XRD应用分享 | 微区XRD（μ-XRD）

引言

对于块状样品的XRD测试，往往是把块状样品研磨成各向同性的粉末状态，再利用发散的线状X射线（布拉格-布伦塔诺几何）对样品进行测试分析。但是有些块状样品研磨成粉末是不现实的，比如稀有的块体样品，或是镶嵌在基体上的某个微小区域，又或者希望研究某个块状样品上物相的空间分部等等。微区XRD分析技术为此类样品提供了有力工具，能够分析原始状态的样品，对样品的各个部分进行物相分析。

本文以地质样品天青石为例进一步说明微区衍射的作用。以下文中的数据是在德国布鲁克公司D8 ADVANCE型号衍射仪上采集。该衍射仪配置全维度探测器，除了可以做常规的XRD为，还可以是实现二维衍射。

常规XRD测试（布拉格-布伦塔诺几何）

通常情况下矿物标本是使用布拉格-布伦塔诺几何测量的。 使用线光斑和一维探测器的布拉格-布伦塔诺几何（图2）收集了岩板的大面积扫描图谱（图 1，绿色框）。 在测量过程中，样品以 phi 为单位旋转。 来自基质的石英在衍射图案中占主导地位，并且还可以识别出痕量的水铝石和黄铁矿。但与天青石相关的相却不存在。 常规XRD测试适用于粉末样品，但原位样品的精细细节可能会在噪音中丢失，就像本例中的天青石晶体一样。

 图1 布拉格-布伦塔诺几何数据是从绿色方块指示的区域收集的。 

从红色和蓝色斑点表示的两个区域收集微区衍射数据。

  

图2 布拉格-布伦塔诺几何中的广域扫描图（插图示意图）。 

由于照射面积大，衍射信号以基质为主，主要是石英， 还鉴定出痕量的方沸石和黄铁矿 

图 3 微区衍射仪2D 图谱。

天青石斑晶（顶部，红色框）和石英岩基质（底部，蓝色框）的微衍射。

天青石2D图中的衍射斑点表明有大晶粒，而连续的衍射环表示细晶粒，两种晶粒共存。

微区衍射测试

2D 微区衍射用来更好地表征天青石的结构。采用 0.5 mm 点光斑和 EIGER2 探测器2D 模式，原位测量天青石晶体和石英岩基质（图 1，红色和蓝色圆圈）（图 3）。 在测量过程中，样品以 3rpm 的 phi 转速旋转，并以 psi 从 0° 到 35°（伪Gandolfifi）振荡以获取更多反射。 微区衍射证实基质主要是细粒石英（蓝色圆圈），而天青石晶体（红色圆圈）包含多晶水铝石、偏水铝石和石膏的共生体（图 4）。 

图4  微区衍射2D图谱做方位积分后得到的一维XRD图谱。

基体数据（蓝色）主要是石英，来自天青石包裹体（红色）的数据显示了多种矿物相。

总结

蓝色天青石晶体含有小的多晶矿物包裹体，如水铝沸石、偏沸石、石英和石膏。微区衍射可用于研究原位岩板和薄片的较小感兴趣区域。 通过利用样品的旋转和倾斜，可以将样品保持在原始状态，同时从小区域收集高质量的粉末衍射数据。 EIGER2 探测器能够从 1D 到 2D 几何结构无缝转换，从而轻松收集传统粉末扫描和微区衍射数据。

1. * 本文引自布鲁克公司应用报告XRD 616: μXRD in Geology with EIGER2 R 500K