Difracción de polvo de rayos X en Ciencias de la Conservación: Hacia rutina de determinación de estructura cristalina de los productos de corrosión de objetos de arte del patrimonio

El objetivo general de este método es obtener conocimientos sobre la estructura cristalina de los micro y nanocristales y productos de corrosión para comprender mejor las reacciones de producción y descomposición de los objetos de arte patrimoniales y permitir un análisis cuantitativo completo de las mezclas. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la ciencia de la conservación, como cómo se ha producido el objeto de arte y por qué está corroído. La principal ventaja de esta técnica es que no requiere cristales individuales, sino solo pequeñas cantidades de microcristal y polvo.

Aunque este método puede proporcionar información sobre la ciencia de la conservación, también se puede aplicar a otros campos, como la ciencia de los materiales, la química inorgánica o la metalología. Encontramos que la idea de este método cuando investigamos un fenómeno de gradación que recientemente se ha caracterizado como corrosión metálica inducida por vidrio. La Sra. Stefani, asistente técnica química de nuestro laboratorio, demostrará la preparación de muestras y la recopilación de datos.

Bajo un microscopio digital, elija cuidadosamente menos de un miligramo de muestra, uno de cabujones verdes azules opacos en un cierre histórico con una aguja fina. Después de esto, muela la muestra cuidadosamente con un mortero en un pequeño mortero de ágata. Distribuya la muestra entre dos láminas finas de poliamida transparente para rayos X y móntelas en un portamuestras de transmisión con una abertura central de ocho milímetros de diámetro.

Fije el soporte de muestras de transmisión en el círculo theta de un difractómetro. Mida la muestra durante 20 horas de cinco a 85 grados dos theta, con un ancho de paso de 0,015 grados dos theta en modo de transmisión. Active la rotación para lograr mejores estadísticas de partículas.

El siguiente paso es realizar una búsqueda automática de picos utilizando la primera y segunda derivadas de los polinomios soviéticos de Golle de orden bajo. Primero inicie el programa de software haciendo doble clic en el icono y luego haga clic en Cargar archivos de escaneo. Usando el menú desplegable, seleccione archivos de datos xy y luego haga doble clic en el archivo apropiado.

Ahora expanda el rango del archivo. Haga clic en la pestaña Perfil de emisión, seleccione Cargar perfil de emisión y elija el perfil deseado. A continuación, haga clic en el botón Insertar picos automáticamente y deshaga clic en Eliminar picos K Alpha 2, después de establecer el ancho del pico en 0.12, establezca el umbral de ruido en 1.74 y presione el botón Agregar picos.

Acérquese al patrón, desplácese a la sección deseada de picos y, a continuación, abra la ventana de detalles del pico. Ajuste los picos pulsando el botón izquierdo del ratón. A continuación, haga clic en Fase de picos.

Marque todos los picos en amarillo haciendo clic en Posición y luego haga clic con el botón izquierdo en la columna marcada en amarillo, copie la selección y seleccione Crear rango de indexación. Anule la selección del intervalo y seleccione Indexación de intervalos. A continuación, seleccione todas las celosías bravas.

Después de esto, presione el botón Ejecutar. Y sí para seguir indexando soluciones. Presione el botón Soluciones y luego resalte la primera solución haciendo clic con el botón izquierdo en el botón uno.

Ahora haga clic derecho en la solución resaltada y copie la selección. Anule la selección de Indexación de intervalos y, a continuación, seleccione el intervalo. En este punto, presione Agregar fase hkl, expanda el rango y, a continuación, expanda la fase hkl.

En Detalles de indexación, elija Pegar detalles de indexación. En Fondo, cambie Orden a ocho y, a continuación, seleccione 1/X término Bkg. A continuación, haga clic en Instrumento.

Después de establecer los radios primario y secundario en 217,5 mm, seleccione Ancho de rendija de recepción en Detector de puntos. En Modelo axial completo, establezca la fuente, la muestra y la longitud RS en seis mm. Ahora haga clic en Correcciones y elija 0 error.

Elija Factor LP y establezca el valor en 27,3. A continuación, haga clic en Miscelánea y establezca Pasos de convolución en 2. Seleccione Inicio X y establezca el valor en ocho, luego elija Finalizar X y establezca el valor en 75.

En Fase de picos de clic, elija Eliminar fase de picos y haga clic en Sí. En este punto, haga clic en Fase hkl y elija Microestructura. Después de seleccionar el tamaño de llanto L, elija el tamaño de grito G, seleccione la cepa L, elija la cepa G y luego presione el botón Ejecutar.

Por último, crea una lista de picos de alarde adecuados para el cambio de carga. Para la determinación de la estructura cristalina, utilice el método de inversión de carga respaldado por la inclusión de la fórmula de la tangente para encontrar las posiciones de la mayoría de los átomos más pesados. Primero, en Archivo, seleccione Cerrar todo y haga clic en Sí.

En Launch, seleccione Launch Kernel. En el menú desplegable Inicio, seleccione Establecer archivo INP y, a continuación, seleccione el archivo de entrada preparado. Ahora presione el botón Run y después de aproximadamente 20, 000 ciclos, presione el botón Stop y haga clic en OK. Después de esto, presione el botón de la ventana de salida temporal que muestra los átomos seleccionados y luego presione el botón de diálogo Opciones de nube.

Establezca N en pick en 45. Elija la simetría de ancho y presione el botón Seleccionar. Copie la salida temporal, guárdela en un archivo de texto y cierre la ventana de gráficos de volteo de carga.

El siguiente paso es aplicar el método de optimización global de recocido simulado para encontrar las posiciones de todos los átomos que no son de hidrógeno que faltan. En el menú desplegable de inicio, seleccione Establecer archivo INP y, a continuación, elija el archivo de entrada preparado. Presione el botón Run y después de varios miles de ciclos, presione el botón Stop y haga clic en Yes.

El paso final es desactivar el recocido simulado y cambiar al modo de refinamiento de Reitfeld comentando el comando apropiado. En Launch, elija Set INP file (Establecer archivo INP) y seleccione el archivo de texto de entrada preparado. Finalmente, presione el botón Ejecutar y haga clic en Sí.

Se utilizó difracción de polvo de rayos X de alta resolución para determinar las estructuras cristalinas de dos productos de corrosión conocidos desde hace mucho tiempo en objetos históricos. Se realizaron mediciones estándar utilizando un difractómetro de polvo de alta resolución de laboratorio de última generación en transmisión y geometría de Debye Scherrer utilizando rayos X monocromáticos. La determinación de la estructura cristalina de la muestra uno se realizó combinando iterativamente los métodos recíproco y de espacio directo con el análisis de diferencias de Fourier.

La determinación de las estructuras cristalinas de estos compuestos confirma la composición exacta, mejora nuestra comprensión de los mecanismos de desintegración y permite un análisis cuantitativo completo de la fase de los productos de corrosión. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en un día si se realiza correctamente. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como DTA, espectroscopia Raman y EDX para obtener información complementaria y adicional sobre la composición, la unión, las posibles transiciones de fase y la estabilidad.

Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo preparar muestras, registrar datos apropiados de difracción de polvo, realizar la reducción de datos y determinar la estructura cristalina del material microcristalino. Después de su desarrollo, esta técnica allanará el camino para los investigadores en el campo de la ciencia de la conservación y es no destructiva, rápida y fácil de usar.