پراش اشعه ایکس XRD مدل LabX XRD-6100 نمایندگی شیمادزو Shimadzu

توان مولد اشعه ایکس: حداکثر 3 kW
گونیومتر: عمودی با هندسه θ–2θ
محدوده زاویه‌ای: ‎-6° تا 163° در محور 2θ
دتکتور: Scintillation یا OneSight
حداقل گام زاویه‌ای: 0.002°
 درباره دستگاه XRD-6100 شیمادزو مدل Shimadzu LabX XRD-6100
دستگاه XRD-6100 شیمادزو (Shimadzu LabX XRD-6100) یک دستگاه پراش پرتو ایکس (X-Ray Diffractometer) برای شناسایی و آنالیز فازهای کریستالی مواد است. این دستگاه XRD با اندازه‌گیری الگوی پراش پرتوهای ایکس از نمونه، اطلاعات دقیقی درباره ساختار کریستالی، ترکیبات و ویژگی‌های فیزیکی مواد ارائه می‌دهد. XRD-6100 شیمادزو به دلیل دقت مناسب در اندازه‌گیری زاویه و شدت پراش، در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، کنترل کیفیت و صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.دستگاه Shimadzu XRD-6100 قابلیت انجام آنالیز کیفی و کمی فازهای کریستالی و بررسی پارامترهایی مانند اندازه کریستالیت، پارامترهای شبکه، تنش و بافت کریستالی را دارد. این دستگاه به گونیومتر عمودی با هندسه θ–2θ مجهز است و امکان استفاده از دتکتورهای Scintillation و OneSight را فراهم می‌کند.XRD-6100 می‌تواند در آنالیز مواد معدنی، سرامیک، فلزات، مواد دارویی، کاتالیست‌ها، مواد اولیه صنعتی و سایر نمونه‌های کریستالی مورد استفاده قرار گیرد.
اجزای تشکیل‌دهنده دستگاه XRD-6100 شیمادزو

1. تیوب اشعه ایکس (X-Ray Tube)

منبع تولید پرتو ایکس دستگاه است. پرتو تولیدشده به سمت نمونه هدایت می‌شود تا در اثر برخورد با صفحات کریستالی، پدیده پراش ایجاد شود.

2. ژنراتور اشعه ایکس (X-Ray Generator)

وظیفه تأمین توان مورد نیاز تیوب و کنترل پارامترهایی مانند ولتاژ و جریان را بر عهده دارد و شرایط پایدار برای تولید پرتو X را فراهم می‌کند.

3. گونیومتر (Goniometer)

یکی از مهم‌ترین بخش‌های دستگاه است که موقعیت زاویه‌ای نمونه و دتکتور را با دقت کنترل می‌کند. در XRD-6100 از هندسه θ–2θ برای اندازه‌گیری الگوی پراش استفاده می‌شود.

4. نگهدارنده و محفظه نمونه (Sample Holder)

نمونه را در موقعیت مناسب و در مسیر پرتو X قرار می‌دهد. طراحی مناسب محل نمونه برای دستیابی به نتایج دقیق و تکرارپذیر اهمیت دارد.

5. دتکتور (Detector)

پرتوهای X پراش‌یافته از نمونه را دریافت کرده و شدت آن‌ها را اندازه‌گیری می‌کند. XRD-6100 قابلیت استفاده از Scintillation Detector و OneSight Detector را دارد.

6. سیستم اپتیکی (Optical System)

شامل اجزایی مانند شکاف‌ها و تجهیزات هدایت پرتو است که برای شکل‌دهی، محدود کردن و هدایت دقیق پرتو X در مسیر اندازه‌گیری استفاده می‌شوند.

