Name: Difração de raios-X em Ciência da Conservação: Rumo a rotina determinação da estrutura cristalina de corrosão produtos na arte Heritage Objects (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-06-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 16 s
Description: Aprenda a usar difração de raios-X de alta resolução para determinar estruturas cristalinas de produtos de corrosão em objetos históricos. Este método avança a ciência da conservação do patrimônio.

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Os autores agradecem a Sra Christine Stefani para a realização das medições de XRPD. Marian Schüch e Rebekka Kuiter (Academia Estadual de Arte e Design Stuttgart) são reconhecidos por as imagens da telha (Fig. 7).

Preparação 1. Amostra <ol><li> Coleta de material <ol><li> Com cuidado, pegue uma pequena quantidade (menos de 1 mg) da amostra 1 sob um microscópio digital, utilizando um bisturi e pinças de configurações do opacos cabochons azul-verdes em um fecho histórico, pertencente ao acervo do Rosgartenmuseum Konstanz (RMK-1.964,79) ( A Figura 6). </li><li> Cuidadosamente arranhar alguns mg da amostra 2 com um bisturi a partir da superfície de uma telha cerâmica vidrada, que data de início dos tempos modernos, fabricados no sul da Alemanha, com o tamanho de 41 x 29 x 3,5 cm, e parte da coleção de Landesmuseum Württemberg ( nenhum. E 3.004) (Figura 7). Nota: A telha foi armazenado a partir da década de 1980 até 2004 em armários de madeira. A parte traseira fortemente sofre thecotrichite eflorescência que ocorre como um produto (Figura 7b) de fase pura. </li></ol></li><li> A preparação dos suportes de amostras <ol><li> Moer ambos samples cuidadosamente com um pilão num pequeno almofariz de ágata. </li><li> Distribuir a amostra 1, que consiste em poucos aglomerados de grãos (&lt;1 mg), entre duas folhas de poliimida transparente fina de raios-X e montá-los num suporte de amostra de transporte com uma abertura central de 8 mm de diâmetro. Fixar o suporte de amostras de transmissão no θ-círculo do difractómetro. </li><li> Encha amostra 2 (aprox. 5 mg) em um tubo capilar de vidro de borossilicato de 0,5 mm de diâmetro. <ol><li> Para fazer isso, colocar uma pequena quantidade de pó no funil do capilar utilizando uma espátula. Em seguida, passar o pó para baixo para a ponta do capilar com a ajuda de um vibrador eléctrico. Compactar o pó, colocando o capilar num tubo de vidro de paredes espessas e toque-lo manualmente na mesa. </li><li> Continuar até uma altura de enchimento de cerca de 3 cm for atingido. Cortar o capilar de vidro cuidadosamente a uma altura de aproximadamente 4 cm usando uma lâmina de corindo fino e selar a extremidade aberta usando um isqueiro. </li><li> Colocar uma pequena quantidade decera de abelhas na abertura de um pino de latão e derretê-lo usando um ferro de solda. Em seguida, coloque o capilar na cera derretida e mantê-lo na posição vertical até a solidificação. Monte o pino de bronze em uma cabeça goniometer e fixar a cabeça goniometer na θ-circle do difractï¿½etro. </li><li> Finalmente, o centro do capilar montado por forma iterativa alinhando os quatro graus de liberdade da cabeça goniometer (duas rotações usando lâminas de flexão e duas traduções usando estágios de tradução XY) manualmente com uma chave amparada em projeção de câmera digital sobreposta com uma cruz. