Incoatec射线源用于高压科学

IµS-Ag用于高压科学

引言

金刚石对顶砧（DAC）被广泛用于研究高压下材料的特性。目前高压研究最重要的应用之一是使用X射线衍射法研究分子化合物的多态行为，如制药。

在高压X射线衍射实验中可获得的倒易空间的面积主要受到DAC的几何形状的限制。对于典型的单晶实验，使用Mo靶和一个半开角为45°的DAC，只有一小部分的所有反射可以被收集，对于三斜晶系结构可能低至30％。通过使用较短波长的辐射，如Ag-Kα，可以获得更大一部分的倒易空间。然而，由于传统的Ag密封管强度低，Mo靶光源通常用于家庭实验室的高压研究。

第三代微焦点X射线源，如Incoatec的IμS， 与二维聚焦多层镜相结合，其通量密度超过了传统X射线源。使用Ag靶IμS，其衍射强度比带石墨单色器的1.5千瓦Ag密封管至少高3倍。因此，Ag靶IμS是用于高压晶体学的经典密封管源的一个很有前景的替代方案。

实验设置

在布鲁克 AXS  APEX II 测角仪上，使用Ag-IμS和一个2千瓦的Mo密封管进行了比较测量，该密封管配备了一个扁平的石墨单色器和一个改良的 0.5 mm准直器。两个实验都使用了为 Mo-Kα辐射优化的 APEX II 探测器。

从Ag-IμS的多层膜镜片发出的光束聚焦于样品位置。采用可比较的数据收集策略，两次数据采集都采用了不含铍的DAC（半开角为45°，0.3mm铬镍铁合金垫片）中的加巴喷丁七水合物晶体。

图 1：布鲁克AXS APEX II QUAZAR测角仪上的Ag-IµS，配有无铍 DAC和改良准直器（左）；加巴喷丁晶体（F. P. A. Fabbiani等人，CrystEngComm.2010, 12, 2354）在0.3毫米的铬镍铁片上，0.8 GPa（右）。

Ag-Kα的优势在于减少吸收与衰减，以及倒易空间的“压缩”。因此，吸收与衰减带来的数据偏差更小，在有限的2θ角度内可测到更大的d值范围。这有利于高分辨衍射实验，如高吸收无机固体化合物研究或电荷密度测量；有利于单晶与粉末样品的高压晶体学研究。

Ag-IµS的光束特征

Ag-IμS提供了一个聚焦的单色光束，其FWHM约为0.09mm（FW0.1M =0.23 mm），发散度为5 mrad。与耦合了平面石墨单色器的光源所产生的典型顶帽形光束相反，来自IμS的聚焦光束具有类似高斯分布。因此，最大强度集中在光束的中心。

图2:Ag-IµS的束流剖面

结果

来自Ag-IμS的尖锐光束在样品处产生了高通量密度，导致了高衍射强度。如下图所示，小的光束截面和短的波长大大减少了由DAC垫圈处的散射导致的背景。

图 3：在无硼 DAC（2θ=0°，ω=0.5°（Ag）对应4°（Mo），Φ=0°）中原位生长的加巴喷丁七水合物晶体(C9H17NO2. 7H20; Ø ≈ 0.25 mm)的衍射图案。Ag-IµS（左），Mo密封管（右）。请注意，晶体在数据收集过程中略有移动，因此，两个衍射图案显示的布拉格峰并不一样。

此外，使用Ag-IμS可以获得更大面积的倒易空间。图4中的两个衍射图表明，在这些方向上，使用Mo-Kα辐射时，有很大一部分高分辨率的反射无法获得，因为它们将被DAC的出口锥体部分或完全遮挡。

图4: 衍射图示说明在Ag-Kα辐射下分辨率的提高 2θ  = -15°,ω = -160.1°(左)和-162.2°(右)。-162.2°（右））。

表1显示了两个加巴喷丁数据集的统计数据

表 1: 比较测量的数据统计（*分辨率0.90 Å (1.00 - 0.90); #反射次数）。

Ag-IμS数据的完整性明显更高，包含了大约20%的独特反射。与Mo密封管的数据相比，Ag-IμS数据的整体综合强度和信噪比都更高。结构细化的结果（137个参数，100个约束条件）清晰地显示了Ag-IμS的优势。

结论

Ag-IμS是一种强大的高压晶体学X射线源，其性能优于经典的密封管源。更高的分辨率和独特的数据数量，以及更高的冗余度有利于结构解析和高压相的细化

        Ag-IµS HB是高压晶体学的理想工具。其优势在于减少吸收，以及倒易空间的“压缩”。并且，聚焦光束可避免打到垫圈gasket上进而产生散射背景。