Name: X-ray poederdiffractie in Conservation Science: Towards Routine kristalstructuurbepaling van Corrosie Producten over Heritage Kunstobjecten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 16 s
Description: Leer hoe X-ray poederdiffractie kristalstructuren van corrosieproducten op erfgoedobjecten analyseert. Deze methode helpt conservatoren productie- en vervalprocessen van kunstvoorwerpen te begrijpen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs dankbaar erkennen mevrouw Christine Stefani voor het uitvoeren van de XRPD metingen. Marian Schuch en Rebekka Kuiter (State Academie voor Kunst en Vormgeving Stuttgart) worden bedankt voor de foto&#39;s van de tegel (afb. 7).

1. Monstervoorbereiding <ol><li> Het verzamelen van materiaal <ol><li> pick voorzichtig een klein bedrag (minder dan 1 mg) van het monster 1 onder een digitale microscoop met behulp van een scalpel en pincet uit de instellingen van ondoorzichtige blauwgroene cabochons op een historische gesp, die behoren tot de collectie van het Rosgartenmuseum Konstanz (RMK-1964,79) ( figuur 6). </li><li> Zorgvuldig kras een paar mg van het monster 2 met een scalpel van het oppervlak van een geglazuurde keramische tegels, daterend op vroegmoderne tijd, geproduceerd in Zuid-Duitsland, met een afmeting van 41 x 29 x 3,5 cm, en een deel van de collectie van het Landesmuseum Württemberg ( nr. 3004 E) (Figuur 7). Opmerking: De tegel werd uit de jaren 1980 tot 2004 opgeslagen in houten kasten. De achterzijde lijdt zwaar thecotrichite uitslag optreedt als een fase-zuiver product (figuur 7b). </li></ol></li><li> Bereiding van het monster houders <ol><li> Grind beide samples voorzichtig met een stamper in een kleine agaatvijzel. </li><li> Verdeel monster 1, die bestaat uit enkele geagglomereerde korrels (&lt;1 mg), tussen twee dunne röntgenstralen transparante polyimide folie en brengen ze op een transmissie monsterhouder met een centrale opening met een diameter van 8 mm. Bevestig de overdracht monster houder op de θ-kring van de diffractometer. </li><li> Vul monster 2 (ong. 5 mg) in een borosilicaat glazen capillair met een diameter van 0,5 mm. <ol><li> Hiertoe plaatst een kleine hoeveelheid poeder in de trechter van het capillair met een spatel. Beweeg de poeder tot de top van het capillair met behulp van een elektrische vibrator. Verdichten van het poeder door het plaatsen van de capillaire in een dikwandige glazen buis en tik handmatig op het bureau. </li><li> Ga door tot een vulling hoogte van ongeveer 3 cm is bereikt. Snijd de glazen capillair voorzichtig op een hoogte van ongeveer 4 cm met een dun blad korund en sluit het open uiteinde met een aansteker. </li><li> Plaats een kleine hoeveelheidbijenwas in de opening van een messing pen en smelten met een soldeerbout. Plaats de capillaire in de gesmolten was en bewaar deze rechtop tot stollen. Monteer de koperen pin op een goniometer kop en bevestig de goniometer hoofd op de θ-kring van de diffractometer. </li><li> Tot slot, centreren de gemonteerde capillaire door iteratief uitlijnen van de vier graden van vrijheid van de goniometer kop (twee rotaties met behulp van het buigen van dia&#39;s en twee vertalingen met behulp van XY vertaling stadia) met de hand met een moersleutel ondersteund door een digitale camera projectie bovenop met een kruis haar. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Data Collection <ol><li> Voor het laboratorium XRPD-patronen van monsters 1 (figuur 8) en 2 (figuur 9) bij kamertemperatuur gebruiken een hoge-resolutie poeder diffractometer (met primaire straal Johann-type Ge (111) monochromator voor Cu Ka 1 -straling) die is voorzien van een lineaire positiegevoelige siLicon strip detector met een opening van ongeveer 12 ° 2θ. <ol><li> Maatregel steekproef 1 voor 20 uur in het bereik 5-85 ° 2θ met een breedte stap van 0,015 ° 2θ in de transmissie mode (Scan mode: Transmissie, Type Scan: 2ThetaOmega; Omega-modus: Moving; PSD Mode: Moving). Zet de rotatie op om beter deeltje statistieken te bereiken. </li><li> Record steekproef 2 voor een periode van 6 uur met betrekking tot het bereik 5-60 ° in 2θ met een stapgrootte van 0,015 ° in Debye-Scherrer mode (Scan mode: Debye Scherrer, Scan Type: 2 theta; Omega-modus: Stationair; PSD Mode: bewegend). Zet de rotatie op om beter deeltje statistieken te bereiken. </li></ol></li></ol> 3. kristalstructuurbepaling en verfijning Opmerking: Voor de bepaling en verfijning van de kristalstructuren van de monsters 1 en 2, is een complex computerprogramma 11. Het wordt ofwel gerund door een grafische user interface of door tekst gebaseerd input files. Het laatste gebruik maken van een geavanceerde scripttaal. Voorbeeldinvoer bestanden van de verschillende fasen van de structuuranalyse uitgaande van monster 1 worden opgesomd in Tabellen S1, S2, S4-S8. De algemene procedure is identiek voor monster 2. <ol><li> Peak zoeken <ol><li> Optie Automatisch piek zoekopdracht met de eerste en tweede afgeleiden van Savitzky-Golay polynomen van