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Coleta de Dados <ol><li> Para os padrões de XRPD laboratório de amostras de 1 (Figura 8) e dois (Figura 9), à temperatura ambiente usar um dif ractómetro de pó de alta resolução (com feixe primário Johann-tipo Ge monocromador (111) para Cu K alfa 1 radiação y) que está equipado com um Si sensível de posição lineardetector tira Licon com uma abertura de cerca de 12 ° 2θ. <ol><li> Meça a amostra 1 durante 20 horas na faixa de 5-85 ° 2θ com uma largura de passo de 0,015 ° 2θ no modo de transmissão (modo de digitalização: Transmissão; Tipo de digitalização: 2ThetaOmega; modo de Omega: Mudança; Modo PSD: Mudança). Vire rotação sobre a fim de alcançar melhores estatísticas de partículas. </li><li> amostra ficha 2 por um período de 6 horas cobrindo a faixa de 5-60 ° em 2θ com um tamanho de passo de 0,015 ° em modo de Debye-Scherrer (modo de digitalização: Debye Scherrer; Tipo de digitalização: 2 Teta; modo de Omega: Stationary; Modo PSD: em movimento). Vire rotação sobre a fim de alcançar melhores estatísticas de partículas. </li></ol></li></ol> 3. Cristal determinação da estrutura e Refinamento Nota: Para a determinação e refinamento das estruturas cristalinas de amostras 1 e 2, um complexo programa de computador é usado 11. Ele quer é gerido por uma interface gráfica do usuário ou por arquivo de entrada de texto com bases. O último fazer uso de uma linguagem de script sofisticado. Ficheiros de entrada de amostra das diferentes etapas da análise estrutural utilizando uma amostra estão listados nas Tabelas S1, S2, S4-S8. O procedimento geral é idêntica à amostra 2. <ol><li> pesquisa de pico <ol><li> Realize uma pesquisa automática de pico usando as primeira e segunda derivadas de polynoms Savitzky-Golay de baixa ordem (Figura 10) de acordo com o protocolo do fabricante, definindo o intervalo convolute na ordem de 1-1,5 vezes a largura à meia altura das reflexões de Bragg (0,12 ° 2 θ para a amostra 1), ajustando o limite de ruído para 1,5-2 vezes o desvio padrão estimado (1,74 para a amostra 1) e limitando a procura por parte dos padrões de pó que mostram claramente picos distinguíveis (5-66 ° 2θ para a amostra 1) acima do fundo. <ol><li> Inicie o programa clicando duas vezes no ícone. Clique carregar arquivos Scan. Puxardown menu Selecione os arquivos de dados XY (* .xy). Clique duas vezes em 1-GNM-4145-P4-Kapton.xy. </li><li> Expandir gama 1-GNM-4145-P4-Kapton.xy. Clique perfil de emissão | perfil de carga de emissão | CuK1sharp.lam. </li><li> Clique no botão inserir automaticamente picos. Desmarque Retirar K-Alpha 2 Peaks. Definir Peak Largura com a barra deslizante para 0,12. Definir limite de ruído com barra deslizante para 1,74. Pressione o botão Adicionar Peaks. Pressione Fechar. </li></ol></li><li> Use a propriedade integração do olho humano e corrigir manualmente o automaticamente detectados picos, eliminando picos não Bragg que, obviamente, são devidos a contar estatísticas e adicionando picos que são reconhecidas, mas escondido nas caudas de outros picos. Configurar arquivos de indexação com conjuntos de 30 a 40 reflexões para cada amostra usando sconfigurações tandard mas permitindo que todos os sistemas de cristal (Tabela S1). <ol><li> Zoom com o mouse no padrão, use a roda do mouse para rolar. Abra a janela Peak detalhes pressionando F3. Definir picos pressionando o botão esquerdo do mouse. Excluir picos pressionando F9. Fechar janela Peak detalhes. </li><li> Clique em Peaks Fase. Marcar todos os picos amarelo clicando em posição. clique esquerdo no amarelo marcado coluna. Clique em Copiar tudo / seleção | Criar gama de indexação. Desmarque gama 1-GNM-4145-P4-Kapton.xy. Select indexação gama. Selecione todas as redes de Bravais (clique Use para destacar a lista e definir uma marca de verificação). </li></ol></li></ol></li><li> indexação <ol><li> Para indexação aplicar o &quot;uso iterativo de decomposição em valores singulares&quot; algoritmo 12 ( <strong&gt; Tabela S2) até encontrar uma célula unitária tetragonal primitivo para a amostra 1 e uma estrutura monoclínica primitivo para a amostra 2 (ver Tabela 1 para os parâmetros de célula unitária). <ol><li> Pressione o botão Executar (F6). Pressione Sim para manter as soluções de indexação. Pressione o botão Solutions. Realce primeira solução com o botão 1 clique esquerdo. Botão direito do mouse sobre a solução realçado (amarelo). Clique em Copiar tudo / seleção. Desmarque gama de indexação. Escolha um intervalo de 1-GNM-4145-P4-Kapton.xy. Nota: Outras células unitárias que mostram uma figura alta de mérito todos têm vários volumes, mas um maior número de reflexões não observadas em comparação com os listados na Tabela 1 O programa sugere automaticamente os mais prováveis ​​grupos espaciais com base nas extinções reflexão observadas que é P 4. 