Metode Rietveld Refinement untuk Analisis XRD

Apa itu Rietveld Refinement?

Penyempurnaan Rietveld atau biasa disebut Rietveld Refinement adalah teknik yang dijelaskan oleh Hugo Rietveld yang digunakan dalam mengkarakterisasi material khususnya melalui data difraksi kristal. Neutron dan sinar-X difraksi sampel bubuk menghasilkan pola yang dicirikan oleh pantulan (puncak intensitas) pada posisi tertentu. Tinggi, lebar dan posisi refleksi ini (puncak difraksi) dapat digunakan untuk menentukan banyak aspek dari struktur material.

Metode Rietveld menggunakan pendekatan kuadrat terkecil untuk menyempurnakan profil garis teoretis hingga cocok dengan profil yang diukur. Pengenalan teknik ini merupakan langkah maju dan signifikan dalam analisis difraksi serbuk karena tidak seperti teknik lain pada waktu itu, teknik ini mampu menangani pantulan yang sangat tumpang tindih dengan sangat baik

Metode ini pertama kali diperkenalkan pada tahun 1967, dan dilaporkan pada tahun 1969 untuk difraksi neutron monokromatik dimana posisi refleksi dilaporkan dalam sudut Bragg. Terminologi ini akan digunakan di sini meskipun teknik ini juga dapat diterapkan pada skala alternatif seperti energi sinar-x atau waktu terbang neutron. Satu-satunya skala independen panjang gelombang dan teknik ini adalah dalam unit ruang timbal balik atau perpindahan momentum yang secara historis jarang digunakan dalam difraksi serbuk tetapi sangat umum di semua teknik difraksi dan optik lainnya.

Pengantar Metode Rietveld Refinement

Teknik penyempurnaan difraksi sinar-X (XRD) serbuk yang paling umum digunakan saat ini didasarkan pada metode yang diusulkan pada tahun 1960 oleh Hugo Rietveld. Metode Rietveld menyesuaikan profil terhitung (termasuk semua parameter struktural dan instrumental) dengan data eksperimen. Teknik ini menggunakan metode kuadrat terkecil non-linier, dan memerlukan perkiraan awal yang masuk akal dari banyak parameter bebas, termasuk bentuk puncak, dimensi sel satuan dan koordinat semua atom dalam struktur kristal. Parameter lain dapat ditebak sementara, masih cukup disempurnakan. Dengan cara ini seseorang dapat memperbaiki struktur kristal bahan bubuk atau serbuk dari data PXRD. Hasil penyempurnaan yang berhasil secara langsung terkait dengan kualitas data, kualitas model (termasuk perkiraan awal), dan pengalaman pengguna.

Metode Rietveld adalah teknik yang sangat kuat yang memulai era luar biasa untuk XRD bubuk dan ilmu material secara umum. Powder XRD pada intinya adalah teknik eksperimental yang sangat mendasar dengan beragam aplikasi dan opsi eksperimental. Meskipun sedikit dibatasi oleh data PXRD satu dimensi dan resolusi terbatas, kekuatan bubuk XRD tetap sangat menakjubkan. Dimungkinkan untuk menentukan keakuratan model struktur kristal dengan memasang profil ke plot 1D dari intensitas vs sudut yang diamati. Penting untuk diingat bahwa penyempurnaan Rietveld memerlukan model struktur kristal dan tidak menawarkan cara untuk menghasilkan model seperti itu sendiri. Namun, ini dapat digunakan untuk menemukan detail struktural yang hilang dari solusi struktur ab initio sebagian atau lengkap, seperti dimensi sel satuan, jumlah fase, ukuran/bentuk kristal

Bentuk difraksi serbuk Rietveld: posisi dan bentuk puncak

Sebelum mendalami metode penyempurnaan Rietveld ini, perlu untuk membangun pemahaman yang lebih besar tentang data difraksi serbuk dan informasi apa yang dikodekan di dalamnya untuk menetapkan gagasan tentang cara membuat model pola difraksi, yang tentu saja diperlukan dalam penyempurnaan Rietveld. Pola difraksi yang khas dapat dijelaskan oleh posisi, bentuk, dan intensitas dari beberapa refleksi Bragg. Masing-masing dari tiga sifat yang disebutkan mengcirikan beberapa informasi yang berkaitan dengan struktur kristal, sifat sampel, dan sifat instrumental.

Struktur pola bubuk pada dasarnya ditentukan oleh parameter instrumental dan dua parameter kristalografi: dimensi sel satuan, dan kandungan atom dan koordinatnya. Jadi, model pola bubuk dapat dibangun sebagai berikut:

1. Menetapkan posisi puncak: Posisi puncak Bragg ditetapkan dari hukum Bragg menggunakan panjang gelombang dan jarak d untuk sel satuan tertentu.
2. Tentukan intensitas puncak: Intensitas tergantung pada faktor struktur, dan dapat dihitung dari model struktural untuk masing-masing puncak. Ini membutuhkan pengetahuan tentang koordinasi atom spesifik dalam sel satuan dan parameter geometris.
3. Bentuk puncak untuk masing-masing puncak Bragg: Diwakili oleh fungsi FWHM (yang bervariasi menurut sudut Bragg) yang disebut fungsi bentuk puncak. Pemodelan ab initio secara realistis sulit dilakukan, sehingga fungsi dan parameter bentuk puncak yang dipilih secara empiris digunakan untuk pemodelan.
4. Jumlah: Fungsi bentuk puncak individu dijumlahkan dan ditambahkan ke fungsi latar belakang, meninggalkan pola bubuk yang dihasilkan.

Sangat mudah untuk memodelkan pola bubuk mengingat struktur kristal suatu material. Sebaliknya, menentukan struktur kristal dari pola bubuk, jauh lebih rumit. Penjelasan singkat tentang proses berikut, meskipun bukan fokus dari artikel ini.

Untuk menentukan struktur dari pola difraksi serbuk, langkah-langkah berikut harus diambil; 

• Pertama, posisi dan intensitas puncak Bragg harus ditemukan dengan menyesuaikan fungsi bentuk puncak termasuk latar belakang. 
• Selanjutnya, posisi puncak harus diindeks dan digunakan untuk menentukan parameter sel satuan, simetri, dan konten. 
• Ketiga, intensitas puncak menentukan simetri kelompok ruang dan koordinasi atom. Akhirnya, model digunakan untuk memperbaiki semua parameter fungsi kristalografi dan bentuk puncak. Untuk melakukan ini dengan sukses, ada persyaratan untuk data yang sangat baik yang berarti resolusi yang baik, koreksi background rendah, dan rentang sudut yang besar.

Sitasi Artikel

Thinks Physics. 2022. Metode Rietveld Refinement untuk Analisis XRD. https://www.thinksphysics.com/2022/09/metode-rietveld-refinement-untuk-.html Diakses pada tanggal (tanggal akses anda)