lage orde (figuur 10) volgens het protocol van de fabrikant door het convoluut bereik in de orde van 1-1,5 maal de breedte op halve hoogte van de Bragg reflectie (0,12 ° 2 θ voor monster 1), het aanpassen van de ruisdrempel om 1,5-2 maal de geschatte standaarddeviatie (1,74 voor monster 1) en het beperken van het zoeken naar het deel van het poeder patronen die duidelijk onderscheiden pieken vertonen (5-66 ° 2θ voor monster 1) boven de achtergrond. <ol><li> Start het programma door te dubbelklikken op het pictogram. Klik op Laden Scan Files. Trekkendown menu Selecteer XY gegevensbestanden (* .xy). Dubbelklik op de 1-GNM-4145-P4-Kapton.xy. </li><li> Uitbreiden range 1-GNM-4145-P4-Kapton.xy. Klik Emissie profiel | Load Emissie profiel | CuK1sharp.lam. </li><li> Klik op de knop automatisch in te voegen pieken. Unclick Verwijder K-Alpha 2 Peaks. Stel Peak Breedte met schuifbalk naar 0,12. Set Noise Threshold met schuifbalk naar 1,74. Druk op de knop Peaks toevoegen. Druk op Sluiten. </li></ol></li><li> Gebruik de integrerende eigenschap van het menselijk oog en juist handmatig automatisch gedetecteerde pieken door het deleteren van niet-Bragg pieken die uiteraard door telstatistieken en het toevoegen pieken herkenbare maar verborgen in de staarten van andere pieken. Opgericht indexeren bestanden met sets van 30-40 reflecties voor elk monster met behulp van standard instellingen maar waardoor alle Kristalstelsel (tabel S1). <ol><li> Zoom met de muis in het patroon, gebruik de muis wiel om te scrollen. Open Peak venster Details door te drukken op F3. Stel pieken door te drukken op de linker muisknop. Verwijder pieken door op F9 te drukken. Sluit Peak Details venster. </li><li> Klik op Peaks Phase. Markeer alle pieken geel door te klikken op Positie. Klik met de linkermuisknop in het geel gemarkeerde kolom. Klik Alles kopiëren / selectie | Maak Indexing bereik. Hef de selectie range 1-GNM-4145-P4-Kapton.xy. Selecteer bereik indexeren. Selecteer alle bravaistralie (klik gebruiken om de lijst te markeren en zet een vinkje). </li></ol></li></ol></li><li> indexeren <ol><li> Voor het indexeren van toepassing de &quot;iteratieve gebruik van singuliere waarden ontbinding&quot; algoritme 12 ( <strong&gt; Tabel S2) tot het vinden van een primitieve tetragonale eenheidscel voor monster 1 en een primitieve monokliene rooster voor monster 2 (zie Tabel 1 voor de eenheidscel parameters). <ol><li> Druk op de knop Uitvoeren (F6). Druk op Ja om het indexeren oplossingen te houden. Druk op de knop Solutions. Markeer eerste oplossing door links te klikken op de knop 1. Klik met de rechtermuisknop op de gemarkeerde (gele) oplossing. Klik Alles kopiëren / selectie. Hef de selectie range indexeren. Select range 1-GNM-4145-P4-Kapton.xy. Opmerking: Andere eenheidscellen die een hoge kwaliteitsfactor hebben meerdere volumes maar hogere hoeveelheden niet-waargenomen reflecties vergeleken met de in tabel 1 vermelde die het programma stelt automatisch de meest waarschijnlijke plaats groepen op basis van de waargenomen reflectie extincties die P4. 2 / n (86) voor monster 1 en P 2 1 / a </em&gt; Voor monster 2 (Figuur 11). </li></ol></li><li> Bevestigen deze bevindingen met de hand door te zoeken naar uitsterven gebruik van de International Tables of kristallografie Volume A 13 (Tabel S3). Schatten het aantal formule eenheden per eenheid cel stappen gemiddelde volume tot Z = 8 voor monster 1 en Z = 4 voor monster 2. </li></ol></li><li> Hele poeder patroon fitting <ol><li> Voer hele poeder patroon montage volgens Pawley 14 voor zowel poeder patronen. Voor de beschrijving van de piek profielen, gebruik maken van de fundamentele parameter (FP) benadering 15 (Figuur 12). Het model van de achtergrond door orthogonale Chebychev veeltermen van hogere orde (meestal 8) en een extra 1 / X term die de lucht botsingen bij lage diffractie hoeken. Stel de Lorenz-polarisatie factor 27,3 die de Bragg hoek voor de Ge (111) monochromator gebruikt Cu-K α 1 radiatie. Tabel S4 bevat alle relevante invoerparameters. <ol><li> Druk toevoegen HKL fase. Uitbreiden range 1-GNM-4145-P4-Kapton.xy. Expand hkl_Phase. Klik Indexing Details | Paste Indexing details. Klik op Achtergrond. Verander Orde tot 8 (verfijnen). Vink 1 / X Bkg (verfijnen). </li><li> Klik op Instrument. Stel Primaire radius (mm) naar 217,5. Stel Secundaire radius (mm) naar 217,5. Vink Point detector. Vink ontvangen spleetbreedte, waarde van 0,1 (fix). Vink Volledige Axial Model. Set Source lengte (mm) tot 6 (fix). Stel Sample lengte (mm) tot 6 (fix). Set RS lengte (mm) tot 6 (fix). </li><li> KlikCorrecties. Vink Zero fout, waarde op 0 (verfijnen). Tick ​​LP factor, waarde 27,3 (fix). Klik op Diversen. Stel Conv. Stappen voor 2. Tick ​​Start X, waarde 8. Tick ​​Finish X, waarde 75. Klik Peaks Phase | Verwijderen Peaks Phase | Ja. </li><li> Klik hkl_Phase | microstructuur. Tick ​​Cry Maat L, waarde tot 200 (verfijnen). Tick ​​Cry maat G, waarde tot 200 (verfijnen). Tick ​​Strain L, waarde tot 0,1 (verfijnen). Tick ​​Strain G, waarde tot 0,1 (verfijnen). Druk op de knop Uitvoeren (F6). </li></ol></li><li> Maak een lijst van Bragg pieken geschikt voorCharge Flipping 6. Klik hkl_Phase. Klik Charge-Flipping output. Vink een bestand voor CF, waarde CF.A. Vink HKL-bestand voor CF, waarde CF.hkl. Druk op de knop Uitvoeren (F6). Pull-down menu Bestand | Exporteren naar INP bestand. Bestandsnaam waarde Pawley.INP. Druk op Opslaan. Opmerking: Voor de opeenvolgende structuur bepalen, houden alle instrument, vorm van de piek en rooster parameters vast. </li></ol></li><li> Kristalstructuurbepaling Opmerking: Een combinatie van drie methoden (gebruikt in een iteratieve wijze) wordt gebruikt om de kristalstructuren van de monsters 1 en 2 te bepalen. <ol><li> Enerzijds de methode van Charge spiegelen 6 ondersteund door de opname van de raaklijn met formule 16 (figuur 13) naar de posities van de meeste zwaardere atomen vinden. Verwijder waargenomen reflections met een d-afstand kleiner dan 1,28 (voor monster 1) en trek de berekende sfeer een d-afstand van 0,9. Alle noodzakelijke parameters worden in Tabel S5. Extra atomen met herkenbare elektronendichtheid uit de resulterende lijst correct foutief toegewezen atoomtypes vergelijkbare verstrooiing macht zoals koolstof, zuurstof of stikstof handmatig. <ol><li> Pull-down File File | Close All - Bevestig met Yes. Pull-down Launch Launch | Start Kernel. </li><li> Pull-down Launch Launch | Stel INP File. Selecteer CF.INP (bereid ingang tekstbestand, in Tabel S5 vermeld). Bevestig met Open. Druk op R un-toets (F6). Druk op de STOP-toets (F8) na ca. 20.000 cycli. Bevestig Charge flipping afgewerkt door op Ja te drukken. </li><li> Druk Tijdelijke uitvoervenster met geselecteerde atomen in z-matrix format knop. Druk Cloud opties dialoogvenster knop. Stel N te halen tot 45. Vink Met Symmetry. Druk Pick-knop. Kopieer tijdelijke output en opslaan in een tekstbestand met de naam FirstGuess.str. Sluit de lading flipping grafisch venster. </li></ol></li><li> Ten tweede geldt de globale optimalisatie methode simulated annealing 7,17 (figuur 14) naar de posities van alle ontbrekende niet- waterstofatomen (voornamelijk de koolstofatomen van formiaat / acetaatgroepen) vinden. Gebruik de automatische gloeien regeling door de software. Betreft alleen de schaalfactor en de positie en / of beroepsmatige parameters van geselecteerde atomen gesimuleerd gloeien. Voor monster 1, samenvoegen natrium en zuurstofatomen binnen een straal van 1,1 A tot speciale functies (Tabel S6) detecteren. <ol><li> Trek Launch Launch </strong&gt; | Stel INP File. Selecteer SA.INP (bereid ingang tekstbestand, in tabel S6 vermeld). Bevestig met Open. Druk op de knop Uitvoeren (F6). Druk op de STOP-toets (F8) na enkele duizenden cycli. Bevestig bijwerken input file met Ja. </li></ol></li><li> Ten derde, uit te schakelen simulated annealing en overschakelen naar Rietveld 5 verfijning modus door commentaar van de opdracht Auto_T (0,1). Fix alle bevestigde positionele parameters. Omvatten het berekenen van een verschil-Fourier map (F obs -F Calc) (figuur 15, tabel S7) om te controleren of vermist elektronendichtheid. Neem de extra gevonden atomen in het atoom lijst en verfijnen van de atomaire posities en bezettingsgraden. <ol><li> Pull-down Launch Launch | Stel INP File. Selecteer Fourier_search_for_C.INP (bereidingang tekstbestand, in tabel S7 vermeld). Bevestig met Open. Druk op de knop Uitvoeren (F6). Inspecteer de twee grafische uitvoer ramen weergave van de bijna volledige kristalstructuur en het verschil Fourier kaart. Let op: Schakel de drie oplossen structuur methoden iteratief in geval van storing. Indien nodig, van toepassing anti stoten beperkingen aan het licht atomen (koolstof en zuurstof atomen) (zie tabel S7). </li></ol></li></ol></li><li> Rietveld verfijning <ol><li> Voor de uiteindelijke kristalstructuur verfijningen van monsters 1 en 2, gebruik Rietveld hele patroon verfijning methode 5 (Figuur 16). Om zinloze atomaire verschuivingen van atomen in het azijnzuur en nitraat groepen van het monster 2 te voorkomen, maken gebruik van de zogenaamde soft constraints (ook wel beperkingen) op basis van geïdealiseerd obligatie lengtes en hoeken. Bereken geïdealiseerde posities van de ontbrekende waterstofatomen met behulp van standaard softw18 (Tabel S8). </li><li> Verfijnen isotrope atomaire verplaatsing parameters voor de niet-waterstofatomen per kristalstructuur. Bij voorbeeld twee, model de schijnbare anisotropie van de breedte van de Bragg reflectie door microstrain door op symmetrie aangepast bolfuncties van tweede orde. </li><li> Tenslotte maken percelen van projecties van de kristalstructuren van monster 1 (Figuur 17) en monster 2 (figuur 18) en de twee kristallografische informatiebestanden (CIF&#39;s) dat voortaan kan worden gebruikt voor alle kwantitatieve fase analyse. Een voorbeeld van een dergelijke volledige kwantitatieve analyse in figuur 19 met de kristalstructuur van het monster 1. </li></ol></li></ol>