2 / n (86) para a amostra 1 e P 2 1 / a </em&gt; Para a amostra 2 (Figura 11). </li></ol></li><li> Confirmar estes resultados manualmente através da procura de extinções utilizando as tabelas internacionais de Cristalografia Volume A 13 (Tabela S3). Estimar o número de unidades de fórmula por célula unitária de incrementos médios de volume para Z = 8 para a amostra 1 e Z = 4 para a amostra 2. </li></ol></li><li> Padrão em pó integral montagem <ol><li> Executar padrão em pó integral encaixe de acordo com Pawley 14 para ambos os padrões em pó. Para a descrição dos perfis de pico, utilizar a abordagem parâmetro fundamental (FP) 15 (Figura 12). Modelar o fundo por polinômios Chebychev ortogonais de ordem superior (tipicamente 8) e um adicional / X termo 1 descrevendo a dispersão do ar em ângulos baixos de difração. Definir o factor de Lorenz-polarização de 27,3, que é o ângulo de Bragg para o Ge (111) monocromador, utilizando radiação Cu K-alfa 1 radição. Tabela S4 contém todos os parâmetros de entrada relevantes. <ol><li> Press Adicionar Fase hkl. Expandir gama 1-GNM-4145-P4-Kapton.xy. Expandir hkl_Phase. Clique em Detalhes de indexação | detalhes Colar de indexação. Clique em segundo plano. Alterar a ordem de a 8 (refinar). Assinale 1 / X Bkg (refinar). </li><li> Instrumento clique. Defina o raio primário (mm) para 217,5. Defina o raio secundário (mm) para 217,5. Assinale detector Point. Assinale Receber Slit Largura, o valor de 0,1 (correção). Assinale completa Modelo Axial. Set length Fonte (mm) a 6 (correção). Definir o comprimento da amostra (mm) a 6 (correção). Definir duração RS (mm) a 6 (correção). </li><li> CliqueCorreções. Assinale Zero erro, o valor para 0 (refinar). Fator Tick LP, o valor de 27,3 (correção). Clique em Diversos. Definir Conv. Passos para 2. Tick ​​Iniciar X, valor 8. Tick ​​Finish X, o valor 75. Clique em Peaks Fase | Apagar Peaks Fase | Sim. </li><li> Clique hkl_Phase | microestrutura. Tick ​​Cry Tamanho L, valor para 200 (refinar). Tick ​​Cry Tamanho G, o valor para 200 (refinar). Tick ​​Strain L, valor a 0,1 (refinar). Tick ​​Strain G, valor a 0,1 (refinar). Pressione o botão Executar (F6). </li></ol></li><li> Criar uma lista de Bragg picos adequado paraCarga Lançando 6. Clique hkl_Phase. Clique saída Charge-lançando. Assinale Um arquivo para o CF, valor CF.A. Assinale arquivo hkl para CF, valor CF.hkl. Pressione o botão Executar (F6). Puxe para baixo menu Arquivo | Exportar para arquivo INP. O nome do arquivo, o valor Pawley.INP. Pressione Salvar. Nota: Para a determinação da estrutura consecutivo, manter todos instrumento, formato de pico e parâmetros de rede fixa. </li></ol></li><li> Determinação da estrutura cristalina Nota: Uma combinação de três métodos (utilizado de forma iterativa) é usado para determinar as estruturas cristalinas das amostras 1 e 2. <ol><li> Em primeiro lugar, utiliza o método de carga que lança 6 suportada pela inclusão de fórmula tangente 16 (Figura 13) para encontrar as posições dos mais dos átomos mais pesados. Excluir ref observadolections com um espaçamento-d menor do que 1,28 (por exemplo 1) e estender a esfera calculada para um espaçamento d de 0,9. Todos os parâmetros necessários estão listados na Tabela S5. Escolha átomos com densidade de elétrons reconhecível a partir da lista resultante, corretos tipos de átomos falsamente atribuídos de poder de dispersão semelhante, como carbono, oxigênio ou nitrogênio manualmente. <ol><li> Puxe para baixo Ficheiro | Fechar tudo - Confirme clicando em Sim. Puxe para baixo Lançamento Lançamento | Lançamento Kernel. </li><li> Puxe para baixo Lançamento Lançamento | conjunto de arquivos INP. Select CF.INP (arquivo de texto de entrada preparado, listadas na Tabela S5). Confirme clicando em Abrir. Pressione R botão un (F6). Pressione o botão STOP (F8) após aprox. 