DYFRAKCJA RENTGENOWSKA

Metody dyfrakcyjne – wiązki jakiegokolwiek promieniowania ulegają dyfrakcji (ugięciu) i są rejestrowane.
Jest dość powszechnie stosowana, jest metodą precyzyjną.
Promieniowanie rentgenowskie w laboratorium jest tworzone przez lampę rentgenowską . W badaniach wykorzystywana jest jedna długość fal, tzw. promieniowanie charakterystyczne. Próbki do badań potrzeba ok. 1g.

Dokładność oznaczania wynosi 1%. Jest to metoda niszcząca. Próbkę należy utrzeć w moździerzu by sprowadzić uziarnienie do jednej frakcji.

Wzór Bragga: nλ=2dsinϴ

Badać można tylko ciała krystaliczne. Badanie ciał amorficznych jest prawie niemożliwe.
Kąty odbicia promieni od płaszczyzn to kąty odbłysku (ϴ).

n – kolejny promień padający

λ – długość promieniowania rentgenowskiego

d_hkl - odległości międzypłaszczyznowe

Techniki rejestracji kątów ϴ:

- filmowa – umieszczone w kamerze rentgenowskiej filmu światłoczułego, na którym w postaci prążków rejestrowany był kąt.

- rejestracja przy użyciu licznika – uginające się promieniowanie jest rejestrowane przez licznik

Wykres nazywamy dyfraktogramem. Wartości kątów ϴ są od razu przeliczane dla danego refleksu. Za jego pomocą możemy wyznaczyć d ze wzoru Bragga.

pozycje refleksu intensywność

identyfikacji substancji krystalicznej.

Analiza jakościowa i jakościowa.

Porównanie zmierzonych pozycji refleksów wzorce wewnętrzne

oraz ich intensywności określenie wielkości kryształów

Analiza:

- wyznaczenie tła pików dyfrakcyjnych

- wyznaczenie skali kątowej wykresu

- wyznaczenie wartości kąta ϴ (2ϴ) dla refleksów

- wyznaczenie wartości d_hkl (wzór Bragga bądź z tablic)

- wyznaczenie intensywności refleksów (tło skala 1-10)

- wybór 3 – 5 najsilniejszych refleksów identyfikacja fazowa minerału głównego ( dopasowanie wszystkich refleksów do danej fazy – dokładność 0,05)

- identyfikacja fazowa pozostałych faz mineralnych

Próbki polimineralne:

Refleksy główne minerałów ilastych:

Montmorillonit, chloryt – d = 12 – 18 A

Illit, smektyt - d = 12 A

Kaolinit, chloryt d = 7 A

Illit/smektyt (mieszanopakietowe) - d = 10 – 12 A

Miki, illit - d = 10,5 A

Ogólne refleksy ilaste: 3,56; 4,50; 2,56 A

Kwarc: 4,26; 3,34 A

Skalenie: 3,18 A

Żeby rozróżnić montmorillonit od chlorytu trzeba wykonać dodatkowe badania np. nasącza się próbkę substancją amorficzną np. gliceryną by nie powstały dodatkowe refleksy. Jeżeli to montmorillonit to refleks się powiększy.

Dodatkowe badania:
- glikolowanie

- prażenie (temp! – trzeba wiedzieć jaki zakres temperatur można stosować do danego minerału żeby go nie spieprzyć!)

Termiczna analiza różnicowa DTA

Analiza termiczna polega na określaniu zakresu temperatur, w których w ogrzewanych lub ochłodzonych materiałach zachodzą przemiany chemiczne lub fizyczne np. przemiany fazowe.

Obserwowane lub rejestrowane zmiany właściwości materiału, ogrzewanego lub studzonego w kontrolowanym tempie. W przypadku stosowania rejestracji wyników pomiarów analizę termiczną nazywa się analizą termograficzną.

