拆解精密仪器！X射线衍射仪内部竟藏着这些核心组件？

　　X射线衍射仪是一种基于X射线与物质相互作用原理的高精度分析仪器，主要用于测定物质的晶体结构、物相组成及晶体学参数。其核心原理是布拉格方程（2dsinθ=nλ），当X射线照射到晶体上时，晶体中规则排列的原子会使X射线发生衍射，衍射波在特定方向上叠加增强，形成特征衍射峰。通过分析衍射峰的位置、强度及形状，可获取晶面间距、晶胞参数、原子排列方式等关键信息。

　　X射线衍射仪其基本结构可分为以下六个核心部分：

　　一、X射线源

　　X射线源是产生入射X射线的装置，是仪器的“光源”，直接影响衍射信号的强度和质量。

　　核心组件：

　　X射线管：z常用的是密封式X射线管（如铜靶、钼靶），通过灯丝发射电子，经高压加速后撞击金属靶材，产生特征X射线（如Cu靶的Kα射线，波长0.15418nm）；高d仪器可能配备旋转阳极X射线管，通过靶材高速旋转增强散热，输出更强的X射线。

　　高压电源：为X射线管提供加速电压（通常20-60kV）和灯丝电流（10-50mA），控制电子能量和发射量。

　　冷却系统：通过水冷或油冷装置带走X射线管产生的热量，防止靶材因高温损坏。

　　二、测角仪

　　测角仪是XRD的“机械核心”，用于精确控制样品、X射线源和检测器的相对角度，满足布拉格衍射条件（2d sinθ=nλ）。

　　核心功能：通过精密机械结构实现角度调节，分为两种类型：

　　θ-2θ型（z常用）：样品随θ角转动，检测器随2θ角转动，确保衍射信号始终被检测。

　　θ-θ型：样品固定，X射线源和检测器以2:1比例转动。

　　关键部件：

　　样品台：放置样品（粉末、薄膜、块状等），需保证样品平面与旋转轴严格对齐。

　　角度编码器：精确测量转动角度（精度可达0.0001°），确保角度控制的准确性。

　　驱动系统：由步进电机驱动，实现连续或步进式角度扫描（如1°/min到10°/min的扫描速度）。

　　三、光路系统

　　光路系统用于“整理”X射线，减少杂散辐射，提高衍射信号的纯度和强度，分为入射光路和衍射光路。

　　入射光路组件：

　　准直器（如索拉狭缝、发散狭缝）：限制X射线束的发散角，使入射光为平行或聚焦光束。

　　单色器（如石墨单色器）：过滤靶材产生的非特征X射线（如Kβ射线），仅保留单色特征X射线（如Kα1），降低背景干扰。

　　衍射光路组件：

　　接收狭缝：限制进入检测器的衍射光范围，提高空间分辨率。

　　防散射狭缝：阻挡非衍射方向的杂散辐射，减少背景噪声。

　　四、检测器

　　检测器是“信号接收器”，将衍射X射线转换为可测量的电信号。

　　常见类型：

　　闪烁计数器：传统检测器，通过X射线激发闪烁体产生荧光，再由光电倍增管转换为电信号，适合常规测量。

　　硅漂移检测器（SDD）：半导体检测器，响应速度快、能量分辨率高，可区分不同波长的X射线，适合快速扫描或多元素样品。

　　CCD面探测器：可同时采集大范围衍射信号，适合实时成像或薄膜织构分析。

　　五、控制系统与数据处理系统

　　控制系统：由计算机和专用软件组成，通过程序控制X射线源参数（电压、电流）、测角仪转动、检测器工作状态等，实现自动化扫描（如连续扫描、步进扫描）。

　　数据处理系统：将检测器输出的电信号转化为衍射图谱（纵坐标为强度，横坐标为2θ角），并提供物相检索、晶格参数计算、晶粒尺寸分析等功能（常用软件如Jade、MDI）。

　　六、辅助系统

　　冷却系统：除X射线管外，部分检测器（如CCD）也需冷却以降低噪声。

　　真空/惰性气体系统：用于测量易氧化样品或减少空气对长波长X射线的吸收（如测量轻元素时）。

　　自动进样器：高通量仪器配备，可实现多个样品的连续测量。