20000 ciclos. Confirmar Carga lançando terminado pressionando Sim. </li><li> Imprensa saída temporáriajanela exibindo átomos seleccionados no formato de botão z-matriz. Opções de imprensa Nuvem botão de diálogo. Definir N para pegar a 45. Assinale com simetria. Pressione o botão da picareta. Cópia de saída temporária e salve-o em um arquivo de texto chamado FirstGuess.str. Feche a carga lançando janela de gráficos. </li></ol></li><li> Em segundo lugar, aplicam-se o método de optimização global de recozimento simulado 7,17 (Figura 14) para encontrar as posições de todos os átomos que não sejam hidrogénio que faltam (principalmente os átomos de carbono dos grupos formiato / etilo). Use o esquema de recozimento automática fornecido pelo software. Sujeito apenas o fator de escala eo posicional e / ou parâmetros ocupacionais dos átomos selecionados para recozimento simulado. Para a amostra 1, fundir átomos de sódio e oxigênio dentro de um raio de 1,1 Å para detectar posições especiais (Tabela S6). <ol><li> Puxe para baixo Lançamento Lançamento </strong&gt; | Set INP Arquivo. Select SA.INP (arquivo de texto de entrada preparado, listadas na Tabela S6). Confirme clicando em Abrir. Pressione o botão Executar (F6). Pressione o botão STOP (F8) depois de vários milhares de ciclos. Confirmar arquivo de entrada de atualização pressionando Sim. </li></ol></li><li> Em terceiro lugar, desligue o recozimento simulado e mudar para o modo de refinamento Rietveld 5 comentando a Auto_T de comando (0,1). Corrigir todos os parâmetros posicionais confirmados. Incluir o cálculo de um mapa de diferença-Fourier (F obs -F calc) (Figura 15, Tabela S7) para verificar a densidade de elétrons desaparecidos. Incluem os átomos, adicionalmente, encontrado na lista átomo e refinar as posições atômicas e ocupações. <ol><li> Puxe para baixo Lançamento Lançamento | conjunto de arquivos INP. Selecione Fourier_search_for_C.INP (preparadoarquivo de texto de entrada, listadas na Tabela S7). Confirme clicando em Abrir. Pressione o botão Executar (F6). Inspecione as duas janelas de saída gráfica exibindo a estrutura de cristal quase completa e que a diferença de Fourier mapa. Nota: Ciclo dos três métodos de resolução de estrutura de forma iterativa em caso de falha. Se necessário, aplicar restrições anti esbarrar para átomos leves (átomos de carbono e oxigênio) (ver Tabela S7). </li></ol></li></ol></li><li> refinamento Rietveld <ol><li> Para os refinamentos finais estrutura cristalina de amostras 1 e 2, use o todo-padrão método de refinamento Rietveld 5 (Figura 16). A fim de evitar alterações sem sentido atómicas de átomos nos grupos de ácido acético e nitrato de amostra 2, empregar os chamados constrangimentos moles (também designadas restrições) com base em comprimentos de ligação e ângulos idealizadas. Calcule posições idealizadas dos átomos de hidrogênio em falta utilizando softw padrãosão 18 (S8 Tabela). </li><li> Limitar os parâmetros de deslocamento isotrópico atómicas para os átomos que não sejam hidrogénio de cada estrutura cristalina. No caso da amostra dois, o modelo aparente anisotropia da largura das reflexões de Bragg causadas por microtensão por simetria incluindo adaptado harmónicas esféricas de segunda ordem. </li><li> Finalmente criar parcelas de projecções das estruturas cristalinas de uma amostra (Figura 17) e da amostra 2 (Figura 18) e os dois ficheiros de informação cristalográficas (CIFS) que a partir de agora em diante pode ser utilizada para a análise quantitativa de fase completa. Um exemplo de uma tal análise quantitativa completa é dada na Figura 19 utilizando a estrutura de cristal da amostra 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>

