Difracçãoderaios-X XRD, PXRD

Transcrição

1 8 Difracçãoderaios-X XRD, PXRD A difracção de raios-x fornece informação sobre características estruturais de materiais Idealmente, numa amostra em pó, qualquer possível orientação cristalina é representada por igual

2 Natureza dos raios-x Espectro electromagnético Frequência (Hz) Raios gama TV Rádio Microondas Iv Visível Uv Raios-X Comprimento de onda (m) 10 0,01 nm iv uv Comprimento de onda (nm)

3 A média das orientações resultante permite obter numa só dimensão a informação típica obtida através da difracção de cristal único. Quando a radiação difundida é recolhida num alvo plano, obtêm-se anéis de difracção à volta do eixo do feixe incidente, em vez de pontos discretos como os observados em difracção de cristais únicos. Cones de Debye-Scherrer Amostra

4 O ângulo entre o eixo do feixe incidente e o anel é chamado ângulo de difracção e representado por 2Θ. De acordo com a lei de Bragg: nλ = 2 d sen(θ)

5 Os dados de difracção de pó são usualmente representados através de um difractograma em que a intensidade da radiação difractada é representada em função tanto do ângulo de difracção, 2Θ, ou em função do vector de difracção, d. Esta última variável tem a vantagem de o difractograma não depender do comprimento de onda, λ.

6 Análise rápida e não destrutiva de misturas sem grande preparação de amostras Identificação de sólidos cristalinos ou suas fases Metalurgia, mineralogia, ciência forense, arqueologia, física da matéria condensada e ciências biológica e farmacêutica A identificação é conseguida por comparação do difractograma com um padrão conhecido ou com uma base de dados ( International Centre for Diffraction Data s Powder Diffraction File (PDF) ou Cambridge Structural Database (CSD) ) Materiais amorfos (líquidos, vidros, etc.), contrariamente a materiais cristalinos, produzem um sinal de fundo largo. Muitos polímeros mostram comportamento semi-cristalino. A difracção de raios-x de pó pode ser usado para determinar a cristalinidade, por comparação da intensidade integrada do padrão de fundo com a dos picos.

7 Câmaras As câmaras para difracção de raios-x de amostras em pó consistem num pequeno capilar e ou um detector plano (originalmente um pedaço de filme, agora mais detector plano ou uma câmara CCD câmara de Laue) ou cilíndrico (originalmente um pedaço de filme, agora mais um detector curvo sensível a posição câmara de Debye-Scherrer)

8 Tubos de raios-x O tipo de tubo mais usado num difractómetro de raios-x usa um ânodo de cobre, embora também são populares de cobalto e molibdénio. O comprimento de onda para cada fonte, em nm, é: Elemento Kα (médio) Kα2 (forte) Kα1 (muito forte) Kβ (fraco) Cr Fe Co Cu Mo

9 A combinação de certos comprimentos de onda e certos elementos pode levar a forte fluorescência, que fortalece o fundo num difractograma. Um exemplo forte é o da presença de ferro numa amostra, quando é usada radiação provinda de cobre. Em geral, devem ser evitados elementos mesmo abaixo do elemento do ânodo na tabela periódica. A intensidade dos geradores tradicionais é relativamente baixa. As fontes de sincrotão muda completamente este panorama mais larga escolha de comprimentos de onda e maior brilho.

10 Amostras m amostras 0.5 mg

11 9 Radiografia Técnica não destrutiva de fotografia, usando raios-x para ver objectos invisíveis ou de difícil observação Fontes A radiação é produzida em tubos de raios-x, equipamento de raios-x de alta energia ou por elementos radioactivos naturais, tais como rádio e rádon, e isótopos radioactivos produzidos artificialmente como cobalto-60 e irídio-192 Detectores Filmes fotográficos, cintiladores e conjuntos de díodos de semicondutores

12 Aplicações Objectos de bronze (vasos rituais antigos, espelhos e armas, etc.), ferros (vasos, etc.), barro e cerâmica, etc.. Os raios-x podem revelar muito sobre o processo de produção artística e frequentemente alterações de composição. Os raios-x penetram as camadas de pintura e suportes em vários graus, dependendo da massa atómica do material analisado. Os materiais de baixa massa atómica permitem que os raios-x os atravessem facilmente e os de alta massa atómica bloqueiam-nos. Por exemplo, tinta de branco de chumbo é altamente opaca a raios-x, enquanto tintas baseadas em carbono, incluindo alguns pretos, são mais transparentes. A espessura do material também determina o grau de opacidade.

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14 Espelho de bronze da dinastia Han Bule de bronze para vinho de mesa, proveniente a Zhou ocidental e pertencente ao museu de Fufeng Estrutura de junção entre o animal e o corpo (esquerda) e tampa (direita)

15 O velho guitarrista de Picasso Luz visível Radiografia Jovem Mãe com criança ajoelhada ao seu lado Mulher mais velha com cabeça inclinada

16 Infravermelho Ultravioleta (pormenor) O verniz aparece verde amarelado, sugerindo ser um verniz resinoso natural