Ask an Expert: Die Rietveld-Methode

Vor etwa 55 Jahren stellte der niederländische Forscher Hugo Rietveld auf dem siebten Kongress der International Union of Crystallography (IUCr) 1966 in Moskau einen neuen Ansatz zur Strukturbestimmung aus Pulverdiffraktionsdaten vor. Das Papier mit dem Titel „Line profiles of neutron powder-diffraction peaks for structure refinement“ wurde 1967 in Acta Cryst. veröffentlicht.

Rietveld arbeitete ursprünglich mit Neutronenbeugungsdaten, die vom Forschungsreaktor in Petten, Niederlande, gewonnen wurden. Seine Methode wurde erst 1977 allgemein anerkannt, als sie auch auf Röntgenbeugungs-daten angewendet wurde. In diesem Jahr benannte die Kommission für Pulverdiffraktion der IUCr die Methode nach dem Autor der ersten Veröffentlichung. Es dauerte weitere zehn Jahre, bis man erkannte, dass die Methode auch für die quantitative Phasenanalyse verwendet werden kann, was zu einem enormen Anstieg der Beliebtheit führte.

In der Rietveld-Methode wird das gesamte Diffraktionsmuster berücksichtigt, nicht nur die Intensitäten der Beugungspeaks. Durch den Vergleich von gemessenen und berechneten Diffraktionsmustern kann ein Kristallstrukturmodell verfeinert und die Zusammensetzung einer Probe quantifiziert werden. Heutzutage werden Rietveld-Verfeinerungen (und abgeleitete Methoden) weit verbreitet für die routinemäßige Quantifizierung von kristallinen Materialien in Wissenschaft und Produktionskontrolle (z. B. für die Zement- oder Stahlerzeugung) sowie zur Analyse von Kristallstrukturen angewendet.

Die Hauptvorteile der Rietveld-Methode

Einige der Hauptvorteile der Rietveld-Methode sind:

• Unterschiede zwischen dem experimentellen Standard und der unbekannten Substanz werden minimiert, was für die Quantifizierung von mineralogischen Proben mit hoher Variabilität wichtig ist.
• Die Gitterparameter der einzelnen Phasen und die Reflexionsprofile werden verfeinert.
• Die Genauigkeit der quantitativen Phasenanalyse wird verbessert, da das gesamte Diffraktogramm und nicht nur eine oder wenige Reflexionen in die Bewertung einfließen.
• Die Bestimmung amorpher Mengen ist enthalten.
• Kristallitgrößen werden berechnet.
• Die chemische Zusammensetzung wird berechnet. Ein Vergleich mit der Röntgenfluoreszenzanalyse der Probe kann die Zuverlässigkeit beider Ergebnisse bestätigen.
• Sie funktioniert gut, wenn sie in routinemäßige Prozesse integriert wird, beispielsweise für die Produktionskontrolle in Zementfabriken.
• Quantifizierungsfehler von weniger als 1% sind erreichbar.

Die derzeit verfügbaren Strukturdatenbanken enthalten die meisten üblichen Phasen und können leicht durch experimentell bestimmte Strukturdaten, beispielsweise als CIF oder hkl-Dateien, erweitert werden.¹

Fragen Sie einen Experten

Am 30. März veranstalten wir das zweite Webinar einer Reihe von Fragen Sie einen Experten!-Webinaren. Während dieses Webinars werden wir uns voll und ganz auf Pulverdiffraktion mit Rietveld-Verfeinerung konzentrieren. Benötigen Sie neue Wege, um Herausforderungen bei der Materialanalyse zu überdenken, wollen Sie Ihre analytischen Fähigkeiten schärfen oder herausfinden, welche wertvolleren Informationen Ihnen diese Methode bieten kann? Dieses Webinar ist genau das Richtige.

„Fragen Sie einen Experten“ richtet sich an Studenten, Forscher oder Professoren, die ihre analytische Methode schärfen, ihr Wissen vertiefen oder vielleicht eine neue Forschung beginnen und wissen möchten, was ihre Daten verbessern kann. Schließlich bewegt sich die Wissenschaft schneller, wenn wir unser Wissen teilen. 

Wir möchten grundlegende Informationen und Tipps zur Datensammlungspraktik sowie zur Beantwortung häufiger Fragen zur Rietveld-Verfeinerung bereitstellen. Sie können Ihre Fragen und/oder Daten vor dem Webinar einsenden, indem Sie eine E-Mail an askanexpert@malvernpanalytical.com senden oder den Hashtag #MPexpert auf Twitter verwenden. Wir werden eine Auswahl der eingehenden Fragen während des Live-Webinars bearbeiten. Mit anderen Worten, dies ist der ultimative Weg zur Verbesserung Ihrer quantitativen Phasenanalyse!

Referenzen

1. Emrich, M., Opper, D., XRD for the analyst – Getting acquainted with the principles, Malvern Panalytical 2018, S. 67-68.