umfang des Goniometerkreises 46 angeordneten Detektor 52 mit Spalt 50 andererseits beträgt beispielsweise je 260 mm. Diese große Bemessung sorgt für ausgezeichnetes Winkelauflösungsvermögen bei hinreichender Intensität und für genügend Platz auf dem Goniometertisch, um Zusatzeinrichtungen unterzubringen. Um die in der Längsmitte des Monochromator« 38 angeordnete Monochromatorachse 40 kann die ganze Goniometer-Anordnung in begrenztem Winkelbereich verschwenkt werden. Daher ist der Austausch des Monochromator 38 mühelos möglich, ohne daß die bequeme Justierung des monochromatisierten Bündels 42 oder der Spalt- und Detektor-Anordnungen beeinträchtigt würde.

Die Fokussierungsbedingungen des Diffraktometers sind erfüllt, wenn entweder enge Debye-Scherrer-Kapillaren (78, Fig.5) oder dünne Präparatscheiben (84, Fig.6 und 8) in Form beiderseits mit Pulver beschichteter Folien mit der Goniometerachse 48 fluchtend einjustiert werden. Die Winkelauflösung hängt dann nicht von der Breite des konvergenten Bündels 42 ab, so daß es großen Querschnitt haben kann, und zwar bei jeder Art von Transmissions-Ausnahmeverfahren.

Eine genügende Fokussierung ist aber auch gegeben, wenn für eine bestimmte Strahlung (z. B. Cu-Ka) konstruierte Monochromatoren bei einer anderen Strahlung (z.B. Cu-Kp) von geringfügig anderer Wellenlänge verwendet werden oder wenn gemäß F i g. 4 ein Sekundärmonochromator zwischen Präparat 44 und Detektor 52 eingesetzt wird.

Sind jedoch im Reflexionsverfahren ausgedehnte Flächenpräparate zu untersuchen, etwa dünne Folien oder Preßplatten, so können die Fokussierungsbedingungen durch die parafokussierende Wirkung des im Zentrum des Goniometers befindlichen (ebenen) Präparats 44 stark gestört werden. Um dem zu begegnen, ist eine Anordnung mehrerer Spalte 56,58,60 vorgesehen. Während Spalt 56 eine der Monochromatormitte gegenüberstehende Kantenblende bildet, dient der dahinter anschließende Spalt 58 mit nachgeordneter Streublende 60 dazu, die Breite des genau zur Goniometerachse 48 hin justierten, konvergenten Bündels 42 auf eine schmale Linie zu reduzieren. Sie kann z. B. auf eine Maximalbreite von 0,2 mm eingestellt werden, um einerseits eine gute Winkelauflösung für Reflexionsdiagramme zu garantieren und um andererseits Transmissionsdiagramme hinreichender Intensität zu ermöglichen.

Zur Herstellung eines genügend schmalen Strahlenbündels 42 sind Präzisionspalte mit Justier- und Mikrometerschrauben vorgesehen. Der Längsmitte des Monochromator 38 gegenüber kann die Kantenblende ίο 56 parallelverschieblich angeordnet sein. Eine nachfolgende Spaltblende 58 kann aus beweglichen Wandteilen eines (nicht gezeichneten) zylindrischen Gehäuses bestehen, das den Monochromator 38 umschließt.

Zumindest zum Arbeiten im Kleinwinkelbereich benötigt man eine Doppelspalt-Anordnung 58, 60. Im Beispiel der F i g. 3 dient zur scharfen Begrenzung des konvergenten Bündeis 42 die Spaltblende 58; die von letzterer ausgehende Streustrahlung wird durch die nachfolgende Spaltblende 60 beseitigt Während dies für Transmissionsdiagramme und Debye-Scherrer-Aufnahmen genügt, rückt man eine Präzisions-Begrenzungsblende 60 bei Reflexions- oder kombinierten Reflexions-Transmissions-Messungen möglichst nahe an das Präparat 44 heran.

Der Goniometerkreis 46 wird durch eine entlang seinem Umfang bewegliche Detektoranordnung abgestastet, die aus einem Spalt 50, einem Zählrohr 52 und einem Zählrohrarm 54 besteht Es ist auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, zumindest große Sektoren des 2 Θ-Bereichs oder diesen insgesamt durch einen ortsempfindlichen Detektor z. B. des von V. Perez-Mendez angegebenen Typs zu erfassen, der u. a. in »Nuclear Instrumentes and Methods« 156 (1978), 53 ... 56 beschrieben ist