Os autores não têm nada a divulgar.

O XRPD é uma técnica adequada para pesquisa de conservação, pois não é destrutiva, rápida e fácil de usar. Os dados de XRPD podem ser usados em análises qualitativas de rotina, devido ao fato de que o padrão de pó é uma assinatura de impressão digital para a estrutura cristalina correspondente. A maior vantagem do XRPD sobre outras técnicas analíticas é a capacidade de realizar análises qualitativas e quantitativas simultâneas de constituintes cristalinos em misturas usando o método de refinamento de Rietveld5...

ciência da conservação aplica métodos científicos (muitas vezes químicos) na conservação de artefactos. Isto inclui investigações sobre a produção de artefatos ( &quot;história da arte técnica &#39;: Como foi feito naquela época?) E suas vias de decaimento como um pré-requisito para desenvolver tratamentos de conservação adequadas. Muitas vezes estes estudos lidar com sais orgânicos de metais como carbonatos, formatos e acetatos. Alguns deles têm sido deliberadamente fabricado utilizando compostos adequados (por exemplo, do vinagre), outros que derivam a partir de reacções de deterioração com a atmosfera (dióxido de carbono ou a partir de compostos de carbonilo a poluição do ar interior) 1. Por uma questão de facto, as estruturas cristalinas de muitos destes materiais de corrosão são ainda desconhecidos. Este é um fato lamentável, uma vez que o conhecimento da estrutura geométrica ajuda a ciência da conservação de compreender melhor as reações de produção e decaimento e para permitir uma análise quantitativa completa, no caso de misturas. Sob a condição de que o material de interesse forma cristais individuais de tamanho e qualidade suficientes, difracção de cristal único é o método de escolha para a determinação da estrutura de cristal. Se estas condições de contorno não forem preenchidas, difração de pó é a alternativa mais próxima. A maior desvantagem de difracção em pó, em comparação com um único cristal de difracção reside na perda da informação de orientação do recíproco (vector de espalhamento) d d * -vector. Em outras palavras, a intensidade de uma única mancha de difracção é untado sobre a superfície de uma esfera. Isto pode ser considerada uma projecção de difracção tridimensional (= recíproco) espaço para o eixo 2θ um dimensional do padrão de pó. Como consequência, espalhando vetores de direção diferente, mas comprimento igual ou similar, se sobrepõem de forma sistemática ou acidentalmente tornando difícil ou mesmo impossível separar estas reflexões 2 (Figura 1). Esta é também a principal razão pela qual difração de pó, apesar de sua invenção início apenas quatro anos após a primeira experiência de um único cristal 3,4, foi utilizado principalmente para a identificação e quantificação de fase por mais de meio século. No entanto, o conteúdo de informação de um padrão de pó é enorme, como pode ser facilmente deduzido a partir da Figura 2. O verdadeiro desafio, no entanto, é revelar tanta informação quanto possível, de forma rotineira. Um passo crucial para atingir esse objectivo, sem dúvida, foi a idéia de Hugo Rietveld em 1969 5, que inventou uma técnica de otimização local para a estrutura cristalina refinamento dos dados de difração de pó. O método não refinar intensidades individuais, mas todo o padrão de pó de encontro a um modelo de complexidade crescente, tendo assim a sobreposição pico intrinsecamente em conta. A partir desse momento, os cientistas utilizam técnicas de difração de pó foram já não se limita à análise de dados bmétodos y desenvolvido para a investigação de um único cristal. Vários anos após a invenção do método de Rietveld, o poder do método de difracção de pó por determinações estrutura ab initio foi reconhecido. Hoje em dia, quase todos os ramos das ciências