X-ray Powder Diffraction en science de la conservation: Vers Routine structure cristalline Détermination des produits de corrosion sur l'art du patrimoine Objets

L’objectif général de cette méthode est d’acquérir des connaissances sur la structure cristalline des micro et nanocristaux et des produits de corrosion, de mieux comprendre les réactions de production et de désintégration des objets d’art patrimoniaux et de permettre une analyse quantitative complète des mélanges. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la science de la conservation, telles que la façon dont l’objet d’art a été produit et pourquoi est-il corrodé. Le principal avantage de cette technique est qu’elle ne nécessite pas de monocristaux mais seulement de petites quantités de microcristaux et de poudre.

Bien que cette méthode puisse donner un aperçu de la science de la conservation, elle peut également être appliquée à d’autres domaines tels que la science des matériaux, la chimie inorganique ou la métallologie. Nous avons trouvé que l’idée de cette méthode lorsque nous avons étudié un phénomène de gradation qui a récemment été caractérisé comme la corrosion du verre induit le métal. Mme Stefani, une assistante technique chimique de notre laboratoire, fera la démonstration de la préparation des échantillons et de la collecte de données.

À l’aide d’un microscope numérique, prélevez soigneusement moins d’un milligramme d’échantillon, dont un dans des cabochons bleu-vert opaques sur un fermoir historique, à l’aide d’une aiguille fine. Ensuite, broyez soigneusement l’échantillon avec un pilon dans un petit mortier d’agate. Répartissez l’échantillon entre deux fines feuilles de polyamide transparentes aux rayons X et montez-les sur un porte-échantillon à transmission doté d’une ouverture centrale de huit millimètres de diamètre.

Fixez le porte-échantillon de transmission sur le cercle thêta d’un diffractomètre. Mesurez l’échantillon pendant 20 heures de cinq à 85 degrés deux thêta, avec une largeur de pas de 0,015 degré deux thêta en mode transmission. Activez la rotation afin d’obtenir de meilleures statistiques de particules.

L’étape suivante consiste à effectuer une recherche automatique de pics en utilisant les dérivées première et seconde des polynômes de Golle de Sovietske d’ordre inférieur. Démarrez d’abord le logiciel en double-cliquant sur l’icône, puis cliquez sur Charger les fichiers d’analyse. À l’aide du menu déroulant, sélectionnez les fichiers de données xy, puis double-cliquez sur le fichier approprié.

Élargissez maintenant la plage du fichier. Cliquez sur l’onglet Profil d’émission, sélectionnez Profil d’émission de charge et choisissez le profil souhaité. Cliquez ensuite sur le bouton Insérer automatiquement des pics et décliquez sur Supprimer K Alpha 2 Peaks, après avoir réglé la largeur du pic sur 0,12, réglez le seuil de bruit sur 1,74 et appuyez sur le bouton Ajouter des pics.

Zoomez sur le motif, déplacez-vous vers la section souhaitée des pics, puis ouvrez la fenêtre des détails du pic. Réglez les pics en appuyant sur le bouton gauche de la souris. Cliquez ensuite sur Peaks Phase.

Marquez tous les sommets en jaune en cliquant sur Position, puis cliquez avec le bouton gauche dans la colonne marquée en jaune, copiez la sélection et sélectionnez Créer une plage d’indexation. Désélectionnez la plage et sélectionnez Indexation de plage. Sélectionnez ensuite tous les treillis de bravais.

Ensuite, appuyez sur le bouton Exécuter. Et Oui pour conserver les solutions d’indexation. Appuyez sur le bouton Solutions, puis mettez en surbrillance la première solution en cliquant sur le bouton gauche.

Maintenant, faites un clic droit sur la solution en surbrillance et copiez la sélection. Désélectionnez Indexation de plage, puis sélectionnez la plage. À ce stade, appuyez sur Ajouter la phase hkl, développez la plage, puis développez la phase hkl.

Sous Détails d’indexation, choisissez Coller les détails d’indexation. Sous Arrière-plan, remplacez Ordre par huit, puis sélectionnez 1/X Bkg terme. Cliquez ensuite sur Instrument.

