Rentgenová difrakce a spektrometrie RNDr.Jaroslav Maixner, CSc. VŠCHT v Praze Laboratoř rentgenové difraktometrie a spektrometrie Technická 5, 166 28 Praha 6 224354201, 24355023 Jaroslav.Maixner@vscht.cz
Technické vybavení laboratoře Prvková analýza RTG spektrometr - XRF 9400 - (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 20-1400oC
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
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
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
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
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 30-52 mm a výška max. 25 mm, menší vzorky - zalisovat do vosku či zalit do dentakrylu, snížení přesnosti nepravidelné tvary kompaktních vzorků je
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,
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
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.
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
Difraktogram amorfní fáze
Difraktogram krystalické fáze
Tuk - směs kryst. a amorfní fáze
Karta z databáze PDF-2
Identifikace fáze
Srovnání dražé a sacharozy
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 20-100mg
Data z databáze ICSD COL ICSD Collection Code 23660 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 1 3.000 2b 1/3 2/3 0.056 0.51(2) Al 2 3.000 6c 5/6 1/6 0.061 0.08(1) Al 3 3.000 2b 2/3 1/3 0.148 0.98(5) O 1-2.000 2a 0. 0. 0. O 2-2.000 6c 1/2 1/2 0.006 O 3-2.000 6c 0.832 0.168 0.256 O 4-2.000 2b 1/3 2/3 0.254
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
Strukturní analýza Stanovení elementární buňky Stanovení pozic atomů v buňce Stanovení meziatomových vzdáleností a úhlů Stanovení uspořádání molekul v buňce
Uspořádání molekul v buňce