Sprawozdanie

Nr grupy : 31T1 Nr zespołu :6	Ćwiczenie nr 3	Data wykonania ćwiczenia: 10.04.13
Artur Bukowczan Marta Twardowska Aneta Walczyk Karolina Wilk	Temat: Identyfikacja substancji metodą proszkowej dyfrakcji rentgenowskiej.

1. Wstęp teoretyczny:

Zjawisko ugięcia promieni rentgenowskich w krysztale znalazło praktyczne zastosowanie w analizie strukturalnej substancji krystalicznych. Źródłem promieniowania rentgenowskiego jest lampa rentgenowska, składająca się z żarzonej katody i antykatody, do których doprowadzone jest wysokie napięcie. Elektrony emitowane przez katodę są przyspieszane w polu elektrycznym i uderzając w skośnie ustawioną anodę wywołują promieniowanie rentgenowskie – jest to promieniowanie monochromatyczne, zwane również charakterystycznym. Tylko część elektronów przyspieszonych w polu elektrycznym ma wystarczającą energię kinetyczną, aby wybić z atomów antykatody elektrony z powłok przyjądrowych, emitując tym samym promieniowanie rentgenowskie. Znaczna ich część jest hamowana i nie powoduje wzbudzenia atomów. Energia wypromieniowania przez nie jest nazywana widmem hamowania i jest widmem ciągłym.

Ugięcie promieniowania rentgenowskiego jest związane z prawem Bragga, które jest zależnością wiążącą długość fali i kąt, pod którym następuje wzmocnienie wiązki promieniowania, z geometrią kryształu. Warunek Bragga zakłada odbicie od płaszczyzn na których układają się atomy kryształu. Przy znanych odległościach międzypłaszczyznowych i długości fali prawo Bragga określa kąt, pod jakim musi padać fala, aby nastąpiła interferencja konstruktywna (wzmocnienie). Oznacza to, że promienie rentgenowskie padające na kryształ dają maksima promieniowania ugiętego tylko pod pewnymi kątami padania.

n𝝀=2_dhklsin𝜽

n – rząd ugięcia

λ – długość fali promieniowania rentgenowskiego

d – odległość międzypłaszczyznowa

θ – kąt padania

Metoda proszkowa Debye’a- Scherrera- Hulla (DSH), jest to metoda, która pozwala na identyfikowanie substancji polikrystalicznych. Opiera się ona na wykorzystaniu promieniowania monochromatycznego, które pada na sproszkowaną próbkę. Optymalny rozmiar ziarna to ok 1μm. Polega ona na pomiarze intensywności promieniowania po dyfrakcji na podstawie którego oblicza się kąt Bragga, co pozwala z kolei na wyznaczenie odległości międzypłaszczyznowych d_hkl i na zidentyfikowaniu substancji. Identyfikacja substancji polega na porównaniu otrzymanych wyników z kluczem sporządzonym dla różnych substancji krystalicznych. W metodzie tej przyjmuje się, że próbka składająca się z przypadkowo ułożonych kryształów zawiera zawsze pewną grupę krystalitów, dla których spełnione jest prawo Bragaa.

Otrzymaną wiązkę odchyloną pod katem 2𝜽 od promieniowania pierwotnego rejestruje się na filmie, lub przy pomocy specjalnego licznika.

Metoda licznikowa określana jest mianem dyfraktometrii rentgenowskiej i polega na tym, że refleksy śledzi się po przez przesuwanie licznika. Ważne jest, aby prędkość kątowa licznika była dwa razy większa od prędkości kątowej preparatu.

1 – stolik goniometru

2 – preparat

3 – anoda lampy

4 – skala goniometru

5 – licznik

2. Wykonanie ćwiczenia

Przy pomocy moździerza rozdrobniono próbki krystaliczne do najmniejszych możliwych do uzyskania rozmiarów i zbadano ich średnią ziarnistość przy pomocy wcześniej skalibrowanego na szkiełku wzorcowym mikroskopu projekcyjnego. Następnie przygotowano próbki do analizy.
Na podstawie dyfraktogramów (załączonych do sprawozdania) odczytane wartości pików porównano z kluczem, w wyniku czego określono skład próbek poddanych analizie.

Kalibracja mikroskopu:

• Obiektyw 5

500μm – 58 działek

8,6207 μm – 1 działka

• Obiektyw 10

1 działka – 3,8168 μm

• Obiektyw 20

1 działka – 2 μm

• Obiektyw 40

1 działka – 1 μm

Próbka A:

Rozmiary reprezentatywnych ziaren próbki określono przy pomocy obiektywu 20. Średni rozmiar ziarna dla próbki A po roztarciu wynosił:
(4+5+8+9+5+6+8+9+18+12):10 = 8,4 μm

Próbka B:

Rozmiary reprezentatywnych ziaren próbki określono przy pomocy obiektywu 20. Średni rozmiar ziarna dla próbki B po roztarciu wynosił:
(6+8+10+14+14+12+4+6+14+4):10 = 9,2 μm

Na podstawie otrzymanych dyfraktogramów przy użyciu klucza rentgenowskiego zidentyfikowane zostały substancje:

Dyfraktogram 1: CaSO₄*1/2H₂O

Dyfraktogram 2: CaCO₃

Klucze wykorzystane do identyfikacji substancji:

CaCO3
d
3,860
3,035
2,845
2,495
2,285
2,095
1,927
1,913
1,875
1,626
1,604
1,587

CaSO4*1/2 H2O
d
6,00
4,360
4,283
3,989
3,826
3,613
3,469
3,225
3,042
3,006
2,807
2,717
2,617
2,570
2,343
2,273
2,228
2,184
2,139
2,117
2,028
2,004
1,954

3. Wnioski.

Problem ze zidentyfikowaniem próbki przedstawionej na dyfraktogramie 2 mógł wynikać z niedokładnego przygotowania próbki, a także z ułożenia rozdrobnionych ziaren w próbce. Nadmierne rozdrobnienie ziarna powoduje rozmycie linii dyfrakcyjnych a w konsekwencji utrudnia poprawną identyfikację próbki. Natomiast zbyt gruboziarnista próbka będzie dawała zbyt małą liczbę linii dyfrakcyjnych, co również znacznie utrudnia analizę.