Auf einem in Fig.4 gestrichelt angedeuteten Schwenkaufsatz 66, der auf einem ebenfalls gestrichelt gezeichneten engeren Kreis verfahrbar ist, kann hinter einem Spalt 68 ein Sekundärmonochromator 70 vorgesehen sein, um vom Präparat 44 ausgehende unerwünschte Strahlungsanteile zu beseitigen. Zählrohrarm 54 und Schwenkaufsatz 66 können geeignete Führungen aufweisen, beispielsweise Schwalbenschwanzführungen, um die korrekte röntgenoptische Ausrichtung von vornherein zu gewährleisten. Die in den F i g. 5 bis 7 gezeichneten Probenhalter 72 bzw. 79 gestatten mit verschiedenen Einsätzen den raschen Austausch und die genaue Justierung der Präparate 44, die als Folien und Platten mäßiger Wandstärke sowohl für Rückstrahl- als auch für Durchstrahl-Aufnahmen geeignet sind, während dickere Platten nur in Reflexion gemessen werden können.

Einen Probenhalter 72 für Röhrchenpräparate zeigt Fig.5 in Form einer Tragscheibe 74 mit einem Reibradantrieb 75 für einen drehbaren Goniometerkopf 76, auf dem Debye-Scherrer-Kapillaren 78 in üblicher Weise befestigbar sind, etwa mittels Klebwachs, Siegellack, Picein, Canada-Balsam ο. dgl. Die optische Ausrichtung des Präparatröhrchens 78 erfolgt unter Ausnutzung der Freiheitsgrade des Goniometerkopfes 76 im Fadenkreuz eines (nicht gezeichneten) vorübergehend benutzten Mikroskops. Um die Achse des Präparatröhrchens 78 mit der Goniometerachse 48 zum Fluchten zu bringen, ist die Tragscheibe 74 mit einer (der Einfachheit halber nicht dargestellten) Stellanordnung nach Art eines Kreuzsupports versehen. Eine Steckachse 96 der Tragscheibe 74 ist in das Innere des Goniometertisches einsetzbar. In gleicher, vorjustierter Anordnung kann auch die

Steckachse 96 des in F i g. 6 und 7 veranschaulichten Probenhalters 79 in den Goniometertisch eingesetzt werden. Die in Fig.6 gezeigte Anordnung weist eine halbzylindrische Stufenscheibe 92 mit einer vertikalen Stufenfläche 94 auf, an der eine ebene Platte 80 vertikal befestigbar ist. Diese besitzt, wie auch F i g. 7 erkennen läßt, eine kreisrunde Aussparung 82 zur Aufnahme eines Trägers 85 für eine Präparatscheibe 84. Letztere ist bis an einen Anschlag 87 des Trägers 85 in diesen axial einzusetzen und durch einen Schraubring 86 zu sichern (F i g. 7 + 8). Der als Reibring 88 ausgebildete Umfang des Trägers 85 wird an der Platte 80 von Rollen 89, 91 erfaßt und gehalten. Zweckmäßig sind zwei frei drehbare Rollen 89 und eine Reibrolle 91 vorhanden, welche letztere von einem Rotor 90 angetrieben werden kann, um Träger 85 und Präparatscheibe 84 in ihrer Ebene rotieren zu lassen.

Während die Präparatscheibe 84 im Träger 85 nach Fig.8 beispielsweise eine gepreßte Pulverplatte sein kann, die sich bei größerer Wandstärke nur in Reflexion messen läßt, gestattet es der Träger 101 gemäß F i g. 9 und 20 auch, für Transmissions-Aufnahmen geeignete Folien und dünnere Platten 100 in reproduzierbarer Anordnung zu haltern. Dazu ist ein Anpreßring 103 vorgesehen, der mit eingelegter Folie 100 von Magnetleisten 102 bis an einen Anschlag 104 des Trägers 101 gezogen wird. Der Reibrand 88 auch dieses Trägers 100 wird von den Rollen 89, 91 des Probenhalters 79 drehbar gehalten.

Diese Einrichtungen ermöglichen die genaue Justierung verschiedenster Proben im Goniometerzentrum, so daß die mit der Fokussierung erzielte hohe Genauigkeit der 2 Θ-Skala voll ausgenutzt werden kann. Deren Nullpunkt wird mit 2e-Schritten von 0,005° (= 03') einjustiert; die mechanische Genauigkeit des benutzten (nicht dargestellten) Getriebes ist noch besser.

Der (nicht gezeichnete) Drehantrieb kann zwei Schrittmotoren mit Drehschritten von jeweils 0,0025° (= 0,15') mit elektronischer Winkelanzeige aufweisen. Zur Steuerung kann ein Minicomputer vorgesehen sein, z. B. ein solcher mit Doppel-Disketten-System.