Analiza termiczna polega na rejestracji temperatury badanego materiału lub różnicy między temperaturą badanego minerału a minerałem wzorcowym.
Substancja wzorcowa musi zostać tak dobrana, aby w danym zakresie temperatur nie podlegała żadnym przemianom fizycznym lub chemicznym (najczęściej stosuje się prażony Al₂O₃ lub MgO).

Metody analizy termicznej wykorzystuje się do:

- badania reakcji chemicznych przemian fazowych zachodzących podczas ogrzewania substancji

- wyznaczania parametrów termodynamicznych i kinetycznych reakcji

- określenia składu fazowego i chemicznego substancji

- określaniu czystości surowców

- wyznaczania trwałości termicznej

Podział metod analizy termicznej wg mierzonych przez nie parametrów:

- termograwimetria – rejestruje zmiany ciężaru próbki

- termiczna analiza różnicowa DTA – rejestruje różnice temperatur

- analiza termocząstkowa (EGA) rejestruje objętość i skład chemiczny

- termiczna analiza emanacyjna (EGD) gazowych produktów reakcji

- termodylatometria – rejestruje zmiany liniowych wymiarów próbki i niektórych wł. Mechanicznych

Termiczna analiza różnicowa DTA:

Badać można wszystkie minerały z wyjątkiem termicznie obojętnych.

Reakcje zachodzące w minerałach:

- przemiany fizyczne

- przemiany chemiczne (chemisorpcja, dehydratacja, rozkład, utlenianie itp.)

- przemiany fazowe wyższych rzędów (topnienie, sublimacja, parowanie, adsorpcja itp.)

- przemiany strukturalne

Pik do góry – reakcja egzotermiczna

Pik w dół – reakcja endotermiczna

Każdy efekt termiczny charakteryzuje następujące elementy:

- temp. początkowa reakcji T_p

- temperatura maksimum reakcji T_m

Ogólne metody stosowane do badania minerałów i skał:

• Mikroskopia optyczna

• Mikroskopia elektronowa SEM, TEM

• Dyfrakcja rentgenowska

• Termiczna analiza różnicowa

• Spektroskopia absorpcyjna w poczerwieni

W mikroskopii elektronowej wykorzystywana jest wiązka elektronów do czego potrzebne jest działko elektronowe i ogromne napięcie.

TEM – Transmisyjna mikroskopia elektronowa - wiązka ugina się, otrzymujemy obraz dyfrakcyjny. Na podstawie szarości możemy powiedzieć jak zachowuje się wiązka elektronów.

SEM – skaningowa mikroskopia elektronowa – obserwuje się reakcje z próbką, wiązka elektronów wzbudza wtórne promieniowanie i obserwujemy oddziaływanie promieniowania wtórnego z próbką. Próbkę trzeba napylić z reguły złotem lub węglem. Masa próbki do badań od ułamków grama do 0,5 kg. SEM wyposażone są w podstawkę EDS, która umożliwia wykonanie analizy chemicznej, która wykonywana jest punktowo bądź otrzymujemy widmo chemiczne dla danego pierwiastka w zależności od wybranej częstotliwości.
Możemy wykonać tymi metodami analizę jakościową i ilościową.

Spektroskopia w podczerwieni IR

• Metodą spektroskopii molekularnej badamy uporządkowanie bliskiego zasięgu. Może służyć do identyfikacji ciał amorficznych i słabo krystalicznych .

• Użyteczna do analizy minerałów z jonami

włókno próbka układ optyczny detektor

W tej metodzie trzeba zarejestrować częstotliwości drgań, na podstawie której możemy identyfikować fazy mineralne.

Analiza składu chemicznego skał:

- tzw. klasyczna czyli na mokro – rozpuszcza się próbki a następnie strąca się różne składniki i oznacza wagowo ich udział

- metody instrumentalne – XRF

Badania izotopowe:

- geochemia izotopowa

- analiza izotopów trwałych i radiogenicznych