Le Bail-metoden

Le Bail-analys är en hel diffraktionsmönsterprofilpassningsteknik som används för att karakterisera egenskaperna hos kristallina material, såsom struktur. Den uppfanns av Armel Le Bail omkring 1988.

Bakgrund

Le Bail-metoden extraherar intensiteter (I _hkl ) från pulverdiffraktionsdata . Detta görs för att hitta intensiteter som är lämpliga för att bestämma atomstrukturen hos ett kristallint material och för att förfina enhetscellen och har den extra fördelen att kontrollera fasrenheten. I allmänhet kompliceras intensiteterna för pulverdiffraktionsdata av överlappande diffraktionstoppar med liknande d -avstånd. För Le Bail-metoden måste enhetscellen och den ungefärliga utrymmesgruppen för provet vara förutbestämda eftersom de ingår som en del av anpassningstekniken. Algoritmen involverar förfining av enhetscellen, profilparametrarna och toppintensiteterna för att matcha det uppmätta pulverdiffraktionsmönstret . Det är inte nödvändigt att känna till den strukturella faktorn och tillhörande strukturella parametrar, eftersom de inte beaktas i denna typ av analys. Le Bail kan användas för att hitta fasövergångar i högtrycks- och temperaturexperiment. Det ger i allmänhet en snabb metod för att förfina enhetscellen, vilket möjliggör bättre experimentell planering. Le Bail-analys ger en mer tillförlitlig uppskattning av intensiteten av tillåtna reflektioner för olika kristallsymmetrier.

Kristallografisk strukturell bestämning kan åstadkommas på flera sätt. Le Bail-tekniken är relevant för diffraktionsstudier som involverar användning av en strålningskälla, som kan vara neutron eller synkrotron , för att samla in en högupplöst pulverdiffraktionsprofil av hög kvalitet. Inledningsvis återfinns topppositioner i data. Därefter indexeras mönstret för att bestämma enhetscellen eller gitterparametrarna . Därefter följer rymdgruppsbestämning baserat på symmetri och närvaron eller frånvaron av vissa reflektioner. Sedan kan antingen Le Bail- eller Pawley-tekniken användas för att extrahera intensiteter och förfina enhetscellen.

Förfining

Le Bail-analys passar parametrar med hjälp av en minimeringsprocess för den brantaste nedstigningen. Närmare bestämt är metoden minsta kvadratanalys , vilket är en iterativ process som diskuteras längre fram i denna artikel. Parametrarna som anpassas inkluderar enhetscellparametrarna, instrumentets nollfel, toppbreddsparametrar och toppformparametrar. För det första definierar Le Bail-metoden ett godtyckligt startvärde för intensiteterna (I _obs ). Detta värde är vanligtvis satt till ett, men andra värden kan användas. Medan topppositioner är begränsade av enhetscellparametrarna, är intensiteterna obegränsade. Ekvationen för att beräkna intensiteter är:

$I_{obs}(1)={\frac {\sum y_{i} (obs)y_{i}(1)}{y_{i}(beräknat)}}$

I ekvationen är I _obs intensiteten som observeras vid ett visst steg och y _i (obs) är den observerade profilpunkten. y _i (beräknat) är ett enda intensitetsvärde kan innehålla mer än en topp. Andra toppar kan beräknas på liknande sätt. Den slutliga intensiteten för en topp beräknas som y(beräknat) = yi ₍ 1) + yi ₍ 2). Summeringen utförs över alla bidragande profilpunkter för en viss 2-theta-fack. Summeringsprocessen är känd som profilintensitetspartitionering och den fungerar över valfritt antal toppar. Le Bail-tekniken fungerar särskilt bra med överlappande intensiteter eftersom intensiteten i denna metod tilldelas baserat på mångfalden av intensiteterna som bidrar till en viss topp.

Det något godtyckliga valet av startvärden ger en bias i de beräknade värdena. Förfiningsprocessen fortsätter genom att sätta den nya beräknade strukturfaktorn till det observerade strukturfaktorvärdet. Processen upprepas sedan med den nya strukturfaktorskattningen. Vid denna tidpunkt förfinas enhetscellen, bakgrunden, toppbredderna, toppformen och upplösningsfunktionen, och parametrarna förbättras. Strukturfaktorn återställs sedan till det nya strukturfaktorvärdet och processen börjar igen. Strukturell förfining kan fortsätta med helprofilpassningstekniker eller ytterligare behandling av toppöverlappning. Probabilistiska tillvägagångssätt kan också användas för att behandla toppöverlappning.

Fördelar

Vissa författare föreslår att Le Bail-tekniken utnyttjar tidigare information mer effektivt än Pawley-metoden. Detta var en viktig faktor vid utvecklingstillfället när datorkraften var begränsad. Le Bail är också lätt integrerad i Rietvelds analysmjukvara och är en del av ett antal program. Båda metoderna förbättrar efterföljande strukturella förbättringar

Tillgänglig programvara

Le Bail-analys är vanligtvis en del av Rietvelds analysmjukvara, såsom GSAS/EXPGUI. Den används även i ARITVE, BGMN, EXPO, EXTRACT, FullProf, GENEFP, Jana2006, Overlap, Powder Cell, Rietan, TOPAS och Highscore.

Källor

•   Dinnebier, R. (2008), Dinnebier, RE; Billinge, SJL (red.), Powder Diffraction: Theory and Practice (1:a uppl.), RSC , sid. 200, doi : 10.1039/9781847558237 , ISBN 978-0-85404-231-9
• LeBail, A (2005). "Sönderdelningsmetoder och tillämpningar för helpulvermönster: En retrospektion" . Pulverdiffraktion . 20 (4): 316–326. doi : 10.1154/1.2135315 .
• Department of Chemistry, University College, London, Powder Diffraction on the Web , hämtad 5 sep 2017 {{ citation }} : CS1 underhåll: flera namn: författares lista ( länk )