<ol><li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22The+interface+between+science+and+conservation%2C+Occacional+Paper+116%22">The interface between science and conservation, Occacional Paper 116</a>. Bradley, S. M. , British Museum. London. (1997).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Powder+Diffraction%3ATheory+and+Practice%22">Powder Diffraction:Theory and Practice</a>. Dinnebier, R. E., Billinge, S. J. L. , 1st edition, Royal Society of Chemistry. (2008).</li>
<li>Debye, P., Scherrer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interferenzen+an+regellos+orientierten+Teilchen+im+Roentgenlicht%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Zeit%22%5BJournal%5D)">Interferenzen an regellos orientierten Teilchen im Roentgenlicht.</a> Phys. Zeit. 17, 277-283 (1916).</li>
<li>Hull, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+New+Method+of+X-Ray+Crystal+Analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev%22%5BJournal%5D)">A New Method of X-Ray Crystal Analysis.</a> Phys. Rev. 10 (6), 661-696 (1917).</li>
<li>Rietveld, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+profile+refinement+method+for+nuclear+and+magnetic+structures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Cryst%22%5BJournal%5D)">A profile refinement method for nuclear and magnetic structures.</a> J. Appl. Cryst. 2, 65-71 (1969).</li>
<li>Oszlanyi, G., Suto, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ab+initio+structure+solution+by+charge+flipping%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Crystallogr.+Sect.+A%22%5BJournal%5D)">Ab initio structure solution by charge flipping.</a> Acta Crystallogr. Sect. A. 60 (2), 134-141 (2004).</li>
<li>Newsam, J. M., Deem, M. W., Freeman, C. M. Direct Space Methods of Structure Solution from Powder Diffraction Data. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNewsam%2C+JM+%22NIST+Special+Publication+864%3A+Accuracy+in+Powder+Diffraction+II%3A+Proceedings+of+the+International+Conference+May+26-29%2C+1992%22">NIST Special Publication 864: Accuracy in Powder Diffraction II: Proceedings of the International Conference May 26-29, 1992</a>. Prince, E., Stalick, J. K. , NIST - United States Department of Commerce. Gaithersburg. 80-91 (1992).</li>
<li>Dinnebier, R. E., Runčevski, T., Fischer, A., Eggert, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solid-State+Structure+of+a+Degradation+Product+Frequently+Observed+on+Historic+Metal+Objects%5BTitle%5D)+AND+%22Inorg.+Chem%22%5BJournal%5D)">Solid-State Structure of a Degradation Product Frequently Observed on Historic Metal Objects.</a> Inorg. Chem. 54 (6), 2638-2642 (2015).</li>
<li>Wahlberg, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystal+Structure+of+Thecotrichite%2C+an+Efflorescent+Salt+on+Calcareous+Objects+Stored+in+Wooden+Cabinets%5BTitle%5D)+AND+%22Cryst.+Growth+Des%22%5BJournal%5D)">Crystal Structure of Thecotrichite, an Efflorescent Salt on Calcareous Objects Stored in Wooden Cabinets.</a> Cryst. Growth Des. 15 (6), 2795-2800 (2015).</li>
<li>Eggert, G., Fischer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gef%C3%A4hrliche+Nachbarschaft%3A+Durch+Glas+induzierte+Metallkorrosion+an+Museums-Exponaten+-+Das+GIMME-Projekt%5BTitle%5D)+AND+%22Restauro%22%5BJournal%5D)">Gefährliche Nachbarschaft: Durch Glas induzierte Metallkorrosion an Museums-Exponaten - Das GIMME-Projekt.</a> Restauro. 1, 38-43 (2012).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22TOPAS+%28current+version+5.0%29%22">TOPAS (current version 5.0)</a>. , Bruker AXS Inc. Madison, Wisconsin, USA. 
 <a target="_blank" href="https://www.bruker.com/products/x-ray-diffraction-and-elemental-analysis/x-ray-diffraction/xrd-software/topas.html">https://www.bruker.com/products/x-ray-diffraction-and-elemental-analysis/x-ray-diffraction/xrd-software/topas.html</a> (2015).</li>
<li>Coelho, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Indexing+of+powder+diffraction+patterns+by+iterative+use+of+singular+value+decomposition%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Crystallogr%22%5BJournal%5D)">Indexing of powder diffraction patterns by iterative use of singular value decomposition.</a> J. Appl. Crystallogr. 36 (1), 86-95 (2003).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22International+Tables+for+Crystallography+Volume+A%3A+Space-group+symmetry%22">International Tables for Crystallography Volume A: Space-group symmetry</a>. , (2006).</li>
<li>Pawley, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unit-cell+refinement+from+powder+diffraction+scans%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Crystallogr%22%5BJournal%5D)">Unit-cell refinement from powder diffraction scans.</a> J. Appl. Crystallogr. 14, 357-361 (1981).</li>
<li>Cheary, R. W., Coelho, A. A., Cline, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fundamental+Parameters+Line+Profile+Fitting+in+Laboratory+Diffractometers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Res.+Natl.+Inst.+Stand.+Technol%22%5BJournal%5D)">Fundamental Parameters Line Profile Fitting in Laboratory Diffractometers.</a> J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 109 (1), 1-25 (2004).</li>
<li>Karle, J., Hauptman, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+theory+of+phase+determination+for+the+four+types+of+non-centrosymmetric+space+groups+1P222%2C+2P22%2C+3P12%2C+3P22%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Crystallogr%22%5BJournal%5D)">A theory of phase determination for the four types of non-centrosymmetric space groups 1P222, 2P22, 3P12, 3P22.</a> Acta Crystallogr. 9, 635-651 (1956).</li>
<li>Coelho, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole-profile+structure+solution+from+powder+diffraction+data+using+simulated+annealing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Crystallogr%22%5BJournal%5D)">Whole-profile structure solution from powder diffraction data using simulated annealing.</a> J. Appl. Crystallogr. 33 (3), 899-908 (2000).</li>
<li>Macrae, C. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mercury%3A+visualization+and+analysis+of+crystal+structures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Crystallogr%22%5BJournal%5D)">Mercury: visualization and analysis of crystal structures.</a> J. Appl. Crystallogr. 39 (3), 453-457 (2006).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Modern+Diffraction+Methods%22">Modern Diffraction Methods</a>. Mittemeijer, E. J., Welzel, U. , Wiley-VCH Verlag GmbH. (2012).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