naturais ea utilização da engenharia de difração de pó para determinar mais e mais estruturas cristalinas complexas, embora o método pode ainda não ser considerada como rotina. Na última década, uma nova geração de difractómetros pó no laboratório foi concebido proporcionar alta resolução, de alta energia e alta intensidade. Melhor resolução leva imediatamente a uma melhor separação de pico durante a energias mais elevadas lutar absorção. O benefício de uma melhor descrição do perfil de pico com base em parâmetros físicos fundamentais (Figura 3) são as intensidades mais precisos de reflexão de Bragg permitindo investigações estruturais mais detalhados. Com equipamentos modernos e software até mesmo parâmetros microestruturais, como tamanhos de domínio e microstraem são rotineiramente deduzida a partir de dados de difracção de pó. Todos os algoritmos para a determinação da estrutura cristalina a partir de dados de difracção de pó utilizar intensidades de pico individuais, o padrão de pó inteiro ou uma combinação de ambos. As técnicas espaciais recíprocas cristal único convencionais muitas vezes falham devido a uma relação desfavorável entre observações disponíveis e parâmetros estruturais. Esta situação mudou dramaticamente com a introdução do &quot;inversão de carga&quot; técnica de 6 (Figura 4) e o desenvolvimento de métodos de optimização global no espaço directa, de que a técnica de recozimento simulado 7 (Figura 5) é o representante mais proeminente. Em particular, a introdução do conhecimento químico para o processo de determinação da estrutura usando corpos rígidos ou a conectividade conhecida de compostos moleculares relativas comprimentos de ligação e ângulos reduz fortemente o número de parâmetros necessários. Em outras palavras, emvez de três parâmetros de posição para cada átomo, somente os graus externas (e alguns interno) de liberdade de grupos de átomos necessita de ser determinado. É esta redução da complexidade estrutural que torna o método do pó uma alternativa real para a análise de um único cristal. Dois estudos pioneiros de caso de os autores 8,9 provaram que é possível resolver estruturas cristalinas complexas de produtos de corrosão de complexos utilizando os dados de difracção de pó. A superioridade dos estudos cristalográficos, em comparação com outras abordagens foi demonstrado, entre outros pelo fato de que em ambos os casos, as fórmulas comunicados tiveram de ser corrigida considerando-se depois as estruturas de cristal resolvidos. A ocorrência de ambos os materiais sob investigação em museus está relacionada com o seu armazenamento em armários de madeira ou exposto a outras fontes de poluentes carbonila. O primeiro material sob investigação era de cobre hidróxido de sódio formato hidra óxidote, Cu 4 Na 4 O (HCOO) 8 (OH) 2 ∙ 4H 2 O (amostra 1), que forma em objetos históricos compostas liga de refrigerante de vidro / cobre (por exemplo, esmaltes) em coleções de museus, expostas ao formaldeído e ácido fórmico a partir de armários de madeira, adesivos, etc. Este fenômeno de degradação foi recentemente caracterizado como &quot;corrosão de vidro induzida de metal&quot; 10. Para o segundo caso, thecotrichite, Ca 3 (CH3COO) 3 Cl (NO 3) 2 6H 2 O ∙ (amostra 2), foi escolhido. Thecotrichite é um sal efflorescent frequentemente observada formação de cristais afiados sobre azulejos e objectos de museu de pedra calcária, que são armazenados em armários de carvalho e casos de exposição. Neste caso, a madeira actua como fonte para o ácido acético, que reage com os sais de cloreto e nitrato solúveis a partir do artefacto. Na parte seguinte do texto, os passos individuais da estrutura ddados de difração usando pó ETERMINAÇÃO processo aplicados aos produtos de corrosão da ciência da conservação são apresentados em detalhe.

