Рентгеновская дифракция в порошок по сохранению науки: На пути к Обычной кристаллической структуры Определение продуктов коррозии на наследие предметов искусства

Общая цель этого метода заключается в получении знаний о кристаллической структуре микро- и нанокристаллических и коррозионных продуктов, чтобы лучше понять реакции производства и распада объектов культурного наследия, а также обеспечить полный количественный анализ смесей. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области науки о консервации, такие как как то, как был произведен объект искусства и почему он подвергся коррозии. Основное преимущество этой методики заключается в том, что для нее не требуются монокристаллы, а только небольшое количество микрокристаллов и порошков.

Хотя этот метод может дать представление о науке о консервации, он также может быть применен в других областях, таких как материаловедение, неорганическая химия или металлология. Мы обнаружили идею этого метода, когда исследовали явление градации, которое в последнее время было охарактеризовано как коррозия металла, вызванная стеклом. Пробоподготовку и сбор данных будет демонстрировать г-жа Стефани, технический ассистент по химии из нашей лаборатории.

Под цифровым микроскопом с помощью тонкой иглы аккуратно отберите менее одного миллиграмма образца из непрозрачных сине-зеленых кабошонов на исторической застежке. После этого тщательно измельчите образец пестиком в небольшой агатовой ступке. Распределите образец между двумя тонкими рентгеновскими прозрачными полиамидными фольгами и установите их на держатель пропускающего образца с центральным отверстием диаметром восемь миллиметров.

Закрепите держатель образца пропускания на тета-круге дифрактометра. Измеряйте образец в течение 20 часов в диапазоне от пяти до 85 градусов два тета, с шириной шага 0,015 градуса два тета в режиме пропускания. Включите вращение, чтобы добиться лучшей статистики частиц.

Следующим шагом является автоматический поиск пиков с использованием первой и второй производных полиномов Советского Голле младшего порядка. Сначала запустите программу, дважды щелкнув по значку, а затем нажмите «Загрузить файлы сканирования». С помощью выпадающего меню выберите файлы данных xy, а затем дважды щелкните по соответствующему файлу.

Теперь разверните диапазон файла. Перейдите на вкладку Emission Profile, выберите Load Emission Profile и выберите нужный профиль. Затем нажмите кнопку Автоматически вставлять пики и снимите флажок Удалить K Alpha 2 Peaks, после установки Ширины пика на 0.12 установите Порог шума на 1.74 и нажмите кнопку Добавить пики.

Увеличьте масштаб паттерна, перейдите к нужному участку вершин и затем откройте окно с информацией о вершинах. Установите пики нажатием левой кнопки мыши. Затем нажмите на Фазу пиков.

Отметьте все пики желтым цветом, нажав «Положение», а затем щелкните левой кнопкой мыши в столбце, отмеченном желтым цветом, скопируйте выделение и выберите «Создать диапазон индексации». Снимите флажок с диапазона и выберите «Индексация диапазона». Затем выберите все браве решетки.

После этого нажмите кнопку «Выполнить». И да, чтобы продолжать индексировать решения. Нажмите кнопку Решения, а затем выделите первое решение, щелкнув левой кнопкой мыши по одной.

Теперь щелкните правой кнопкой мыши по выделенному решению и скопируйте выделение. Снимите флажок «Индексация диапазона», а затем выберите диапазон. На этом этапе нажмите Add hkl Phase, разверните диапазон, а затем разверните hkl Phase.

В разделе «Сведения об индексировании» выберите «Вставить сведения об индексировании». В разделе Фон измените Порядок на восемь, а затем выберите 1/X Bkg term. Затем нажмите кнопку Инструмент.

Установив первичный и вторичный радиусы на 217,5 мм, выберите Ширина приемной щели в разделе Точечный детектор. В разделе Full Axial Model (Полная осевая модель) установите источник, образец и длину RS равным шести мм. Теперь нажмите «Исправления» и выберите ошибку 0.

Выберите коэффициент LP и установите значение 27,3. Затем нажмите Разное и установите Шаги свертки на 2. Выберите Start X и установите значение на восемь, затем выберите Finish X и установите значение на 75.

В разделе Щелкните Фазы пиков, выберите Удалить фазу пиков и нажмите Да. На этом этапе нажмите hkl Phase и выберите Microstructure. После выбора размера Плача L выберите размер Cry G, выберите Штамм L, выберите Штамм G и нажмите кнопку Run.

Наконец, создайте список пиков хвастовства, подходящих для переворачивания заряда. Для определения кристаллической структуры используют метод переворачивания заряда, подкрепленный включением формулы касательной, чтобы найти положения большинства более тяжелых атомов. Сначала в разделе «Файл» выберите «Закрыть все» и нажмите «Да».

В разделе Запуск выберите Запустить ядро. В раскрывающемся меню Launch выберите Set INP file, а затем выберите подготовленный входной файл. Теперь нажмите кнопку «Запустить» и примерно через 20 000 циклов нажмите кнопку «Стоп» и нажмите OK. После этого нажмите временное окно вывода с отображением выбранных атомов, а затем нажмите кнопку диалогового окна «Параметры облака».

Установите N для выбора на 45. Выберите симметрию ширины и нажмите кнопку Указать. Скопируйте временный вывод, сохраните его в текстовый файл и закройте графическое окно переворачивания заряда.

Следующим шагом является применение метода глобальной оптимизации моделируемого отжига для нахождения положений всех отсутствующих неводородных атомов. В выпадающем меню запуска выберите Set INP file, а затем выберите подготовленный входной файл. Нажмите кнопку «Запустить» и через несколько тысяч циклов нажмите кнопку «Стоп» и нажмите «Да».

Последний шаг — выключить имитацию отжига и переключиться в режим уточнения Райтфельда, закомментировав соответствующую команду. В разделе Запуск выберите Set INP file и выберите готовый входной текстовый файл. Наконец, нажмите кнопку «Выполнить» и нажмите «Да».

Рентгеновская порошковая дифракция высокого разрешения была использована для определения кристаллических структур двух давно известных продуктов коррозии на исторических объектах. Были проведены стандартные измерения с использованием современного лабораторного порошкового дифрактометра высокого разрешения в пропускании и геометрии Дебая Шеррера с использованием монохроматических рентгеновских лучей. Определение кристаллической структуры первого образца проводилось путем итеративного сочетания методов взаимного и прямого пространства с разностным анализом Фурье.

Определение кристаллических структур этих соединений подтверждает точный состав, улучшает наше понимание механизмов распада и позволяет проводить полный количественный фазовый анализ продуктов коррозии. После освоения этой техники ее можно выполнить в течение одного дня, если она выполнена правильно. После этой процедуры могут быть выполнены другие методы, такие как DTA, рамановская спектроскопия и EDX, чтобы получить дополнительную информацию о составе, связях, возможных фазовых переходах и стабильности.

После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как готовить образцы, записывать соответствующие данные дифракции порошка, выполнять редукцию данных и определять кристаллическую структуру микрокристаллического материала. После его разработки этот метод проложит путь для исследователей в области науки о консервации, он неразрушающий, быстрый и простой в использовании.