XRPD is een geschikte techniek voor conserveringsonderzoek omdat het niet-destructief, snel en gemakkelijk te gebruiken is. XRPD-gegevens kunnen worden gebruikt in routinematige kwalitatieve analyse, omdat het poederpatroon een vingerafdruk is van de corresponderende kristalstructuur. Het grootste voordeel van XRPD ten opzichte van andere analytische technieken is de mogelijkheid om gelijktijdige kwalitatieve en kwantitatieve analyse van kristallijne bestanddelen in mengsels uit te voeren door gebruik te maken van de Rie...

Behoud wetenschap geldt wetenschappelijk (vaak chemische) methoden in het behoud van artefacten. Dit omvat onderzoek naar de productie van artefacten ( &quot;technische kunstgeschiedenis &#39;: Hoe was het op dat tijdstip?) En hun verval paden als een voorwaarde voor een goede conservering behandelingen te ontwikkelen. Vaak deze studies omgaan met metalen organische zouten, zoals carbonaten, formiaten en acetaten. Sommigen van hen zijn doelbewust gefabriceerd middels geschikte verbindingen (bijvoorbeeld, azijn), anderen ontlenen verslechtering reacties met de atmosfeer (kooldioxide of carbonylverbindingen uit binnenluchtverontreiniging) 1. Als feite, de kristalstructuren van veel van deze corrosie materialen zijn nog onbekend. Dit is helaas een feit, aangezien de kennis van de geometrische structuur helpt bij het behoud wetenschap om beter te begrijpen de productie en verval reacties en te zorgen voor volledige kwantitatieve analyse in het geval van mengsels. Op voorwaarde dat het materiaal van belang vormt eenkristallen van voldoende grootte en kwaliteit eenkristal diffractie is de voorkeurswerkwijze voor de bepaling van de kristalstructuur. Als deze randvoorwaarden wordt voldaan, poeder diffractie is het beste alternatief. Het grootste nadeel van poederdiffractie vergelijking met eenkristal diffractie ligt in het verlies van de oriëntatie-informatie van de wederzijdse d -vector d * (verstrooiing vector). Met andere woorden, wordt de intensiteit van een enkele diffractie plek uitgesmeerd over het oppervlak van een bol. Dit kan worden beschouwd als een projectie van de driedimensionale diffractie (= reciproke) ruimte op de eendimensionale 2θ-as van het poederpatroon. Bijgevolg verstrooiing vectoren andere richting maar gelijke of gelijkwaardige lengte overlappen systematisch of per ongeluk waardoor het moeilijk of zelfs onmogelijk om deze reflecties 2 scheiden (FIGUUR 1). Dit is ook de belangrijkste reden waarom poeder diffractie, ondanks zijn vroege uitvinding slechts vier jaar na de eerste single crystal experiment 3,4, voornamelijk werd gebruikt voor fase identificatie en kwantificatie voor meer dan een halve eeuw. Toch is de informatie-inhoud van een poederpatroon is enorm en kan gemakkelijk worden afgeleid uit figuur 2. De echte uitdaging is echter om zoveel mogelijk informatie onthullen een routine manier. Een cruciale stap op weg naar dit doel, zonder enige twijfel, was het idee van Hugo Rietveld in 1969 5, die een lokale optimalisatie techniek voor kristalstructuur verfijning van poeder diffractie data uitgevonden. De methode niet te verfijnen enkele intensiteiten, maar de hele poeder patroon tegen een model van toenemende complexiteit, aldus de piek overlap intrinsiek in aanmerking. Vanaf dat moment werden de wetenschappers met behulp van poeder diffractie technieken niet langer beperkt tot data-analyse by methoden ontwikkeld voor de single crystal onderzoek. Enkele jaren na de uitvinding van de Rietveld methode, de kracht van het poeder diffractie methode voor het ab-initio structuurbepalingen werd erkend. Tegenwoordig zijn bijna alle takken van de natuurwetenschappen en techniek gebruik poeder diffractie om meer en meer complexe kristalstructuren vast te stellen, hoewel de methode nog steeds niet kan worden als routine beschouwd. In de afgelopen tien jaar, een nieuwe generatie van poeder diffractometers in het laboratorium is ontworpen het verstrekken van hoge resolutie, hoge energie en hoge intensiteit. Betere resolutie leidt onmiddellijk tot een betere scheiding piek terwijl hogere energieën te bestrijden absorptie. Het voordeel van een betere piek profielbeschrijving op basis van fundamentele fysische parameters (figuur 3) zijn nauwkeuriger intensiteiten van Bragg reflectie waardoor meer gedetailleerde structurele onderzoeken. Met moderne apparatuur en software zelfs microstructurele parameters achtige domein maten en microstrain worden routinematig afgeleid uit poeder diffractie data. Alle algoritmen voor kristalstructuurbepaling van poederdiffractie gegevens gebruiken enkele piek intensiteiten, het gehele poeder patroon of een combinatie van beide. De conventionele single crystal wederzijdse ruimte technieken falen vaak als gevolg van een ongunstige verhouding tussen beschikbare waarnemingen en structurele parameters. Deze situatie veranderde drastisch met de introductie van de &quot;lading flipping&quot; -techniek 6 (figuur 4) en het ontwikkelen van globale optimalisatie methoden direct ruimte, waarvan de simulated annealing techniek 7 (figuur 5) is de belangrijkste vertegenwoordiger. Vooral de introductie van chemische kennis in de structuur behandelingsprocedure starre lichamen of bekende verbindingen of moleculaire samenstellingen betreffende bindingslengten en hoeken sterk vermindert het aantal noodzakelijke parameters. Met andere woorden, inplaats van drie positionele parameters voor elk atoom, alleen de externe (en enkele interne) vrijheidsgraden groepen van atomen behoeft te worden vastgesteld. Het is deze vermindering van de structurele complexiteit die de methode poeder een echt alternatief voor eenkristal analyse maakt. Twee baanbrekende case studies van hun auteurs 8,9 aangetoond dat het mogelijk is complexe kristalstructuren van complexe corrosieproducten behulp poederdiffractie gegevens lossen. De superioriteit van de kristallografische studies vergeleken met andere benaderingen werd aangetoond door onder meer het feit dat in beide gevallen was de gerapporteerde formules te corrigeren gelet opgelost kristalstructuren. Het optreden van beide materialen onderzochte in musea hangt samen met de opslag in houten kasten of blootstelling aan andere bronnen van carbonyl- verontreinigingen. De eerste onderzochte materiaal was natrium koper formaat hydroxide oxide hydrate, Cu 4 Na 4 O (HCOO) 8 (OH) 2 ∙ 4 H 2 O (monster 1), die zich vormt op soda glas / koperlegering composiet historische voorwerpen (bv, email) in museale collecties, blootgesteld aan formaldehyde en mierenzuur van houten kasten, lijm, enz. Deze afbraak fenomeen is onlangs gekarakteriseerd als &quot;glas geïnduceerde corrosie metaal&quot; 10. Voor de tweede case study, thecotrichite, Ca 3 (CH 3 COO) 3 Cl (NO 3) 2 ∙ 6H 2 O (voorbeeld 2), werd gekozen. Thecotrichite is een frequent voorkomende verweert zoutvormende naaldachtige kristallieten op tegels en kalksteen museum voorwerpen, die in eiken kasten en vitrines zijn opgeslagen. In dit geval, het hout fungeert als bron voor azijn- zuur dat reageert met oplosbare chloride en nitraatzouten van het artefact. In het volgende deel van de tekst, de afzonderlijke stappen van de structuur dEPALING proces met behulp van poeder diffractie gegevens toegepast om corrosie producten van conservatiewetenschappen worden in detail gepresenteerd.

