Rentgenografia stosowana

Laboratorium

Ćwiczenie 1

Rentgenowska analiza strukturalna materiałów polikrystalicznych

Wykonała:

Agnieszka Kraska

Technologia Chemiczna

data wykonania: 12.10.2009r.

data oddania sprawozdania: 22.10.2009

WSTĘP TEORETYCZNY:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodyką pomiarów na automatycznym dyfraktometrze polikrystalicznym X'PERT PRO firmy PANalytical oraz z zasadami jakościowej analizy fazowej.

Przedmiotem rentgenowskiej analizy fazowej jest identyfikacja składu fazowego metodą dyfrakcji promieni rentgenowskich. W odróżnieniu od ciał bezpostaciowych, cieczy czy gazów, promieniowanie rentegnowskie ulega rozproszeniu na ciałach krystalicznych tylko w określonych kierunkach. W wyniku efektu dyfrakcji obserwujemy obraz identyfikujący substancję- nie mogą istnieć dwie różne substancje których kryształy dawałaby taki sam obraz dyfrakcyjny.

Metodami rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej można:

1. badać strukturę kryształów

2. identyfikować substancje krystaliczne i odróżniać substancje krystaliczne od bezpostaciowych

3. wykonywać ilościową analizę fazową i oznaczać przemiany fazowe

4. badać naprężenia wewnętrzne w krysztale i deformację sieci krystalicznej

5. badać grubość warstw na różnych materiałach

6. oznaczać teksturę i określać budowę ciał krystalicznych, w których zachodzi już częściowe uporządkowanie położenia atomów, jonów i cząsteczek

Każda substancja krystaliczna z uwagi na swój ściśle określony skład chemiczny oraz sposób rozmieszczenia atomów i jonów w sieci krystalicznej, daje w trakcie badań rentgenowskich charakterystyczny dla tej substancji obraz dyfrakcyjny. Obraz dyfrakcyjny jest swoistym „odciskiem palca” danej substancji, który umożliwia jej identyfikację.

W automatycznym dyfraktometrze polikrystaliczne promieniowanie ugięte jest rejestrowane za pomocą detektora promieniowania poruszającego się w płaszczyźnie promieniowania pierwotnego. Otrzymane obrazy dyfrakcyjne różnią się od siebie, gdy spełniony zostanie jeden z trzech podstawowych warunków określających odrębność fazy krystalicznej:

1. różny skład chemiczny

2. różna komórka elementarna

3. różne uporządkowanie atomów w komórce elementarnej

Oznacza to, że każda faza (substancja) krystaliczna daje właściwy sobie obraz dyfrakcyjny niezależnie od innych faz z nią współistniejących. Występowanie charakterystycznych maksimów dla danej fazy pozwala stwierdzić, że znajduje się ona w badanym materiale, a jeżeli występuje brak maksimów to nie świadczy to o tym, że faza ta nie występuje w badanym materiale, tylko świadczy to o tzw. granicy wykrywalności (czułości) metody.

Współczesna jakościowa analiza fazowa wykorzystuje programy komputerowe, które poszukują wzorce pasujące do otrzymanego dyfraktometru, który został najpierw zmierzony a później zredukowany.

Redukcja dyfraktometru polega na określeniu poziomu tła oraz znalezieniu maksimów (pików) na dyfraktogramie. W tym celu wykorzystuje się bazę Powder Diffraction File (PDF).

WYKONANIE ĆWICZENIA:

Otrzymana do zbadania substancja krystaliczna jaką była kreda, została roztarta w moździerzu, wymieszana i nałożona do kuwety- proszek lekko ubito. Preparat wypełnił całą kuwetę- powierzchnia była gładka i idealnie płaska. Następnie kuweta została została umocowana z próbką na dyfraktometrze. Następnie dobrano parametry pracy przyrządu i rozpoczęto wykonywanie pomiaru natężenia ugiętego w żądanym zakresie kątów 2θ.

Po zakończeniu pomiaru została przeprowadzana analiza dyfraktogramu i identyfikacja badanej substancji w programie High Score Plus.

Analiza ta składała się z trzech etapów:

1. określenie poziomu tła dyfraktogramu

2. przeszukiwanie bazy danych PDF i dopasowywanie wzorców w niej zawartych do badanej próbki

3. identyfikacja faz zawartych w badanym preparacie.

Po otrzymaniu zadania nr 23 od prowadzącego zajęcia przeprowadziłam analizę fazową w programie High Score Plus nieznanej mi próbki.

Treść zadania nr 23: Próbka zawiera mieszaninę pospolitych minerałów.

Sposób przeprowadzenia analizy:

1. Obróbka dyfraktogramu

1. Określenie tła - Treatment- Determine Background

2. Precyzyjne szukanie maksimów dyfrakcyjnych - Treatment- Search Peaks

3. Eliminacja maksimów dyfrakcyjnych pochodzących od promieniowania Kα2 - Treatment- Strip Kα2

4. Dopasowywanie profilu maksimów dyfrakcyjnych - Treatment- Fit Profile

2. Przeszukiwanie bazy danych PDF

1. Tworzenie listy wzorców zaczerpniętych z bazy - Analysis- Search & Match

2. Akceptacja kandydatów - w opraciu o uzyskane wyniki i wartości czynników skali, wizualne sprawdzenie dyfraktogramu

Analiza listy kandydatów pod kątem informacji tekstowych (dane krystalograficzne) i liczbowych (wartości d/n)

3. Modyfikacja przeszukiwania bazy - można jeszcze zmienić założenia, jeśli obecne są zbyt zawężone i utrudniają identyfikację

4. Wnikliwe sprawdzenie wszystkich wzorców uzyskanych w wyniku automatycznej identyfikacji

WNIOSKI:

Analiza fazowa próbki z zadania nr 23 w programie High Score Plus, wykazała, że głównym związkiem jakim zawierała ta próbka jest Aluminium alumosilicate, co jest zgodne z treścią zadania, gdyż związek ten jest minerałem skałotwórczym.

---