Difração de raios-X em Ciência da Conservação: Rumo a rotina determinação da estrutura cristalina de corrosão produtos na arte Heritage Objects

O objetivo geral deste método é obter conhecimento da estrutura cristalina de micro e nanocristais e produtos de corrosão para entender melhor as reações de produção e decaimento de objetos de arte do patrimônio e permitir uma análise quantitativa completa das misturas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da ciência da conservação, como como o objeto de arte foi produzido e por que ele está corroído. A principal vantagem desta técnica é que ela não requer cristais únicos, mas apenas pequenas quantidades de microcristal e pó.

Embora esse método possa fornecer informações sobre a ciência da conservação, ele também pode ser aplicado a outros campos, como ciência dos materiais, química inorgânica ou metalologia. Descobrimos que a ideia para este método quando investigamos em um fenômeno de gradação que recentemente foi caracterizado como corrosão de metal induzida por vidro. Demonstrando a preparação da amostra e a coleta de dados estará a Sra. Stefani, assistente técnica química do nosso laboratório.

Sob um microscópio digital, escolha cuidadosamente menos de um miligrama de amostra de cabochões verde-azulados opacos em um fecho histórico usando uma agulha fina. Em seguida, triture a amostra cuidadosamente com um pilão em um pequeno almofariz de ágata. Distribuir a amostra entre duas finas folhas de poliamida transparente de raios X e montá-las num suporte de amostras de transmissão com uma abertura central de oito milímetros de diâmetro.

Fixe o porta-amostras de transmissão no círculo de um difratômetro. Meça a amostra por 20 horas de cinco a 85 graus dois, com uma largura de passo de 0,015 graus dois no modo de transmissão. Ative a rotação para obter melhores estatísticas de partículas.

O próximo passo é realizar uma pesquisa automática de pico usando a primeira e a segunda derivadas dos polinômios soviéticos de Golle de baixa ordem. Primeiro, inicie o programa de software clicando duas vezes no ícone e, em seguida, clique em Carregar arquivos de digitalização. Usando o menu suspenso, selecione os arquivos de dados xy e clique duas vezes no arquivo apropriado.

Agora expanda o intervalo do arquivo. Clique na guia Perfil de Emissão, selecione Perfil de Emissão de Carga e escolha o perfil desejado. Em seguida, clique no botão Inserir picos automaticamente e desmarque Remover picos K Alpha 2, depois de definir a largura do pico para 0.12, defina o limite de ruído para 1.74 e pressione o botão Adicionar picos.

Amplie o padrão, vá para a seção desejada de picos e abra a janela de detalhes do pico. Defina os picos pressionando o botão esquerdo do mouse. Em seguida, clique em Fase de picos.

Marque todos os picos de amarelo clicando em Posição e, em seguida, clique com o botão esquerdo na coluna marcada em amarelo, copie a seleção e selecione Criar intervalo de indexação. Desmarque o intervalo e selecione Indexação de intervalo. Em seguida, selecione todas as treliças de bravais.

Em seguida, pressione o botão Executar. E Sim para continuar indexando soluções. Pressione o botão Soluções e destaque a primeira solução clicando com o botão esquerdo um.

Agora clique com o botão direito do mouse na solução destacada e copie a seleção. Desmarque a opção "Indexação de intervalo" e, em seguida, selecione o intervalo. Neste ponto, pressione Adicionar fase hkl, expanda o intervalo e, em seguida, expanda a fase hkl.

Em Detalhes da indexação, escolha Colar detalhes da indexação. Em Plano de fundo, altere Ordem para oito e selecione o termo 1/X Bkg. Em seguida, clique em Instrumento.

Depois de definir os raios primário e secundário para 217,5 mm, selecione Largura da fenda de recepção em Detector de ponto. Em Modelo Axial Completo, defina a origem, a amostra e o comprimento RS para seis mm. Agora clique em Correções e escolha 0 erro.

Escolha Fator LP e defina o valor como 27,3. Em seguida, clique em Diversos e defina Etapas de convolução como 2. Selecione Iniciar X e defina o valor como oito, escolha Concluir X e defina o valor como 75.

Em Clicar em Fase de picos, escolha Excluir fase de picos e clique em Sim. Neste ponto, clique em hkl Phase e escolha Microestrutura. Depois de selecionar Cry size L, escolha Cry size G, selecione Strain L, escolha Strain G e pressione o botão Executar.

Por fim, crie uma lista de picos de gabarito adequados para inversão de carga. Para a determinação da estrutura cristalina, use o método de inversão de carga suportado pela inclusão da fórmula tangente para encontrar as posições da maioria dos átomos mais pesados. Primeiro, em Arquivo, selecione Fechar tudo e clique em Sim.

Em Iniciar, selecione Iniciar Kernel. No menu suspenso Iniciar, selecione Definir arquivo INP e, em seguida, selecione o arquivo de entrada preparado. Agora pressione o botão Executar e, após aproximadamente 20.000 ciclos, pressione o botão Parar e clique em OK. Em seguida, pressione a janela de saída temporária exibindo o botão átomos selecionados e, em seguida, pressione o botão de diálogo Opções da nuvem.

Defina N para escolher como 45. Escolha simetria de largura e pressione o botão Selecionar. Copie a saída temporária, salve-a em um arquivo de texto e feche a janela de gráficos de inversão de carga.

O próximo passo é aplicar o método de otimização global de recozimento simulado para encontrar as posições de todos os átomos não hidrogênio ausentes. No menu suspenso de inicialização, selecione Definir arquivo INP e escolha o arquivo de entrada preparado. Pressione o botão Executar e, após vários milhares de ciclos, pressione o botão Parar e clique em Sim.

A etapa final é desativar o recozimento simulado e alternar para o modo de refinamento de Reitfeld comentando o comando apropriado. Em Iniciar, escolha Definir arquivo INP e selecione o arquivo de texto de entrada preparado. Por fim, pressione o botão Executar e clique em Sim.

A difração de pó de raios-X de alta resolução foi usada para determinar as estruturas cristalinas de dois produtos de corrosão há muito conhecidos em objetos históricos. Foram realizadas medições padrão usando um difratômetro de pó de alta resolução de laboratório de última geração na transmissão e geometria Debye Scherrer usando raios-x monocromáticos. A determinação da estrutura cristalina da amostra um foi realizada combinando iterativamente os métodos de espaço recíproco e direto com a análise de Diferença de Fourier.

A determinação das estruturas cristalinas desses compostos confirma a composição exata, melhora nossa compreensão dos mecanismos de decaimento e permite a análise quantitativa completa da fase dos produtos de corrosão. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em um dia se for executada corretamente. Seguindo este procedimento, outros métodos como DTA, Espectroscopia Raman e EDX podem ser realizados para obter informações complementares e adicionais sobre composição, ligação, possíveis transições de fase e estabilidade.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como preparar amostras, registrar dados apropriados de difração de pó, realizar a redução de dados e determinar a estrutura cristalina do material microcristalino. Após seu desenvolvimento, esta técnica abrirá caminho para pesquisadores no campo da ciência da conservação e não é destrutiva, rápida e fácil de usar.