<table><tbody><tr><td>Stadi-P&nbsp;</td><td>Stoe & Cie GmbH</td><td></td><td>Difratômetro de Pó</td></tr><tr><td>Mythen 1-K (450 &mu; m)</td> <td>Dectris Ltda.</td><td></td><td>Detector sensível</td></tr><tr><td>à posição Tubo de marca de vidro borossilicato nº 50, 0,5 mm de diâmetro</td><td>Hilgenberg GmbH</td><td>4007605</td><td>Capilares de baixa absorção</td></tr><tr><td>Topas 5.0</td><td>Bruker AXS Advanced X-ray Solutions GmbH</td><td></td><td>Software de avaliação de difração de pó</td></tr></tbody></table>

difração de raios-x em ciência da conservação: rumo a rotina determinação da estrutura cristalina de corrosão produtos na arte heritage objects

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

A determinação da estrutura de cristal e refinamento de produtos de corrosão em objectos de arte antigos utilizando de alta resolução de difracção de pó de raios-X de laboratório (XRPD) é apresentado em detalhe por intermédio de dois estudos de caso. O primeiro material sob investigação era de cobre de sódio formato de hidrato de óxido de hidróxido, de Cu 4 Na 4 O (HCOO) 8 (OH) 2 ∙ 4H 2 O (amostra 1), que forma em refrigerante de vidro / objectos históricos compósitas de liga de cobre (por exemplo, esmaltes) em coleções de museus, expostas ao formaldeído e ácido fórmico emitida a partir de armários de madeira, adesivos, etc. Este fenômeno de degradação recentemente tem sido caracterizada como &quot;corrosão do metal de vidro induzida&quot;. Para o segundo caso, thecotrichite, Ca 3 (CH3COO) 3 Cl (NO 3) 2 6H 2 O ∙ (amostra 2), foi escolhida, que é uma eflorescentesal formando cristais afiados em telhas e objetos de pedra calcária que são armazenados em armários de madeira e casos de exposição. Neste caso, a madeira actua como fonte para o ácido acético, que reage com os sais de cloreto e nitrato solúveis a partir do artefacto ou o seu ambiente. O conhecimento da estrutura geométrica ajuda a ciência da conservação de compreender melhor as reações de produção e decaimento e para permitir uma análise quantitativa completa no caso frequente de misturas.

Alta resolução XRPD foi utilizado para determinar as estruturas cristalinas previamente desconhecida de dois produtos longos conhecido corrosão em objetos históricos. As amostras foram retiradas de dois objectos de museu e cuidadosamente triturada antes que eles foram selados em suportes de transmissão e capilar de amostra (Figuras 6, 7). Medições padrão utilizando um estado do difractetro de alta resolução de laboratório da arte na transmissão e geometria de Debye-Scher...

A moderna difração de pó de raios-X de alta resolução (XRPD) em laboratório é usada como uma ferramenta eficiente para determinar estruturas cristalinas de produtos de corrosão há muito conhecidos em objetos históricos.

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

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

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.

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Research

JoVE Journal

Chemistry

Química

O aquecida bigorna de diamante a laser combinada com síncrotron técnicas micro-difração permite aos pesquisadores explorar a natureza e as propriedades das novas fases da matéria em pressão e temperatura (PT) condições extremas. Amostras heterogêneas podem ser...