<table><tbody><tr><td>Stadi-P&nbsp;</td><td>Stoe &amp; Cie GmbH</td><td></td><td>Poederdiffractometer</td></tr><tr><td>Mythen 1-K (450 &mu;m)</td><td>Dectris Ltd.</td><td></td><td>Positiegevoelige detector</td></tr><tr><td>Mark buis boorvlietglas nr. 50, 0,5 mm diameter</td><td>Hilgenberg GmbH</td><td>4007605</td><td>Laag absorberende capillairen</td></tr><tr><td>Topas 5.0</td><td>Bruker AXS Advanced X-ray Solutions GmbH</td><td></td><td>Poederdiffractie evaluatiesoftware</td></tr></tbody></table>

x-ray poederdiffractie in conservation science: towards routine kristalstructuurbepaling van corrosie producten over heritage kunstobjecten

X-ray Powder Diffraction in Conservation Science: Towards Routine Crystal Structure Determination of Corrosion Products on Heritage Art Objects

De kristalstructuur vastberadenheid en verfijning proces van corrosie producten aan de historische kunstvoorwerpen laboratorium met behulp van hoge-resolutie X-ray (XRPD) wordt in detail gepresenteerd via twee case studies. De eerste onderzochte materiaal was natriumhydroxide koper- formate hydroxide oxide hydraat, Cu 4 Na 4 O (HCOO) 8 (OH) 2 ∙ 4H 2 O (voorbeeld 1) die zich vormt op sodaglas / koperlegering composiet historische voorwerpen (zoals email) in museumcollecties, blootgesteld aan formaldehyde en mierenzuur uitgestoten door houten kasten, lijmen, enz. Deze afbraak fenomeen is onlangs gekenmerkt als &quot;glazen geïnduceerde metal corrosie&quot;. Voor de tweede casus thecotrichite, Ca 3 (CH 3 COO) 3 Cl (NO 3) 2 ∙ 6H 2 O (voorbeeld 2) werd gekozen, dat een efflorescentzoutvormende naaldachtige kristallieten op tegels en kalksteen voorwerpen die in houten kasten en vitrines zijn opgeslagen. In dit geval, het hout fungeert als bron voor azijn- zuur dat reageert met oplosbare chloride en nitraatzouten van het artefact en zijn omgeving. De kennis van de geometrische structuur helpt bij het behoud wetenschap om beter te begrijpen de productie en verval reacties en te zorgen voor volledige kwantitatieve analyse in de frequente geval van mengsels.

Hoge resolutie XRPD werd gebruikt om de onbekende kristalstructuren van twee lange bekende corrosieproducten op historische objecten bepalen. De monsters werden genomen uit twee museumobjecten en zorgvuldig gemalen voordat ze in de transmissie en capillaire monsterhouders verzegeld (figuren 6, 7). Standaardmetingen behulp van een state of the art laboratorium hoge resolutie poeder diffractometer transmissie en Debye-Scherrer geometrie behulp monochromatische röntgenstral...

Moderne hoogwaardige röntgenpoederdiffractie (XRPD) in het laboratorium wordt gebruikt als een efficiënt hulpmiddel om kristalstructuren te bepalen van lang bekende corrosieproducten op historische objecten.

X-ray poederdiffractie in Conservation Science: Towards Routine kristalstructuurbepaling van Corrosie Producten over Heritage Kunstobjecten

The crystal structure determination and refinement process of corrosion products on historic art objects using laboratory high-resolution X-ray powder ...

