指標化(indexing)
粉末圖樣遞給你一排峰,卻沒有標籤:每個峰來自某一族晶面,但是哪一族?指標化就是那個偵探步驟,替每個峰指派正確的三個整數 (hkl),並由這份指派推算出單位晶胞。標籤標對,晶體的幾何就水落石出;標錯,蓋在上面的一切都會坍塌。
乾淨的情形是立方。那裡晶面間距規則 1/d^2 = (h^2 + k^2 + l^2)/a^2 與布拉格定律結合,給出 sin^2(theta) 正比於整數 (h^2 + k^2 + l^2)。於是各峰 sin^2(theta) 的比值是整數比,你可以讀出容許的和 1、2、3、4、5、6、8、9……——注意缺了 7,因為沒有三個整數的平方和等於 7。容許和的確切集合也替晶格類型印上指紋:簡單立方、體心、面心各自容許不同的子集(例如 FCC 只容許 h、k、l 全偶或全奇的和)。較低對稱的晶胞(從正方一路到三斜)難得多,需交給 ITO、DICVOL、TREOR 等自動指標化程式處理。
指標化給出晶系與晶格常數,也是里特沃爾德精算,以及任何嘗試由粉末解構的先決條件。要誠實承認它比看起來難:對低對稱晶胞,或當一個雜質相偷偷把幾個多餘的峰塞進圖樣時,錯誤的晶胞可能吻合部分資料,把你帶進死巷。這正是指標化程式回報「品質因數」(figure of merit),用來標示可疑或巧合解的原因。
對立方粉末,前幾個峰給出 sin^2(theta) 的比為 3 : 4 : 8 : 11 : 12,對應 (h^2+k^2+l^2) = 3、4、8、11、12——也就是 (111)、(200)、(220)、(311)、(222),正是面心立方晶格全偶或全奇的招牌集合。
sin^2(theta) 的比值是整數比——把它們讀出來,就能徒手替立方圖樣做指標化。
指標化在立方看似簡單,但對低對稱晶胞或不純樣品其實很難;錯誤的晶胞可能吻合部分峰而誤導你,所以務必衡量品質因數與未指標化的譜線。