มารู้จักกับ XRD กันเถอะ

สรินทร ลิ่มปนาท

    XRD คืออะไร มีประโยชน์อย่างไร เมื่อไรจึงเลือกวิเคราะห์ด้วย XRD ตัวอย่างที่จะนำมาวิเคราะห์ทดสอบ ต้องมีลักษณะ หรือขั้นตอนการเตรียมอย่างไร โดยเฉพาะสนนราคาค่าทดสอบ ประมาณเท่าใด มักเป็นคำถาม ที่พบหรือได้ยินบ่อยครั้ง เมื่อมีผู้มาขอใช้บริการวิชาการ และบริการทดสอบจาก สถาบันวิจัยโลหะและวัสดุ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ดังนั้นจึงขออธิบายเบื้องต้นพอสังเขป ดังนี้

    XRD ย่อมาจากคำว่า X-ray Diffractrometer มีชื่อภาษาไทยว่า “เครื่องเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน” เครื่องมือชนิดนี้อาศัย หลักการเลี้ยวเบน ของรังสีเอกซ์ เมื่อลำรังสีตกกระทบวัตถุ หรืออนุภาคจะเกิดการหักเหของลำรังสี สะท้อนออกมาทำมุม กับระนาบของอนุภาคเท่ากับมุมของลำรังสีตกกระทบ จากหลักการเบื้องต้นในปี ค.ศ. 1912 นาย W.L.Bragg ได้นำมาทำการศึกษา รูปแบบโครงสรัางผลึก ต่อมาได้มีการประดิษฐ์คิดค้น เครื่องเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชันขึ้นในปี 1948 และพัฒนามาเรื่อย จนกระทั่งมีการนำเอาคอมพิวเตอร์ มาประยุกต์ใช้ในการควบคุมการทำงาน และวิเคราะห์ประมวลผล เพื่อให้เกิดความรวดเร็วแม่นยำยิ่งขึ้น

    XRD เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย ในกลุ่มนักวัสดุศาสตร์ ธรณีวิทยา โลหะวิทยา เพราะเป็นเครื่องมือที่ใช้ ในการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกของ สารประกอบและแร่ ทำให้นักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้ สามารถแยกแยะประเภท และชนิดของวัสดุที่พบในธรรมชาติ ว่ามีรูปแบบโครงสร้างผลึกแบบใด หรือจำแนกได้ว่าวัสดุที่พบเห็นนั้นเป็นแร่ชนิดใด โดยทำการวัดค่าความเข้มของรังสี ที่สะท้อนออกมาที่มุมต่างๆ เปรียบเทียบกับข้อมูล
มาตรฐานที่ทำการตรวจวัดโดยองค์กร JCPDs (Joint Committee on Powder Diffraction Standard) เนื่องจากสารประกอบแต่ละชนิด มีรูปแบบโครงสร้างผลึกแตกต่างกัน และระยะห่างระหว่างระนาบของอะตอม ที่จัดเรียงกันอย่างเป็นระเบียบ ก็แตกต่างกันไปด้วย ขึ้นอยู่กับขนาดและประจุของอะตอม สารประกอบแต่ละชนิด จะมีรูปแบบ (XRD pattern) เฉพาะตัว เปรียบเช่นเดียวกับลายนิ้วมือของคนที่แตกต่างกัน

    จากหลักการทำงานของ XRD มีการนำมาใช้ประโยชน์ในการวิเคราะห์วัสดุที่มีสูตรโครงสร้างทางเคมีเหมือนกัน แต่มีโครงสร้างผลึกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เหล็ก สูตรทางเคมีคือ Fe แต่มีโครงสร้างผลึกหลายรูปแบบ เช่น Body center cubic (BCC), Face center cubic (FCC) จากเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์นี้สามารถบอกได้ว่าเหล็ก
ตัวอย่างมีโครงสร้างแบบใด หรือที่กำลังเป็นข่าวโด่งดัง ในช่วงเดือนที่ผ่านมาคือ ข่าวการพบแร่มีลักษณะคล้ายทอง ที่จังหวัดกำแพงเพชร ก็สามารถใช้เครื่องมือชนิดนี้วิเคราะห์ได้ว่า แร่ที่พบเห็นนั้นใช่แร่ทองคำหรือไม่ เครื่องมือชนิดนี้ใช้เวลาวิเคราะห์เพียง 1-2 ชั่วโมงก็ทราบผลได้

    โดยปกติเครื่อง XRD ที่สถาบันวิจัยโลหะและวัสดุนี้ ใช้วิเคราะห์สารประกอบหรือแร่ที่มีลักษณะเป็นผงละเอียด หากวัสดุที่ต้องการวิเคราะห์ไม่สามารถบดเป็นผงได้ ต้องทำการตัดหรือเตรียมให้มีลักษณะผิวเรียบขนาด 1-1.5x2 เซนติเมตร หากท่านสนใจในรายละเอียด สามารถติดต่อขอรับบริการได้ที่ คุณชนิดา ไชยศรี โทร. 218-4209 สำหรับค่าบริการทดสอบตัวอย่างละ 1,000 บาท

 

อกสารอ้างอิง

  • สรินทร ลิ่มปนาท, เครื่องเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน, เครื่องมือวิจัยทางวัสดุศาสตร์ : ทฤษฎีและหลักการทำงานเบื้องต้น, วีระศักดิ์ อุดมกิจเดชา และคณะ (editor), สถาบันวิจัยโลหะและวัสดุ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, สำนักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, กรุงเทพ, 2543, หน้า 309-322.

กลับไปหน้าแสดงรายการ