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二维XRD衍射数据在宝石鉴定中的应用

X射线衍射仪(XRD)

  • 您看过《华豫之门》没有?有没有见识过缅甸老坑玻璃种的帝王绿翡翠?我在曼德勒机场就听到过两个赌石的人在用中文讨论怎么货(从缅甸带原石是犯法的)....
    这几年有俩糟钱儿的人多了, 买料子的人也多了, 最不济的料子也能车珠子, 滋生了赌石的市场. 有利益就有C货, 甚至还真就有那玻璃来骗人的...
    去年仪器信息网搞了个宝石鉴定的分析技术集合的网络讲堂, 有用红外的, 有用拉曼的, 有测吸收光谱的, 有测折射率, 有测硬度的, 还有激光ICP, EDS测元素的. 不过在我看来, 一切不检查晶体结构的宝石鉴定都是耍流氓. 那什么技术才能检测样品的晶体结构呢? 衍射! 最常见的就是X射线衍射.
    大多数宝石属于无机非金属矿物, 众所周知X射线衍射在矿物物相定性定量分析方面的应用是决定性的. 近年来香港有不少做宝石鉴定的机构开始采购大面积二维探测器的XRD来鉴定样品的晶体结构. 原因就是一般粉晶X射线衍射仪需要样品的晶粒随机分布才能在一个扫描方向上测到各种hkl衍射峰, 以进行物相鉴定和定量分析. 而宝石(天然矿物)的晶粒一般都存在择优取向, 是不可能磨成粉来测的. 那么就需要用大面积二维探测器收集各方向的衍射斑点, 或者有装配有大样品台反射几何的单晶衍射仪来检测.
    我能用到的衍射仪是台比较普通的实验室粉晶XRD, 装了个不算太大的二维探测器, 也可以来玩玩下面宝石的衍射. 话不多说直接上图:
    <-- 我奶奶买给我媳妇的翡翠
    <--样品静止不动的2θ/θ二维扫描
    您可以看到强烈的晶粒织构, 这样品要是用一维或者点探扫拿到的数据就是垃圾. 怎么才能将个方向的晶粒暴露在衍射矢量方向上呢? 用χ-φ样品台给样品做这两个方向上的异步摇摆, 然后同样扫描下的谱图就跟粉晶差不多了:
    <--样品在χ-φ摇摆下的2θ/θ二维扫描
    积分出来的一维数据也能很好地跟jadeite对应:

    再看看我奶奶送给我老妈的珠子:
    <--我奶奶送给我老妈的珠子
    <--样品静止不动都能看到粉晶衍射谱, 晶粒极小
    <-- 积分出来的一维衍射谱发现是石英粉
    明显是C货, 极有可能是石英粉染色注胶成型的.
    鉴定结果: 敌人的敌人就是朋友!
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  • 水清鱼读月

    第1楼2019/07/21

    应助达人

    啊哦,脑残粉占据二楼给iangie老师点个大大的赞。看完了全文,得出两个结论:
    1. 二维面探测对于不能破坏的有择优取向的样品,优势大大的;
    2. iangie老师的奶奶真有钱。^_^
    以及一个疑问,为毛谱图中的纵坐标强度那么低?是有个10^3没有截图截到吗,还是什么其他问题?才100counts不到的计数,居然有这么好的信噪比。

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  • 水清鱼读月

    第2楼2019/07/23

    应助达人

    还有一个问题啊,我注意到这个谱图上,12?以前的谱图背景很怪异,这是所有的二维阵列探测器都是这样吗?靠近探测器中心小角度测试不好?没有用过这种二维阵列探测器。希望Imagie老师看到了回答一下这些问题哈

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  • iangie

    第3楼2019/07/27

    应助达人

    从二维衍射谱积分到一维衍射谱可以选取不同的积分区域. 如果要完全的"定量", 积分区域应该按固定γ角选取:

    背景虽然会"正常", 但是会损失很多低2θ角宽γ的信号, 如果样品晶粒太大, 或者织构太严重, 还不一定能积分到该2θ范围内的全部hkl峰:

    如果只是做定性分析/寻相, 不如将全部2D衍射谱收集到的信号积分成一维谱, 虽然低角处背景的pixel数量不是线性的, 但能保证不浪费任何信号:

    水清鱼读月(loaferfdu) 发表:12?以前的谱图背景很怪异

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  • iangie

    第4楼2019/07/27

    应助达人

    这个强度是每个γ角度的Counts, 积分时可以选择不做γ角的归一化, 则会得到积分范围内的全部counts:

    水清鱼读月(loaferfdu) 发表:为毛谱图中的纵坐标强度那么低?

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  • Insm_7c0234fc

    第5楼2022/08/21

    这是理学的XRD做的吗

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  • iangie

    第6楼2022/08/21

    应助达人

    这组数据是Smart Lab+Hypix3000探测器做的,D8 Advance上只要用欧拉环+Eiger2探测器也是一样的效果

    Insm_7c0234fc(Insm_7c0234fc) 发表:这是理学的XRD做的吗

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  • 丘狐

    第7楼2022/09/23

    没想到用阵列探测器还能异步摇摆出这么漂亮的图,道理一讲就通,学到了呵呵

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