7. سیستم محرک گونیومتر:
حرکت دقیق اجزای متحرک دستگاه را کنترل می‌کند و امکان اسکن زاویه‌ای با دقت بالا را فراهم می‌سازد.
8. سیستم کنترل و نرم‌افزار
کنترل عملکرد دستگاه، تنظیم پارامترهای اندازه‌گیری، جمع‌آوری داده‌ها و نمایش الگوی پراش XRD را انجام می‌دهد و امکان پردازش و تحلیل نتایج را فراهم می‌کند.
9. سیستم خنک‌کننده
برای کنترل دمای تیوب و اجزای مرتبط با تولید پرتو X استفاده می‌شود و به پایداری عملکرد دستگاه کمک می‌کند.
10. سیستم حفاظتی و ایمنی
محفظه حفاظتی دستگاه از انتشار پرتو X به محیط جلوگیری می‌کند و سیستم‌های ایمنی، عملکرد منبع اشعه X را در شرایط نامناسب کنترل می‌کنند.

نحوه عملکرد دستگاه XRD-6100 شیمادزو

دستگاه Shimadzu LabX XRD-6100 با استفاده از اصل پراش پرتو ایکس (X-Ray Diffraction)، ساختار و فازهای کریستالی مواد را بررسی می‌کند. فرآیند اندازه‌گیری را می‌توان به صورت زیر توضیح داد:

 قرار دادن نمونه:
نمونه به‌صورت پودر، جامد یا شکل مناسب دیگر آماده شده و روی نگهدارنده نمونه (Sample Holder) قرار می‌گیرد. سطح نمونه باید تا حد امکان یکنواخت باشد تا پرتو X به شکل مناسبی با آن برخورد کند.

 تولید پرتو X:
ژنراتور دستگاه توان مورد نیاز تیوب اشعه ایکس را تأمین می‌کند. تیوب با استفاده از این انرژی، پرتو X تولید می‌کند که منبع تابش مورد استفاده در آنالیز است.

 آماده‌سازی و هدایت پرتو:
پرتو تولیدشده وارد سیستم اپتیکی دستگاه می‌شود. شکاف‌ها و اجزای اپتیکی، مسیر و هندسه پرتو را تنظیم می‌کنند تا تابش با شرایط مناسب به نمونه برسد.

 تابش پرتو به نمونه:
پرتو X با زاویه مشخص به سطح نمونه برخورد می‌کند. اگر ماده دارای ساختار کریستالی باشد، اتم‌های منظم موجود در شبکه بلوری باعث پراش بخشی از پرتو می‌شوند.

 ایجاد پرتوهای پراش‌یافته:
پراش در زاویه‌های مشخصی اتفاق می‌افتد که به فاصله بین صفحات کریستالی ماده وابسته است. این رابطه توسط قانون براگ (Bragg’s Law) توصیف می‌شود.

 حرکت گونیومتر:
گونیومتر دستگاه، نمونه و دتکتور را طبق هندسه θ–2θ با دقت بالا حرکت می‌دهد. با تغییر تدریجی زاویه، دستگاه نقاط مختلف الگوی پراش را اندازه‌گیری می‌کند.

 دریافت پرتو توسط دتکتور:
پرتوهای پراش‌یافته به دتکتور می‌رسند. دتکتور شدت پرتو X را در هر موقعیت زاویه‌ای اندازه‌گیری کرده و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

 ثبت و پردازش داده‌ها:
سیگنال‌های دریافت‌شده به سیستم کنترل و نرم‌افزار منتقل می‌شوند. نرم‌افزار شدت ثبت‌شده را در برابر زاویه 2θ قرار داده و الگوی پراش نمونه را ایجاد می‌کند.

شناسایی فازهای کریستالی:
الگوی به‌دست‌آمده دارای مجموعه‌ای از پیک‌هاست. موقعیت و شدت این پیک‌ها با داده‌های استاندارد مقایسه می‌شود تا فازهای کریستالی موجود در نمونه شناسایی شوند.