Síntese e microdiffraction a pressões e temperaturas extremas

Neste relatório, nós descrevemos os procedimentos detalhados para a realização de experimentos de difração de cristal único de raios-X com uma bigorna de diamante na GSECARS de 13 BM-C beamline na Advanced Photon Source. programas Atrex e RSV são usados ​​para analisar os dados.

Alta Pressão Único Difração de Cristal no PX ^ 2

Este protocolo descreve em detalhes como fabricar e operar dispositivos microfluídicos para coleta de dados de difração de raios x em temperatura ambiente. Além disso, descreve como monitorar a cristalização de proteínas por difusão dinâmica da luz e como processar e analisar obtidos dados de difração.

Chips microfluídicos por difração de raio x de cristal In Situ e In Situ Difusão dinâmica da luz de cristalografia de Serial

Nós descrevemos uma configuração de trajetória para realizar mapeamento de microdiffraction fluorescência e raio-x rápida radiografia bidimensional do único cristal ou pó amostras usando Laue (radiação policromática) ou difração (radiação monocromática). Os mapas resultantes fornecem informações sobre tensão, orientação, distribuição de fase e deformação plástica.

Síncrotron Microdiffraction de raio-x e imagem latente de fluorescência das amostras de rocha e minerais

A síntese direcionada de novos frameworks metal-orgânicos (MOFs) é difícil, e sua descoberta depende do conhecimento e criatividade do químico. Métodos de alto rendimento permitem que campos de parâmetros sintéticos complexos sejam explorados de forma rápida e eficiente, acelerando o processo de encontrar compostos cristalinos e identificar tendências sintéticas e estruturais.

Descoberta e Otimização da Síntese de Compostos Metal-Orgânicos Isoreticulares à Base de Al(III) Fosfonato Usando Métodos de Alto Rendimento

Aqui, apresentamos um protocolo sobre como determinar a quantidade e distribuição de metais em uma amostra usando fluorescência de raios X síncrotron. Nós nos concentramos nas células aderentes e descrevemos o método de fixação química para preparar esta amostra. Em seguida, descrevemos como montar e obter imagens da amostra usando raios-X síncrotron.

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β proteínas da membrana externa (OMPs) servem a muitas funções dentro das membranas externas de bactérias Gram-negativas, mitocôndrias e cloroplastos. Aqui, esperamos aliviar um gargalo conhecido em estudos estruturais, apresentando protocolos para a produção de OMPs de β barril em quantidades suficientes para determinação de estrutura por cristalografia de raios-X ou espectroscopia de RMN.

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Este trabalho detalha um método passo a passo para preparar extratos ricos em polifenóis de pó de baga liofilizado. Além disso, fornece uma descrição completa de como usar esses extratos ricos em polifenóis em cultura celular na presença do hormônio peptídico angiotensina II (Ang II) usando células musculares lisas vasculares (VSMCs).

Extração e purificação de polifenóis a partir de pó de baga liofilizado para o tratamento de células musculares lisas vasculares<em&gt; In Vitro</em

Aqui, vamos mostrar o uso do software de montagem de fluorescência de raio-x, mapas, criado pelo Laboratório Nacional Argonne, para a quantificação dos dados de microscopia de fluorescência. Os dados quantificados que resulta são útil para a compreensão da distribuição elementar e rácios estequiométricos dentro de uma amostra de interesse.

Quantificação dos dados de fluorescência de raios-x usando mapas

Descrevemos um experimento projetado para sondar o dano eletrônico induzido em nanocristais de Buckminsterfulereno (C60) pela intensa, femtosecond pulsos de raios-x. O experimento encontrado que, surpreendentemente, ao invés de ser estocástico, raio-x induzida elétron dinâmica em C60 está altamente correlacionada, estendendo-se ao longo de centenas de células de unidade dentro do cristais1.

Medições de correlações eletrônicas de longo alcance durante experimentos de difração de femtossegundo realizados em nanocristais de Buckminsterfulereno

Aprenda a usar difração de raios-X de alta resolução para determinar estruturas cristalinas de produtos de corrosão em objetos históricos. Este método avança a ciência da conservação do patrimônio.

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

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