000.
Ｘ線回折の実際
無機固体化学
の単元です。
小単元
概要
＜原理＞
・試料を粉末にしてホルダー（板）に詰め、下図左のような装置にセットする。
・試料に対して入射角θでX線を当て、反射角θの位置の検出器で反射光が来たかどうかを検出する。Ｘ線は通常λ=1.5406Åの、Cuから出る単色光を用いる。Ｘ線管と検出器は、自動的に計測円上を移動するようになっている。
・もし(100)面で回折が起こるような角度（θ1）にＸ線管と検出器が来たときには、試料粉末の中には(100)面がホルダー面と平行になっているような粒が必ず存在する（粒の数がたくさんあるので、偶然そのように向いている粒子があるはず）。そのときには検出器に反射光が入る。
・また、(111)面で回折が起こるような角度（θ2）においても、(111)面がホルダー面と平行になっているような粒が存在するはずだから、検出器には反射光が入る。このようにして、θを変化させて行けば、結晶のすべての面からの回折が観測される。そのようにして測定した結果の例を下図右に示す。
・下図右の横軸は反射光が検出された角度（2θ）である。縦軸の反射光強度は（現段階では）意味を持たない。2θの組合せは面間隔の組合せと同じ意味なので、物質特有である。
＜物質の同定のしかた＞
・非常に多くの物質について、その結晶面間隔のデータが「JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards)カード」に収録されている（例を宿題に示す）。例えばKClについては(100)面が6.293Å、(110)面は4.450Å、(111)面は3.633Å…というように。
・Braggの式を使えば、Ｘ線の波長が装置によって異なっていても、その都度2θが計算できる。
JCPDSカードには、n=1として計算して良いようにデータが記載されている。λ=1.5406Åなら、
2θはそれぞれ14.06°、19.94°、24.48°…であることがわかる。測定された2θがそのようになっていれば、物質はKClであることがわかる。
・JCPDSカード（本学図書館にも所蔵）に収録されていない物質は同定できないことになるが、実際に
は非常に沢山の物質のデータが入っているので、そのようなことは事実上ない。全く未知の物質の結晶構造もX線回折で解析することができるが、それについては講義の範囲を越える。
＜X線回折の使用目的＞
１．目的物が合成できたかどうかの確認
例：CaOとTiO2を反応させて（混合物を長時間加熱して）、CaTiO3という化合物を作る。CaO、TiO2、CaTiO3は皆結晶構造が違うので、もしまだCaOやTiO2の回折ピークが観測されれば「反応は完結していない」とわかる。化学分析ではそのようなことは知り得ない。
２．不明な物質の同定
化学分析しようにも、どんな元素が入っているのかわからない。→X線回折ピークから同定する。
（JCPDSカードには、検索インデックスもついている。）