 آنالیز و تفسیر نتایج:
پس از شناسایی پیک‌ها، داده‌ها می‌توانند برای آنالیزهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند؛ از جمله آنالیز کیفی و کمی فازها، اندازه کریستالیت، پارامترهای شبکه، تنش و بافت کریستالی.
به‌صورت خلاصه، مسیر عملکرد دستگاه به این شکل است:
تولید پرتو X ← تنظیم و هدایت پرتو ← تابش نمونه ← ایجاد پراش ← حرکت زاویه‌ای گونیومتر ← دریافت توسط دتکتور ← ثبت شدت ← تشکیل الگوی XRD ← شناسایی و تحلیل فازهای کریستالی.

نکات کلیدی عملکرد

خنک‌کاری مناسب: سیستم خنک‌کننده و جریان آب/هوا مرتب بررسی شود؛ افزایش دما می‌تواند به تیوب و قطعات داخلی آسیب بزند.

محافظت از تیوب X-Ray: از روشن و خاموش کردن مکرر و ناگهانی تیوب خودداری شود و راه‌اندازی و خاموش‌کردن طبق سیکل توصیه‌شده انجام شود.

گرم‌کردن تدریجی تیوب: قبل از اندازه‌گیری‌های اصلی، تیوب طبق دستورالعمل سازنده به شرایط کاری مناسب برسد.

تمیزی نمونه: از ریختن پودر داخل محفظه، روی گونیومتر یا اطراف دتکتور جلوگیری شود.

آماده‌سازی صحیح نمونه: نمونه باید یکنواخت و سطح آن صاف باشد تا علاوه بر کیفیت نتیجه، از ایجاد مشکل در حرکت مکانیکی جلوگیری شود.

مراقبت از دتکتور: دتکتور در معرض ضربه، آلودگی و گردوغبار قرار نگیرد.

کنترل گونیومتر: از وارد کردن فشار یا نیروی دستی به قسمت‌های متحرک گونیومتر خودداری شود.

تمیزی سیستم اپتیکی: شکاف‌ها و اجزای اپتیکی تمیز نگه داشته شوند؛ آلودگی می‌تواند شدت و کیفیت سیگنال را کاهش دهد.

محیط نصب مناسب: دستگاه در محیطی با دمای پایدار، رطوبت کنترل‌شده و حداقل لرزش نصب شود.

جلوگیری از گردوغبار: محفظه و اطراف دستگاه مرتب تمیز شود، اما برای تمیزکاری داخلی از روش‌های غیراصولی استفاده نشود.

برق پایدار: استفاده از برق پایدار و تجهیزات حفاظتی مناسب، از آسیب به ژنراتور و سیستم الکترونیکی جلوگیری می‌کند.

بازرسی دوره‌ای: تیوب، سیستم خنک‌کننده، گونیومتر، دتکتور و سیستم‌های ایمنی به‌صورت دوره‌ای بررسی شوند.

کالیبراسیون: دقت زاویه‌ای و عملکرد دستگاه طبق برنامه سرویس و کالیبراسیون کنترل شود.

اینترلاک ایمنی: سیستم‌های ایمنی و اینترلاک هرگز غیرفعال یا دستکاری نشوند.

سرویس تخصصی: تعمیر یا تنظیم تیوب، ژنراتور، گونیومتر و دتکتور توسط تکنسین مجاز انجام شود.

ثبت سوابق: شرایط کاری، سرویس‌ها، خطاها و تعویض قطعات ثبت شوند تا تغییرات عملکرد دستگاه قابل پیگیری باشد.