Auch im Routinebetrieb ist bei Transmissions-Aufnahmen eine Winkelauflösung von 0,135° (= 8,1') mit Graphit-Monochromator und von 0,09° (= 5,4') mit Silicium-Monochromator erreichbar, gemessen mit der Halbwertsbreite (FWHM = full with at halfmaximum) des SiO₂-TrIpIeUs 122/203/301 bei Cu-Ka-Strahlung. Oie integrierten Intensitäten sind bei Verwendung von Graphit-Monochromatoren etwa fünfmal so groß wie mit Silicium-Monochromatoren. Natürlich hängt es von der Meßaufgabe ab, ob die erzielbare Winkelauflösung oder die verfügbare Intensität wichtiger ist

Ein Vergleich der Halbwertsbreiten von Debye-Scherrer-Reflexen und Rückstrahl-Reflexen ergibt Unterschiede bis zu 0,04° (= 2,4') zugunsten der

to Rückstrahlaufnahme. Die Reflexprofile können für alle Aufnahmearten mittels modifizierter Lorentz-Funktionen in guter Näherung dargestellt werden.

Man erkennt, daß erfindungsgemäß zwar wie nach der einen Art des Seemann-Bohlin-Verfahrens (F i g. 2b) eine konvergente Fokussierung im monochromatischen Primärstrahl 42 auf das Präparat 44 gerichtet wird. Der gebogene Monochromator 38 und die Deiekioranordnung 50, 52, 54 sitzen jedoch am Umfang des Goniometerkreises 46, und dieser verläuft durch die Längsmitte des Monochromator 38.

Wie beim Bragg-Brentano-Verfahren (Fig. 1) befindet sich das Präparat 44 in der Mitte des Goniometerkreises 46, längs dessen der Zähler 52 mit vorgeordnetem Spalt 50 geführt wird, und die Radien der Fokussierungskreise nehmen gleichfalls mit wachsendem Glanzwinkel θ ab. Es wird aber im Gegensatz zum Stand der Technik erfindungsgemäß am Präparat 44 das konvergente Strahlenbündel 42 benutzt, das entlang des Goniometerkreises 46 streng fokussiert ist Zusätzlich erlaubt die Spalt-Anordnung 56 ... 60 die Verengung des Bündels 42 derart, daß in symmetrischer Oberflächenreflexion auch ausgedehnte Flächenpräparate 44, 84, 100 trotz ihrer parafokussierenden Wirkung untersucht werden können.

Ein vollständiges Meßprogramm umfaßt außer der notwendigen Justierung folgende Verfahrensschritte: Bereitschaftstest zur Prüfung der verschiedenen Diffraktometer-Betriebsarten; Schnelldurchlauf der (Haupt-)Ref!exe; automatische Datengewinnung durch verschiedene Meßgänge mit Echtzeit-Diagrammen; Fehlerausgleichsrechnung für die gemessenen Profile; Indizieren von unbekannten Pulverdiagrammen und Zuordnen der gmessenen Daten zu den in Dateien gespeicherten Daten bekannter Strukturen; Berechnung der theoretischen Pulverdiagramme und Strukturverfeinerung aufgrund von Pulverdaten.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

Patentansprüche:

1. Röntgendiffraktionsverfahren zur Strukturuntersuchung polykristalliner und flüssiger Stoffe durch ein Röntgenstrahlungsbündel, gekenn- s zeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) das Röntgenstrahlungsbündel wird mit einem Monochromator auf den Umfang eines Kreises fokussiert,

b) der Umfang des Kreises verläuft durch die Monochromatormitte,

c) im Zentrum des Kreises wird, um eine Achse senkrecht zur Kreisebene drehbar, ein zu untersuchendes Präparat angeordnet,

d) mittels einer Detektoranordnung am Umfang des Kreises werden strukturspezifische Winkel und Intensitäten der am Präparat gebeugten Strahlung gemessen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand von der Röntgenstrahlungsquelle zur Monochromatormitte gleich dem Durchmesser des Kreises gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fokussierte Röntgenstrahlungsbündel zwischen Monochromator und Präparat parallel zur Kreisachse verengt wird, vorzugsweise bis auf eine schmale Linie.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis an der die Monochromatormitte durchsetzenden Umf angsstel-Ie in seiner Ebene um eine zu ihr senkrechte Achse schwenkbar angeordnet wird.

5. Röntgendiffraktometer zur Strukturuntersuchung polykristalliner und flüssiger Stoffe durch ein Röntgenstrahlungsbündel, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

40

a) das Röntgenstrahlungsbündel \32) ist mittels eines Monochromators (38) auf den Umfang eines Goniometerkreises (46) fokussierbar,

b) der Umfang des Kreises (46) verläuft durch die Monochromatormitte,

c) im Zentrum des Kreises (46) ist, um eine Goniometerachse (48) senkrecht zur Kreisebene drehbar, ein Probenhalter (72,79,85,101) für ein zu untersuchendes Präparat (44,78,84,100) angeordnet,

d) mittels einer Detektoranordnung (52, 54) am Umfang des Kreises (46) sind strukturspezifische Winkel (2 · Θ) und Intensitäten der am Präparat (44, 78, 84, 100) gebeugten Strahlung meßbar.

6. Diffraktometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (D) vom Röntgenröhrenfokus (30) zur Längsmitte des Monochromators (38) gleich dem Durchmesser des Goniometerkreises (46) ist.

7. Diffraktometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Monochromator (38) und Präparat (44) wenigstens eine Spaltblende (58 und/oder 60) vorhanden ist, mittels deren das fokussierte Strahlungsbündel (42) in präziser Einstellung parallel zur Goniometerachse (48) verengbar ist.

8. Diffraktometer nach Anspruch 7, dadurch

gekennzeichnet, daß zur Verengung des fokussierten Strahlungsbündels (42) eine Doppel-Spaltanordnung (58, 60) vorgesehen ist, bestehend aus einem Spalt (58) und einer dessen Streustrahlung beseitigenden Blende (60).

9. Diffraktometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verengung des fokussierten Strahlungsbündels (42) für Reflexionsmessungen oder kombinierte Reftexions-Transnüssions-Messungen die Spaltblende (60) dicht vor dem Präparat (44) angeordnet ist

10. Diffraktometer nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der Längsmitte des Monochromators (38) eine Kantenblende (56) angeordnet ist

11. Diffraktometer nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß die benutzten Spalte bzw. Blenden (58... 60) dem Monochromator (38) unmittelbar nachgeordnet und an seiner Halterung oder seinem Gehäuse befestigt sind.

12. Diffraktometer wenigstens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß in einem zylindrischen Monochromatorgehäuse verschieblich angeordnete Wandteile einen Spalt (58) bilden.

13. Diffraktometer nach wenigstens einem der Anspruches bis 12, dadurch gekennzeichnet daß der Goniometerkreis (46) an der die Längsmitte des Monochromators (38) schneidenden Umfangsstelle um eine zu Strichfokus (30) und Goniometerachse (48) parallele Achse (40) schwenkbar ist

14. Diffraktometer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß der Probenhalter (72) eine Tragscheibe (74) für einen Goniometerkopf (76) aufweist an dem ein Präparatröhrchen (Debye-Scherrer-Kapillare 78) befestigbar und mit der Goniometerachse (48) fluchtend justierbar ist

15. Diffraktometer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß der Probenhalter (79) eine ebene Platte (80) mit einer kreisrunden Aussparung (82) zur formschlüssigen Aufnahme eines Trägers (85,101) für eine Präparatschsibe (84) oder eine Folie (100) aufweist die mit der Goniometerachse (48) fluchtend justierbar ist

16. Diffraktometer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (85 bzw. 101) an seinem Umfang von drei Rollen (88,89) kraftschlüssig gehalten ist

17. Diffraktometer nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (85 bzw. 101) in seiner Ebene drehbar ist vorzugsweise mittels einer an seinem Umfang (88) angreifenden Reibrolle (91), die von Hand und/oder von einem an der Platte (80) angebrachten Motor (90) antreibbar ist.

18. Diffraktometer nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (80) an der vertikalen ötufenfläche (94) einer diagonal gestuften zylindrischen Scheibe (92) befestigbar und zur Goniometerachse (48) hin justierbar ist

19. Diffraktometer wenigstens nach Anspruch 13 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise die Tragscheibe (74) oder die Stufenscheibe (92) mit dem Goniometertisch verbindbar ist.

20. Diffraktometer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet daß vor der Detektoranordnung (52, 54) ein Sekundärmonochromator (70) anbringbar ist, vorzugsweise

durch Aufschieben seiner Halterung auf den Zählrohrarm (54).

21. Diffraktometer nach wenigstens einem der Anspruches bis 20, mit solchem Antrieb für den Goniometerkreis, daß dessen Winkelgeschwindigkeit genau halb so groß ist wie diejenige der am Umfang des Goniometerkreises schwenkbar angebrachten Detektoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Goniometertisch-Antrieb mit der Detektoranordnung (52,54) in starrer, Verzugs» eise elektronischer Kopplung bewegungsverbunden ist

22. Diffraktometer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektoranordnung zumindest für große Sektoren des 2 Θ-Bereichs oder für diesen insgesamt entlang dem Goniometerkreis (46) ein ortsempFindlicher Perez-Mendez-Detektor vorhanden ist