维权声明:本文为iangie原创作品,本作者与仪器信息网是该作品合法使用者,该作品暂不对外授权转载。其他任何网站、组织、单位或个人等将该作品在本站以外的任何媒体任何形式出现均属侵权违法行为,我们将追究法律责任。
一种用XRD定量弱结晶土壤样品的新方法
Xiaodong (Tony) Wang (仪器信息网iangie)
Centre of Material Research, Curtin University, Perth, WA 6150, Australia
目前使用X射线粉末衍射XRPD定量样品中各种晶相是比较成熟的技术. 其中比较通用的方法是使用Rietveld 全部拟合定量. 完全准确的拟合不仅能给出物相含量信息, 还能给出物相相干衍射尺寸(MCD), 应力, 择优取向(织构)等各种样品参数. 用Rietveld方法做全谱定量的基本思想是从各种上述但不仅限于的影响衍射峰强(峰面积/积分宽度)的样品因素中调整各种非含量信息, 以达到最佳拟合. 最终剩下的物相含量(比例)则被认为是Rietveld拟合后的最可能含量.
土壤矿物分为高岭土类, 蒙脱土类, 伊利石类, 绿泥石类, 以及其他2:1(四面体层/八面体层)海泡石类等矿物. 其中大部分种类的土壤样品都容易被各种金属离子取代, 化学成分因产地和母岩化学含量而变化. 蒙脱土类还具有容易吸收和释放碱金属和碱土金属离子的中间层, 使其化学成分和晶体结构更加复杂. 其三, 层间电荷小于0.5的土壤样品(特别是蒙脱石类)的TOT层间作用力很弱, 容易产生乱层结构 (turbostratic disorder). 这种缺陷使三维晶体网格退化成混乱叠加的二维晶体网层. 因此, 目前ICSD 数据库中收集的cif文件不足以描述所有的蒙脱石(smectite)样品. 使用这样的cif文件去Rietveld定量包含蒙脱石的土壤样品不仅得不到很好峰形拟合, 也不能得到正确的定量结果.
PONKCS方法是一种基于实际样品校准的XRD定量方法, 特别适用于未知晶体结构的物相的XRD定量. 这种方法已经广泛应用于水泥在线快速检测, 地质聚合物定量, 未知晶体结构矿物的Rietveld定量. 本文拓展这种方法到拥有复杂峰形(各向异性峰宽和非对称峰形)的物相的定量.
具体方法是首先提纯未知物相, 扫描未知物相的XRD谱图, 基于此谱图建立hkl结构. 再讲该物相与一系列比例的已知内标均匀混合, 扫描XRD谱图. Rieveld定量的公式是物相之间的比例等于各物相scale factor与ZMV factor的积之间的比例. 因此通过精修得到的各相的scale factor和已知混合物的比例, 加上内标的ZMV因子可以反推出未知物相的ZMV因子. 将此ZMV因子补充到原来的hkl结构中完成可用于定量的自建模型. 此模型可以用于Rietveld定量, 即用此模型描述的未知结构物相可以和用cif文件描述的其他物相同时精修. 所有的操作完全在TOPAS全谱拟合软件中无缝完成.
本文作者提纯了西澳红土矿中的蒙脱石矿物, 用这种方法定量使定量的绝对误差不大于5 wt%. 这种方法可以推广到任何复杂峰形的物相的XRD定量分析中. 唯一的要求是要能够在实验上提纯这种物相. 更具体的描述请参见附件.
欢迎大家不吝指教, 提出建议, 积极讨论.