 

آموزش کار با دستگاه Shimadzu XRD-6100
مرحله1:آماده‌سازی دستگاه
قبل از شروع، دستگاه، کامپیوتر، سیستم خنک‌کننده و تجهیزات جانبی را بررسی کنید.
مطمئن شوید مسیر پرتو و محفظه نمونه بدون مانع است و سیستم ایمنی و درب دستگاه به‌درستی عمل می‌کنند.
نکته: هیچ‌گاه سیستم ایمنی یا اینترلاک دستگاه را دور نزنید؛ XRD با پرتو X کار می‌کند.
مرحله2: آماده‌سازی نمونه
کیفیت نمونه تأثیر مستقیمی روی کیفیت الگوی XRD دارد.
برای نمونه پودری معمولاً:
نمونه را کاملاً آسیاب و همگن کنید.
ذرات درشت را تا حد امکان حذف کنید.
پودر را داخل Sample Holder قرار دهید.
سطح نمونه را کاملاً صاف و یکنواخت کنید.
سطح نمونه باید تقریباً هم‌سطح با سطح نگهدارنده باشد.
چرا؟اگر سطح نمونه ناهموار یا ارتفاع آن نامناسب باشد، موقعیت پیک‌ها ممکن است جابه‌جا شود و نتیجه اشتباه شود.
مرحله 3: قرار دادن نمونه داخل دستگاه
Sample Holder را روی محل مخصوص نمونه قرار دهید و مطمئن شوید کاملاً در جای خود قرار گرفته است.
در این مرحله باید توجه شود که:نمونه محکم قرار گرفته باشد.
سطح نمونه تراز باشد.
نمونه با اجزای داخلی دستگاه برخورد نکند.
محفظه قبل از شروع اندازه‌گیری به‌درستی بسته شود.
مرحله 4: روشن کردن سیستم X-Ray
مرحله5: تنظیم شرایط اندازه‌گیری
حالا پارامترهای Scan را در نرم‌افزار مشخص می‌کنید.
مهم‌ترین موارد عبارت‌اند از:
Start Angle: زاویه شروع
End Angle: زاویه پایان
Scan Speed: سرعت اسکن
Step Size: اندازه گامScan
Mode: نوع روش اسکن
Radiation: نوع تابش مورد استفاده
Detector: انتخاب دتکتور
برای یک آنالیز معمولی شناسایی فاز، محدوده زاویه‌ای مناسب بر اساس نوع ماده و هدف آزمایش انتخاب می‌شود.
مرحله 6: انتخاب محدوده 2θ
در XRD، دستگاه شدت پرتو پراش‌یافته را در زوایای مختلف 2θ اندازه‌گیری می‌کند.
مثلاً ممکن است برای یک آزمایش مشخص، اسکن از یک زاویه پایین شروع و تا زاویه بالاتر ادامه پیدا کند.
انتخاب محدوده به نوع نمونه بستگی دارد؛ بنابراین یک محدوده ثابت برای همه مواد مناسب نیست.
مرحله7: تنظیم سرعت و گام اسکن
اینجا بین سرعت، زمان آزمایش و کیفیت داده تعادل برقرار می‌شود.
سرعت کمتر:
زمان اندازه‌گیری بیشتر، اما معمولاً داده با کیفیت بالاتر.
گام کوچک‌تر:تفکیک بهتر پیک‌های نزدیک به هم.
سرعت بیشتر و گام بزرگ‌تر:
زمان آزمایش کمتر، اما ممکن است جزئیات بعضی پیک‌ها از دست برود.
برای کار دقیق، شرایط اسکن باید متناسب با هدف آزمایش انتخاب شود.
مرحله8: شروع اسکن
پس از بررسی تنظیمات، Scan را شروع می‌کنید.
در طول اندازه‌گیری:
تیوب X-Ray → نمونه → پراش پرتو → دتکتور → ثبت شدت
دستگاه در زوایای مختلف حرکت کرده و شدت پرتو پراش‌یافته را ثبت می‌کند.
مرحله9: نقش گونیومتر
گونیومتر یکی از قسمت‌های اصلی XRD است.
در حین اسکن، موقعیت زاویه‌ای نمونه و دتکتور طبق هندسه θ–2θ تغییر می‌کند.
این حرکت باعث می‌شود دستگاه پراش پرتو را در زوایای مختلف بررسی کند.
مرحله10: دریافت سیگنال توسط دتکتور
پرتو X پراش‌یافته از نمونه به سمت Detector می‌رود.
دتکتور شدت پرتو را اندازه‌گیری و آن را به سیگنال قابل پردازش تبدیل می‌کند.
در XRD-6100 بسته به پیکربندی دستگاه می‌توان از دتکتورهایی مانند Scintillation Detector یا OneSight استفاده کرد.
مرحله11:تشکیل الگوی XRD
نرم‌افزار داده‌های دریافت‌شده را به شکل یک نمودار نمایش می‌دهد:
محور X → زاویه 2θ
محور Y → شدت پرتو Xنتیجه مجموعه‌ای از پیک‌هاست که به آن XRD Pattern گفته می‌شود.
موقعیت و شدت این پیک‌ها اطلاعات مهمی درباره ساختار و فازهای کریستالی نمونه ارائه می‌کنند.
مرحله12: شناسایی فازهای موجود
