X 光繞射與結構解析
里特沃爾德精算(Rietveld refinement)
/ REET-velt /
較舊的粉末圖樣分析法是一次挑出一個峰去量它。里特沃爾德精算做的事更大膽:它由晶體的結構模型建出一整條計算圖樣,再調整模型,直到計算曲線一次就在每一點、橫跨整張繞射圖譜地疊在量測曲線之上。它是對整張圖樣、而非少數幾個峰的最小平方擬合。
模型有兩類可調參數。結構參數描述晶體本身:晶格常數、每顆原子的分數座標、位置佔有率,以及原子位移(熱)因子。輪廓參數描述圖樣如何被畫出:隨角度變化的峰形與峰寬、背景、一個整體比例因子,以及優選取向之類的修正。軟體在每一個 2-theta 步階計算強度,並使(觀測減計算)平方的加權和最小。你以殘差 R 因子,以及理想上落在 1 附近的擬合優度來判斷成敗,還要搭配一條理應平坦的差異曲線。
報酬是你能直接由粉末資料萃取準確的晶格常數、原子位置與定量相分率(混合物中各相有多少),完全不必培養單晶。要清醒面對關鍵的但書:里特沃爾德精算「精算」的是你已經提供的模型,所以你必須從一個大致正確的結構出發。它無法無中生有地發明結構。更糟的是,錯誤的模型有時能被哄到一個假象般漂亮的 R 因子——一個假的極小值——所以單憑低 R 因子,永遠不能證明結構是對的。
要量一份塗料顏料中金紅石與銳鈦礦(都是 TiO2)各佔多少,你把兩個結構同時對粉末圖樣做里特沃爾德精算;精算出的比例因子給出各相的重量分率,而擬合收斂時差異曲線趨於平坦。
擬合整張圖樣、而非單一峰——這正是讓粉末資料變得定量的關鍵。
里特沃爾德精算是「精算」不是「解構」——你必須餵它一個近乎正確的起始模型。而漂亮的 R 因子可能藏著錯誤的結構(假極小值),所以務必檢視差異曲線與化學合理性。
又称
另见