Grundlagen der Analysen in der Röntgendiffraktometrie
Phasenanalyse
Jede Material (Phase) führt im Beugungsdiagramm zu charakteristischen Reflexen (Abbildung 1a), deren Intensität und Beugungswinkel in einer internationalen Datenbank (PDF, Powder Diffraction File) hinterlegt sind. Über die im Beugungsdiagramm auftretenden Reflexe kann somit auf die Phasenzusammensetzung einer unbekannten Probe geschlossen werden. Mit einer XRD Messung kann also der Strukturtyp, sowie die am Aufbau beteiligten chemischen Elemente der einzelnen Phasen bestimmt werden, ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens.
Im realen Beugungsdiagramm bestehen die Reflexe aus gaußförmigen Kurven (Abbildung 1b). Über die Flächen der Reflexe jeder Phase kann auf deren prozentualen Anteil in der Probe geschlossen werden.
Kristallitgrößenbestimmung
Über die Halbwertsbreite der Reflexe (FWHM, Full Width at Half Maximum) (Abbildung 2), kann auf die Größe der zum Reflex beitragenden Bereiche (Kristallite) in der Probe geschlossen werden. Je breiter der Reflex, desto kleiner der Bereich.
Spannungsmessung
In der Probe vorhandene makroskopische Eigenspannungen 𝜎 verändern die Netzebenenabstände d und führen zu einer Verschiebung der Beugungsreflexe. Über das Ausmaß der Verschiebungen kann die Spannung 𝜎 berechnet werden.
In der Probe vorhandene mikroskopische Eigenspannungen verändern die Halbwertsbreiten (FWHM) der Reflexe. Über die Halbwertsbreite können die mikroskopischen Spannungen berechnet werden. Auftrennung der Reflexverbreiterung durch Mikrospannungen und Kristallitgrößen erfolgt durch deren Abhängigkeit vom Beugungswinkel.
Texturbestimmung und Orientierung von Einkristallen
Die Netzebenen, welche die Bragg‘sche Beugungsbedingung erfüllen, liegen symmetrisch zu den einfallenden und gebeugten Strahlen. Somit lässt sich durch Variation der Einfallsrichtung des Röntgenstrahls deren räumliche Orientierung bestimmen (Abbildung 4), dies ermöglicht die Berechnung der Orientierungsverteilung (Textur) der Kristallite der Probe.
Die Textur kann in einer Polfigur dargestellt werden. Hier werden die Intensitäten des gemessenen Reflexes als Funktion ihrer räumlichen Orientierung in einer stereografischen Projektion dargestellt. Unten zwei Beispiele als 2D- und 3D-Darstellung. Diese Darstellung gibt die Häufigkeit der jeweiligen Kristallitorientierung in der Probe wieder.
Bestimmung des Kristallinitätsgrades
Amorphe Anteile einer Probe zeigen sich im Beugungsdiagramm als stark verbreiterter Reflex. Kristalline Anteile der Probe äußern sich als scharfe Reflexe im Beugungsdiagramm. Über des Verhältniss der Intensitäten dieser Reflexe lässt sich der amorphe Anteil einer Probe quantifizieren.