بعد از پایان Scan، مهم‌ترین مرحله Phase Identification است.
نرم‌افزار پیک‌های مشاهده‌شده را با الگوهای استاندارد موجود در دیتابیس مقایسه می‌کند.
از روی تطابق پیک‌ها می‌توان مشخص کرد که چه فازهای کریستالی در نمونه وجود دارند.
برای مثال ممکن است یک نمونه چند فاز مختلف داشته باشد و هر فاز مجموعه مشخصی از پیک‌ها ایجاد کند.
مرحله 13: تشخیص فازهای متعدد
اگر نمونه مخلوطی از چند ماده کریستالی باشد، الگوی نهایی ترکیبی از پیک‌های مربوط به فازهای مختلف خواهد بود.
در این حالت باید بررسی شود که پیک‌های اصلی متعلق به چه فازهایی هستند و آیا پیک‌های اضافی نشان‌دهنده ناخالصی یا فاز ثانویه هستند.
مرحله14:آنالیز کمی
اگر هدف فقط شناسایی نباشد، می‌توان مقدار نسبی فازهای مختلف را نیز بررسی کرد.
در این مرحله از روش‌های کمی مانند Rietveld Analysis استفاده می‌شود.این تحلیل با برازش الگوی محاسباتی به الگوی اندازه‌گیری‌شده، اطلاعات دقیق‌تری درباره ترکیب فازی ارائه می‌دهد.
مرحله15: بررسی اندازه کریستالیت
از پهن‌شدگی پیک‌های XRD می‌توان برای تخمین Crystallite Size استفاده کرد.
نکته مهم این است که کریستالیت با اندازه ذره یکی نیست؛ بنابراین نباید این دو مفهوم را به جای یکدیگر استفاده کرد.
مرحله16: بررسی پارامترهای شبکه
موقعیت پیک‌ها به فاصله صفحات کریستالی مربوط است.
با تحلیل دقیق موقعیت پیک‌ها می‌توان اطلاعاتی درباره:
پارامترهای شبکه
تغییرات ساختار کریستالی
جانشینی عناصر
تغییرات شبکهبه دست آورد.
مرحله17:بررسی تنش و بافت
در صورت مناسب بودن نمونه و روش اندازه‌گیری، XRD می‌تواند برای بررسی Residual Stress و Texture نیز استفاده شود.
این کاربردها بیشتر در تحقیقات مواد، فلزات، سرامیک‌ها و پوشش‌ها اهمیت دارند.
مرحله18: ذخیره و گزارش نتایج
در پایان، داده خام و نتایج پردازش‌شده را ذخیره کنید.
بهتر است همراه فایل نتیجه، اطلاعاتی مانند:
نام نمونهتاریخ آزمایششرایط اسکننوع تابشمحدوده 2θسرعت اسکنگام اسکنروش تحلیلنام اپراتورنیز ثبت شود.این کار برای تکرارپذیری آزمایش بسیار مهم است.
نکات ایمنی دستگاه XRD-6100
پرتو X: هنگام تولید اشعه، درب و محفظه حفاظتی دستگاه کاملاً بسته باشد.
اینترلاک ایمنی: هرگز اینترلاک‌ها و سیستم‌های حفاظتی را غیرفعال یا دستکاری نکنید.
باز کردن محفظه: پیش از باز کردن محفظه نمونه، از توقف کامل تولید پرتو X اطمینان حاصل کنید.
دسترسی به دستگاه: هنگام کار دستگاه، افراد غیرمجاز یا آموزش‌ندیده نباید به قسمت‌های داخلی دسترسی داشته باشند.
تعمیرات: تعمیر تیوب، ژنراتور و مدارهای داخلی فقط توسط تکنسین متخصص انجام شود.
برق دستگاه: هنگام سرویس و تعمیر، دستگاه از منبع برق جدا شود.
تیوب X-Ray: از تماس یا دستکاری تیوب در زمان کار و بلافاصله پس از آن خودداری شود؛ برخی قسمت‌ها می‌توانند داغ باشند.
سیستم خنک‌کننده: وضعیت خنک‌کاری مرتب کنترل شود و در صورت مشاهده افزایش دما یا نشتی، کار دستگاه متوقف شود.
نمونه: هنگام قرار دادن یا خارج کردن نمونه، مراقب تماس آن با اجزای متحرک گونیومتر باشید.
مواد پودری: از ریختن پودر نمونه داخل محفظه و روی اجزای داخلی دستگاه جلوگیری شود.
سیستم تهویه: محیط نصب دستگاه باید شرایط تهویه و دمای مناسب داشته باشد.
شرایط غیرعادی: در صورت مشاهده صدای غیرعادی، بوی سوختگی، افزایش دما، خطای سیستم یا رفتار غیرمعمول، اندازه‌گیری را متوقف و دستگاه را بررسی کنید.
آموزش اپراتور: دستگاه فقط توسط فرد آموزش‌دیده و آشنا با اصول ایمنی X-Ray استفاده شود.
مهم‌ترین اصل: در XRD، حفاظت در برابر پرتو X اولویت اصلی است؛ هیچ‌وقت برای سرعت یا رفع خطا، سیستم‌های حفاظتی دستگاه را دور نزنید.

