同步辐射衍射数据精修
以下文章来源于XRD Refinement ,作者王小z
同步辐射简介
当高能电子在磁场中以接近光速运动时,如运动方向与磁场垂直,电子将受到与其运动方向垂直的洛仑兹力的作用而发生偏转。带电粒子作加速运动时都会产生电磁辐射,因此这些高能电子会在其运行轨道的切线方向产生电磁辐射。这种电磁辐射最早是在同步加速器上观测到的,因此就称作同步加速器辐射,简称同步辐射光。
据《宋会要》记载,早在公元 1054 年 7月,我国古代天文学家就观测到金牛座中天关客星附近出现异象:“昼见如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日。”[1] 这是人类历史上第一次详细记载超新星爆发。这颗超新星爆发后的遗迹形成今夜星空的蟹状星云。现代天文学家确认该星云的辐射,正是爆炸产生的高能电子在星云磁场作用下的电磁辐射,也即同步辐射。

同步辐射作为光源,其主要特点可归结为:
亮度高,譬如 X 光强度可以达实验室转靶 X 光机的一万倍甚至一百万倍以上;
光谱连续且范围宽,可从远红外到硬 X 射线;
有时间结构,一般同步辐射光脉冲的脉宽为几十皮秒量级;
高准直性。
通俗来讲,可以粗略将同步辐射粉末衍射数据看作是特定波长的、能量极高的、分辨率极高的粉末衍射数据处理。
Jade中物相鉴定
2.1 导入数据,直接拖入即可。
2.2 设置衍射波长,这里测试数据使用线站的波长为0.6887 Å。


2.3 S/M检索结果为P-3空间群的BaAl2Si2O8。接着去ICSD或者Findit等结构数据库下载对应的CIF文件,构建初始模型。

初始模型(pcr)
在获得对应的初始CIF后,进行初始结构模型构筑。3.1 Edpcr → cif-pcr

进入,默认选项即可。
3.2 Patterns。设置数据类型和相应的波长条件。


对于同步辐射数据,Lambda1 =Lambda2 。依据参考手册Lambda字段。
其余参数按照前面推文所述设定,具体意义可查看手册。保存即可得到初始的pcr文件
图形参数修正
一个X射线粉末衍射图谱,主要由结构参数和图像参数两种不同特性的参数贡献。图谱的峰形和位置主要由图形参数决定,图谱积分强度主要由结构参数决定。精修时可分两步进行,先修正图形参数,第二步再修正结构参数。Fullprof提供了一种 Profile Matching模式,先对图形参数进行修正。设置Jbt = 2。
4.1 设置Jbt =2,保存。设置精修轮数为20,运行如下:

放大区域,观察计算谱与差值线,可以看出计算峰位偏右,即晶胞参数过小。开始修正晶胞参数。

4.2 Cell Para. — Cell Para. + Zreo
经过多轮的晶胞参数零点修正,如下,衍射峰位置对齐程度明显改善,chi2数量级降低。

4.3 Bac. 1 + 2 + 3
简单背底,使用默认的多项式函数描述即可。此后,chi2 = 439。

4.4 FWHM → W

4.5 Eta_0 → W → U → W+U → Bac 1,2,3,4,5,6 (需多次)

此时,
U 0.044478
V -0.000916
W 0.000477
4.6 Bac.
此后,修峰型参数均变化不大,放大发现,选择的多项式拟合背底为直线;而在数据中2 — 16°背底为凸起宽包。此时,换背底函数。
两种方法:一为增加描述背底的多项式次数;二为手动修正背底,再进行拟合。这里选择手动背底方式,然后对Bac.拟合,结果如下:

结构参数修正
5.1 Scale
在图形参数修正基本完成后,开始对结构参数进行修正。修改Jbt = 0,修Scale因子。

5.2 Atoms Coord. + Overall B
结构参数,主要有原子坐标,占有率,温度因子等。依次对原子坐标进行修正,从重原子至轻原子。
并设置Al原子和Si原子在对称位置。(z坐标和为1)
pcr部分如下(由于编排原因,对文件间距进行了调整):
!Atom Typ X Y Z Biso Occ
In Fin N_t Spc /Codes
Ba1 Ba 0.0000 0.0000 0.0000 0 0.15667
0 0 0 0
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Al1 Al 0.3333 0.6667 0.2887 0 0.33333
0 0 0 0
0.00 0.00 -11.00 0.00 0.00
Si1 Si 0.3333 0.6667 0.7112 0 0.33333
0 0 0 0
0.00 0.00 11.00 0.00 0.00
O1 O 0.3333 0.6667 0.5123 0 0.33333
0 0 0 0
0.00 0.00 21.00 0.00 0.00
O2 O 0.9876 0.4351 0.2075 0 1.00000
0 0 0 0
31.00 41.00 51.00 0.00 0.00

最终精修品质因子为:
Rp: 5.04;Rwp: 6.92;Rexp: 2.07;Chi2: 11.1;S = 3.34.
chi2偏大,个人认为主要原因有二:一为计数高的衍射强度(1.6 * 105),计数统计不再是主要的误差[2]**;其二为衍射数据存在第二相,在纵坐标为SQR表示方法下,可以看出,有很多第二相的衍射峰(绿色框)。该数据还可进行第二相处理,达到更好的效果!(**该原因目前有争议)

作图并给出结构数据表格:


[1] 维基百科。https://zh.wikipedia.org/wiki/SN_1054
[2] 梁敬魁. 粉末衍射法测定晶体结构[M]. 科学出版社, 2011.
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