Het algemene doel van deze methode is om kennis te verwerven over de kristalstructuur van micro- en nanokristallen en corrosieproducten om productie- en vervalreacties van erfgoedkunstobjecten beter te begrijpen en om een volledige kwantitatieve analyse van mengsels mogelijk te maken. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van conserveringswetenschap, zoals hoe het kunstobject is geproduceerd en waarom het gecorrodeerd is. Het grote voordeel van deze techniek is dat er geen enkelkristallen nodig zijn, maar alleen kleine hoeveelheden microkristallen en poeder.Hoewel deze methode inzicht kan geven in de conserveringswetenschap, kan deze ook worden toegepast op andere gebieden zoals materiaalkunde, anorganische chemie of metallogie. We vonden het idee voor deze methode toen we een gradatie-fenomeen onderzochten dat recent is gekenmerkt als glasgeïnduceerde metaalcorrosie. Het demonstreren van monstervoorbereiding en gegevensverzameling zal worden gedaan door mevrouw Stefani, een chemisch technisch assistent van ons laboratorium.Neem onder een digitale microscoop zorgvuldig minder dan een milligram monster een uit ondoorzichtige blauwgroene cabochons op een historische gesp met behulp van een fijne naald. Maal het monster vervolgens voorzichtig met een stamper in een kleine agaten mortel. Verdeel het monster tussen twee dunne röntgentransparante polyamidefolies en bevestig deze op een transmissiemonsterhouder met een centrale opening van acht millimeter diameter.Bevestig de transmissiemonsterhouder op de thetacirkel van een diffractometer. Meet het monster gedurende 20 uur van vijf tot 85 graden twee theta, met een stapbreedte van 0,015 graden twee theta in transmissiemodus. Zet rotatie aan om betere deeltjesstatistieken te bereiken.De volgende stap is om een automatische piekzoekactie uit te voeren met behulp van de eerste en tweede afgeleiden van Sovjetse Golle polynomen van lage orde. Start eerst het softwareprogramma door te dubbelklikken op het pictogram en klik vervolgens op Load Scan Files. Selecteer met behulp van het vervolgkeuzemenu xy-gegevensbestanden en dubbelklik vervolgens op het juiste bestand.Breid nu het bereik van het bestand uit. Klik op het tabblad Emissiepronofiel, selecteer Emissiepronofiel laden en kies het gewenste profiel. Klik vervolgens op de knop Automatische pieken invoegen en verwijder het vinkje bij Verwijder K Alpha 2-pieken, stel de piekbreedte in op 0,12, stel de ruisdrempel in op 1,74 en druk op de knop Pieken toevoegen.Zoom in op het patroon, ga naar het gewenste gedeelte van de pieken en open vervolgens het venster met piekdetails. Stel de pieken in door op de linkermuisknop te drukken. Klik vervolgens op Piekenfase.Markeer alle pieken geel door op Positie te klikken en vervolgens links te klikken in de geel gemarkeerde kolom, kopieer de selectie en selecteer Indexbereik maken. Deselecteer het bereik en selecteer Bereik indexeren. Selecteer vervolgens alle bravais roosters.Druk vervolgens op de knop Uitvoeren. En Ja om indexeringsoplossingen te behouden. Druk op de knop Oplossingen en markeer vervolgens de eerste oplossing door met de linkermuisknop op knop één te klikken.Klik nu met de rechtermuisknop op de gemarkeerde oplossing en kopieer de selectie. Deselecteer Bereik indexeren en selecteer vervolgens het bereik. Druk op dit punt op hkl-fase toevoegen, breid het bereik uit en breid vervolgens hkl-fase uit.Onder Indexatiedetails, kies Indexatiedetails plakken. Onder Achtergrond, wijzig Orde in acht en selecteer vervolgens 1/X Bkg-term. Klik vervolgens op Instrument.Na het instellen van de primaire en secundaire stralen op 217,5 mm, selecteer Breedte van ontvangend spleet onder Puntdetector. Onder Volledig axiaal model, stel de bron, het monster en de RS-lengte in op zes mm. Klik nu op Correcties en kies 0 fout.Kies LP-factor en stel de waarde in op 27,3. Klik vervolgens op Diversen en stel Convolutiestappen in op 2. Selecteer Start X en stel de waarde in op acht, kies vervolgens Einde X en stel de waarde in op 75.Kies onder Klik op piekenfase Verwijder piekenfase en klik op Ja. Klik op dit punt op hkl-fase en kies Microstructuur. Nadat u Cry size L hebt gekozen, kiest u Cry size G, selecteert u Strain L, kiest u Strain G en drukt u vervolgens op de knop Uitvoeren.Maak ten slotte een lijst met brag-pieken die geschikt zijn voor ladingsomkering. Gebruik voor kristalstructuurbepaling de methode van ladingsomkering ondersteund door de opname van de tangensformule om de posities van de meeste zwaardere atomen te vinden. Kies eerst onder Bestand Alles sluiten en klik op Ja.Kies onder Start het kernel starten. Kies uit het vervolgkeuzemenu Start het INP-bestand en selecteer vervolgens het voorbereide invoerbestand. Druk nu op de knop Uitvoeren en na ongeveer 20.000 cycli drukt u op de knop Stop en klikt u op OK. Druk vervolgens op de knop voor het tijdelijke uitvoervenster met geselecteerde atomen en druk vervolgens op de knop Cloud-opties dialoogvenster.Stel N op kiezen in op 45. Kies breedtesymmetrie en druk op de knop Kiezen. Kopieer de tijdelijke uitvoer, sla deze op in een tekstbestand en sluit het venster met de grafiek van ladingsomkering.De volgende stap is het toepassen van de globale optimalisatiemethode van gesimuleerde afkoeling om de posities van alle ontbrekende niet-waterstofatomen te vinden. Kies uit het vervolgkeuzemenu Start het INP-bestand en kies vervolgens het voorbereide invoerbestand. Druk op de knop Uitvoeren en na enkele duizenden cycli drukt u op de knop Stop en klikt u op Ja.De laatste stap is om gesimuleerde afkoeling uit te schakelen en over te schakelen naar de Reitfeld-verfijningmodus door de juiste opdracht uit te commentariëren. Kies onder Start het INP-bestand instellen en selecteer het voorbereide invoertekstbestand. Druk ten slotte op de knop Uitvoeren en klik op Ja.

x-ray-powder-diffraction-conservation-science-towards-routine-crystal

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

De laser verwarmde diamant aambeeld cel gecombineerd met synchrotron micro-diffractie stelt onderzoekers de aard en eigenschappen van nieuwe fasen van materie op extreme druk en temperatuur (PT) omstandigheden verkennen. Heterogene monsters kan worden...