 

توان مولد پرتو X

حداکثر 3 کیلووات

نوع گونیومتر

عمودی

هندسه اندازه‌گیری

θ–2θ

محدوده زاویه‌ای 2θ

‎-6° تا 163

حداقل گام زاویه‌ای

0.002° در محور 2θ

تکرارپذیری زاویه‌ای

±0.001° در 2θ

سرعت اسکن

0.1 تا 50 درجه بر دقیقه

نوع دتکتور

Scintillation Detector یا OneSight

آنالیز فازی

شناسایی کیفی و کمی فازهای کریستالی

آنالیز ریتولد

قابلیت آنالیز کمی و بررسی ساختار کریستالی

بانک اطلاعاتی

سازگار با بانک‌های PDF-2 و PDF-4

اندازه‌گیری اندازه کریستالیت

قابلیت تعیین اندازه کریستالیت

آنالیز تنش و بافت

قابلیت انجام Stress و Texture Analysis

سیستم ایمنی

مجهز به قفل ایمنی درب هنگام تولید پرتو X

نوع پرتو X

قابلیت استفاده از تیوب‌های مختلف با آندهای متداول مانند Cu و Co

کنترل گونیومتر

کنترل دقیق و مستقل محورهای θ و 2θ

آنالیز پارامترهای شبکه

تعیین پارامترهای سلول واحد کریستالی

آنالیز درجه کریستالینیتی

بررسی میزان بلوری بودن نمونه

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “پراش اشعه ایکس XRD مدل LabX XRD-6100 نمایندگی شیمادزو Shimadzu”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *