Rentgenová difrakce a spektrometrie

Transkript

1 Rentgenová difrakce a spektrometrie RNDr.Jaroslav Maixner, CSc. VŠCHT v Praze Laboratoř rentgenové difraktometrie a spektrometrie Technická 5, Praha , Jaroslav.Maixner@vscht.cz

2 Technické vybavení laboratoře Prvková analýza RTG spektrometr - XRF (r.v.1999) Emisní spektrograf - Q24 (r.v.1970) Fázová analýza - stanovení krystalických fázi v polykrystalickém materialu RTG difraktometry - DronUM, Seifert - Debyeflex, XRD 3000, Bruker -D8, Philips - XpertPro vysokoteplotní komora - studium vzorku v teplotním rozsahu oC

3 Technické vybavení ÚCHPL Strukturní analýza - stanovení krystalické a molekulové struktury Čtyřkruhový difraktometr - Enraf Nonius - CAD4 - Krystalografické databáze databáze práškových standardů PDF-2 databáze anorganických struktur ICDS databáze organických struktur CSD

4 RTG spektrální analýza Buzení prvků pomocí RTG záření Rh lampy Charakteristické záření prvků -dano energetickými hladinami prvku Rozklad vybuzeného záření vzorku monochromatorem - oddělení jednotivých vlnových délek různých prvků Detekce fotonu scintilačním a průtokovým detektorem

5 Rentgenový spektrometr XRF 9400 Kvalitativní prvková analýza ( B - U) kapalné, práškové a kompaktní vzorky detekční limity od 1ppm do 100% přesnější pro těžší prvky, omezení pro B,C,N,O, horší detekční limity pro F, Na nedestruktivní metoda kvantitativní analýza pomocí standardů kvantitativní analýza programem Uniquant

6 Základní informace a postřehy výhodné pro měření více prvků najednou ve vzorku přesnost a citlivost měření roste s protonovým číslem prvku minimální interference mezi prvky lehké prvky B-Si vyžadují pečlivou reprodukovatelnou přípravu vzorku, čím je hladší povrch tím lépe

7 Práškové a kompaktní vzorky práškové vzorky 0.5-2g závisí na hustotě, jemně rozetřené (optimálně na 10 µm) menší množství od 5mg - semikvantitativní prvková analýza kompaktní vzorky - v rozmezí mm a výška max. 25 mm, menší vzorky - zalisovat do vosku či zalit do dentakrylu, snížení přesnosti nepravidelné tvary kompaktních vzorků je

8 Kapalné vzorky a filtry optimální množství 15 ml, ph v rozmezí od 2 do 12, Na-U podstatně snížená mez detekce a přesnost pro lehké prvky Na-Si méně přesné než AAS, nevhodné pro měření menšího množství prvků jak 3 rychlá informace o všech prvcích v kapalině s koncentracemi nad 100ppm analýza tenkých vrstev na filtračním papíru,

9 Příklad aplikací analýzy stop prvků v polymerech, detekční limit je minimálně 1 ppm analýzy kapalin, detekční limit 0.5ppm analýzy olejů analýzy ocelí analýzy skel, včetně analýzy Boru analýzy zlata analýzy půd, jílových minerálů a keramiky

10 Emisní spektrograf Q24 malé množství materiálu cca 25mg optimální pro stanovování kovů neumožňuje stanovovat všechny prvky možno stanovovat Li, Be a až o 2 řády nižší koncentrace B např. ve sklech doplňuje RTG spektrometr.

11 RTG difrakce Krystalická fáze elementární buňkou - a,b,c,α, β, γ pozice atomů v buňce - x, y, z set mezirovinných vzdáleností a intenzit - d, I Braggův zákon - 2d sin (θ) = λ mezirovinná vzdálenost - d úhle difrakce - θ vlnová délka - λ

12 Difraktogram amorfní fáze

13 Difraktogram krystalické fáze

14 Tuk - směs kryst. a amorfní fáze

15 Karta z databáze PDF-2

16 Identifikace fáze

17 Srovnání dražé a sacharozy

18 Kvantitativní fázová analýza Srovnáním naměřeného vzorku se standardy Srovnáním naměřeného vzorku s teoreticky vypočítanými daty z databází ICSD a CSD Koncentrace od 1% Množství vzorku mg

19 Data z databáze ICSD COL ICSD Collection Code FORM (Al2 O3) TITL The Crystal Structure of kappa'-al2 O3, the New Intermediate Phase CELL a=5.544(1) b=5.544(1) c=9.024(1) ŕ=90.0 á=90.0 ç=120.0 SGR P 63 m c (186) - hexagonal PARM Atom No OxStat Wyck -----X Y Z SOF- Al b 1/3 2/ (2) Al c 5/6 1/ (1) Al b 2/3 1/ (5) O a O c 1/2 1/ O c O b 1/3 2/

20 Příklad aplikací Rozlišení polymorfie anatasu a rutilu Stanovení složení cementů, rzí Stanovení austenit. a feritické fáze v ocelích Koroze kovových materiálů Kontrola výroby pigmentů a léčiv Pigmentace nátěr. hmot, smaltů a plastů Stanovení krystalického podílu v kovových sklech, smaltech a plastech

21 Strukturní analýza Stanovení elementární buňky Stanovení pozic atomů v buňce Stanovení meziatomových vzdáleností a úhlů Stanovení uspořádání molekul v buňce

22 Uspořádání molekul v buňce