Synthese en microdiffraction bij extreme drukken en temperaturen

In dit rapport, we gedetailleerde procedures voor de uitvoering van een enkel kristal röntgendiffractie experimenten met een diamant aambeeld cel aan het GSECARS 13-BM-C bundellijn bij de Advanced Photon Source te beschrijven. Atrex en RSV-programma's worden gebruikt om de gegevens te analyseren.

High Pressure Single Crystal diffractie bij PX ^ 2

Dit protocol beschrijft in detail hoe te fabriceren en te exploiteren van microfluidic apparaten voor röntgendiffractie gegevensverzameling bij kamertemperatuur. Bovendien, het beschrijft hoe eiwitten kristallisatie controleren door Dynamische lichtverstrooiing en hoe om te verwerken en analyseren diffractie gegevens verkregen.

Microfluidic Chips voor In Situ Crystal röntgendiffractie en In Situ Dynamische lichtverstrooiing voor seriële kristallografie

We beschrijven de instelling van een beamline bedoeld voor het uitvoeren van snelle twee-dimensionale röntgenfoto fluorescentie en x-ray microdiffraction toewijzing van kristallen of poeder monsters met Laue (polychromatische straling) of poeder (monochromatische straling) diffractie. De resulterende kaarten geven informatie over stam, oriëntatie, fase distributie en plastische vervorming.

Synchrotron X-ray Microdiffraction en fluorescentie beeldvorming van minerale en Rock monsters

De gerichte synthese van nieuwe metaal-organische raamwerken (MOF's) is moeilijk en hun ontdekking hangt af van de kennis en creativiteit van de chemicus. Met methoden met hoge doorvoer kunnen complexe synthetische parametervelden snel en efficiënt worden verkend, waardoor het proces van het vinden van kristallijne verbindingen en het identificeren van synthetische en structurele trends wordt versneld.

Ontdekking en synthese optimalisatie van isoreticulaire Al(III) op fosfonaat gebaseerde metaal-organische raamwerkverbindingen met behulp van high-throughput methoden

Hier presenteren we een protocol over hoe de hoeveelheid en verdeling van metalen in een monster kan worden bepaald met behulp van synchrotron X-ray fluorescentie. We richten ons op adherante cellen en beschrijven de chemische fixatiemethode om dit monster voor te bereiden. Vervolgens beschrijven we hoe het monster kan worden gemonteerd en beeldvorming kan worden uitgevoerd met behulp van synchrotron X-stralen.

Het voorbereiden hechtende cellen voor X-stralen fluorescentie beeldvorming door Chemical Fixatie

β-vat buitenmembraaneiwitten (OMP's) hebben veel functies binnen de buitenmembraan van gramnegatieve bacteriën, mitochondriën en chloroplasten. Hier hopen we een bekende knelpunt in structurele studies te verlichten door protocollen te presenteren voor de productie van β-vat OMP's in voldoende hoeveelheden voor structuurbepaling door röntgenkristallografie of NMR-spectroscopie.

Van Constructen naar Crystals - Naar Structuur Bepaling van β-barrel Outer Membrane Proteins

In dit werk wordt een stap-voor-stap methode beschreven om polyphenolrijke extracten uit gevriesdroogd bessenpoeder te bereiden. Daarnaast biedt het een grondige beschrijving van hoe deze polyphenol-rijke extracten in celkweek kunnen worden gebruikt in aanwezigheid van vasculaire gladde spiercellen (VSMC's) van het peptidehormoon-angiotensine II (Ang II).

Extractie en zuivering van polyfenolen uit bevroren gedroogde bessenpoeder voor de behandeling van vasculaire gladde spiercellen<em&gt; In Vitro</em

Hier, tonen we het gebruik van de X-ray software voor de montage van de fluorescentie, kaarten, gemaakt door Argonne National Laboratory voor de kwantificering van de fluorescentie microscopie gegevens. De gekwantificeerde gegevens die het resultaat is nuttig voor het begrijpen van de elementaire distributie en stoichiometrische verhoudingen binnen een steekproef van belang.

Kwantificeren van Röntgen fluorescentie gegevens met behulp van MAPS

We beschrijven een experiment dat is ontworpen om de elektronische schade veroorzaakte in nanokristallen van Buckminsterfullerene (C-60) sonde door intens, femtoseconde pulsen van x-stralen. Het experiment vond dat verrassend, in plaats van stochastische, de X-ray elektron dynamiek in C60 zijn sterk gecorreleerd geïnduceerde, ruimtelijk honderden eenheid cellen binnen de kristallen1.

Metingen van luchtverontreiniging over lange afstand elektronische correlaties tijdens femtoseconde diffractie experimenten uitgevoerd op nanokristallen van Buckminsterfullerene

Leer hoe X-ray poederdiffractie kristalstructuren van corrosieproducten op erfgoedobjecten analyseert. Deze methode helpt conservatoren productie- en vervalprocessen van kunstvoorwerpen te begrijpen.

X-ray poederdiffractie in Conservation Science: Towards Routine kristalstructuurbepaling van Corrosie Producten over Heritage Kunstobjecten (Video) | JoVE Journal

X-ray poederdiffractie in Conservation Science: Towards Routine kristalstructuurbepaling van Corrosie Producten over Heritage Kunstobjecten

Meer video's verkennen