Après avoir réglé les rayons primaire et secondaire sur 217,5 mm, sélectionnez Largeur de fente de réception sous Détecteur de points. Sous Modèle axial complet, définissez la source, l’échantillon et la longueur RS sur six mm. Cliquez maintenant sur Corrections et choisissez 0 erreur.

Choisissez le facteur LP et définissez la valeur sur 27,3. Cliquez ensuite sur Divers et définissez Étapes de convolution sur 2. Sélectionnez Démarrer X et définissez la valeur sur huit, puis choisissez Terminer X et définissez la valeur sur 75.

Sous Cliquez sur Phase de pointe, choisissez Supprimer la phase de pointe, puis cliquez sur Oui. À ce stade, cliquez sur hkl Phase et choisissez Microstructure. Après avoir sélectionné la taille L, choisissez la taille G, sélectionnez la souche L, choisissez la souche G, puis appuyez sur le bouton Exécuter.

Enfin, créez une liste de pics de vantardise adaptés au retournement de charge. Pour déterminer la structure cristalline, utilisez la méthode d’inversion de charge soutenue par l’inclusion de la formule tangente pour trouver les positions de la plupart des atomes les plus lourds. Tout d’abord, sous Fichier, sélectionnez Fermer tout, puis cliquez sur Oui.

Sous Lancer, sélectionnez Lancer le noyau. Dans le menu déroulant Lancer, sélectionnez Définir le fichier INP, puis sélectionnez le fichier d’entrée préparé. Appuyez maintenant sur le bouton Exécuter et, après environ 20 000 cycles, appuyez sur le bouton Arrêter et cliquez sur OK. Ensuite, appuyez sur le bouton de la fenêtre de sortie temporaire affichant les atomes sélectionnés, puis appuyez sur le bouton de la boîte de dialogue Options du nuage.

Réglez N pour choisir sur 45. Choisissez la symétrie de largeur et appuyez sur le bouton Choisir. Copiez la sortie temporaire, enregistrez-la dans un fichier texte et fermez la fenêtre graphique de retournement de charge.

L’étape suivante consiste à appliquer la méthode d’optimisation globale du recuit simulé pour trouver les positions de tous les atomes non hydrogène manquants. Dans le menu déroulant de lancement, sélectionnez Définir le fichier INP, puis choisissez le fichier d’entrée préparé. Appuyez sur le bouton Exécuter et, après plusieurs milliers de cycles, appuyez sur le bouton Arrêter et cliquez sur Oui.

La dernière étape consiste à désactiver le recuit simulé et à passer au mode de raffinement Reitfeld en commentant la commande appropriée. Sous Lancer, choisissez Définir le fichier INP et sélectionnez le fichier texte d’entrée préparé. Enfin, appuyez sur le bouton Exécuter et cliquez sur Oui.

La diffraction des poudres à rayons X à haute résolution a été utilisée pour déterminer les structures cristallines de deux produits de corrosion connus depuis longtemps sur des objets historiques. Des mesures standard à l’aide d’un diffractomètre à poudre haute résolution de laboratoire à la pointe de la technologie en transmission et de la géométrie Debye Scherrer à l’aide de rayons X monochromatiques ont été effectuées. La détermination de la structure cristalline du premier échantillon a été réalisée en combinant de manière itérative des méthodes d’espace réciproque et direct avec l’analyse de Fourier par différence.

La détermination des structures cristallines de ces composés confirme la composition exacte, améliore notre compréhension des mécanismes de décomposition et permet une analyse quantitative complète des phases des produits de corrosion. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en une journée si elle est exécutée correctement. Suite à cette procédure, d’autres méthodes telles que DTA, spectroscopie Raman et EDX peuvent être effectuées afin d’obtenir des informations complémentaires et supplémentaires concernant la composition, la liaison, les transitions de phase possibles et la stabilité.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la préparation des échantillons, de l’enregistrement des données de diffraction des poudres appropriées, de la réduction des données et de la détermination de la structure cristalline d’un matériau microcristallin. Après son développement, cette technique ouvrira la voie aux chercheurs dans le domaine de la science de la conservation et elle est non destructive, rapide et facile à utiliser.