SAI
Cookies na web dos SAI. Utilizamos cookies para ofrecer a mellor experiencia na nosa web. Por favor, acepte o uso de cookies premendo o botón.
Aceptar uso de cookies
Difracción de raios X de mostras monocristalinas
A difracción de raios X ou cristalografía de raios X é unha técnica que consiste en facer pasar un feixe de raios X a través dun cristal obtido a partir da substancia suxeita a estudo.
A interacción dos raios X coa materia, neste caso co cristal, pon de manifesto dous aspectos fundamentais: que os raios X son radiación electromagnética de lonxitude de onda da orde de 10-10 metros e que a estrutura interna dos cristais é discreta e periódica, en redes tridimensionais.
Por isto, os feixes difractados que emerxen da mostra e que inciden nun detector da área, dan lugar a un patrón de intensidades (diagrama de puntos representado na figura) cuxos valores de intensidade e cuxas distancias existentes entre os picos revelan a simetría con que se achan agrupados os átomos no cristal.
Con axuda dos potentes programas de cálculo actuais preparados con algoritmos matemáticos baseados fundamentalmente na lei de Bragg, intégranse estas intensidades e mediante transformadas de Fourier e a asignación dunhas fases adecuadas reconvértese esta información no mapa de densidade electrónica que existe dentro da cela unidade do cristal.
Difracción de raios X de mostras en pó e sólidos policristalinos
Esta técnica baseada en raios X tal vez é a máis utilizada para a caracterización de materiais, tanto en laboratorios de investigación como na industria e no control de calidade.
A mostra debe ser un po composto de grans finos de material monocristalino ou policristalino, aínda que é aplicable a partículas en suspensións líquidas ou sólidos de películas delgadas, a materiais compactos como aliaxes, a materiais cerámicos etc.
O diagrama de difracción dun material vén determinado polo ordenamento dos átomos constituíntes e actualmente é recollido por un detector puntual. Idealmente, a mostra debe ter os seus dominios cristalinos orientados ao chou, polo que o difractograma en dúas dimensións que lle correspondería presentará aneis concéntricos correspondentes aos raios difractados asociados aos distintos espazamentos na rede cristalina.
A área de aplicación máis coñecida desta técnica é a identificación de fases cristalinas presentes na mostraxe sólida ou en po. A identificación realízase comparando o difractograma da mostraxe para identificar (posicións, anchuras e intensidades dos picos), cos patróns experimentais almacenados nunha base de datos de difracción de po (JCPDS-PDF 2).
Non hai dous compostos que presenten o mesmo difractograma. Por exemplo, o difractograma dunha mostraxe de grafito e doutra de diamante debe ser distinto, porque a pesar de estar constituído polo mesmo tipo de átomos, este depende fortemente do tipo de estrutura.
A partir dunha mostraxe en po fino (<63 micras), a técnica permite:
* NOTA: Actualmente non se realiza este tipo de determinacións. Caso de estar interesado/a nalgunha destas aplicacións, consulte co persoal técnico da Unidade.
A nosa unidade tamén dispón do equipamento necesario para a preparación de mostraxes.
As mostras para analizar deben presentarse en forma de po impalpable (tamaño de gran < 50 µm) ou ben en forma laminar (presentación normal caso de materiais metálicos ou aliaxes) con dimensións circulares de diámetro máximo 50 m, ou en forma cadrada de 35 mm de lado máximo, ou en forma rectangular de 25 mm x 35 mm por exemplo, xa que o que é crítico neste caso é a diagonal maior. En calquera destas pezas é válido calquera espesor entre unhas micras e 2 cm como máximo.
Convén informar o persoal técnico da Unidade se existe unha posible incompatibilidade da mostraxe ao ser dispersada con alcohol, acetona ou silicona.
Espectrometría de raios X: fluorescencia por dispersión de lonxitude de onda
A técnica de fluorescencia de raios X proporciónanos un método moi preciso de determinación de composición química de materiais. O principio de funcionamento é someter a mostra a un fluxo de fotóns de altas enerxías (raios X) e analizar o espectro de enerxías de fotóns secundarios emitidos pola mostraxe.
O bombardeo dos átomos con fotóns de enerxía suficientemente alta fai que os electróns das órbitas internas dos átomos escapen ao exterior tal como se amosa na figura (a) e se produce o efecto fotoeléctrico.
O fundamento desta técnica FRX en modo “dispersión de lonxitudes de onda” consiste en usar unha serie de cristais analizadores que permiten separar as diferentes liñas que compoñen o espectro de raios X segundo a súa lonxitude de onda.
Despois de se producir a difracción dos raios X nos cristais analizadores, os detectores de raios X (de escintileo e proporcional de fluxo, representados na figura d) recollen todos os fotóns emitidos por mostraxe e analizan as súas intensidades para cada lonxitude de onda.
Desta forma, e dado que a radiación analizada é característica dos átomos presentes na mostraxe, pode determinarse a composición química da mostra problema.
Determinación cualitativa e cuantitativa da composición química de materiais sólidos (compactos de superficie lisa e homoxénea ou en forma de po). A técnica permite obter % en peso (até o rango de ppm) de calquera elemento máis pesado que o boro e menos que o uranio presente na mostraxe. Ao mesmo tempo, mediante a utilización dos patróns adecuados é posible realizar a análise cuantitativa dos elementos presentes na mostraxe problema. Recoméndase consultar co técnico sobre a dispoñibilidade de patróns de referencia.
É aplicable ao estudo de minerais e materiais de alta precisión, á mecánica, á industria de arxilas, á industria metalúrxica,ao medio ambiente etc., e complementa a información obtida pola técnica de difracción de raios X.
Na maioría dos casos de mostra en po, prepararase unha pastilla prensada ou unha perla engadindo un certo material aglutinante/fundente á mostraxe problema que fose moída previamente.
En ocasións especiais a mostraxe para analizar pode ser en forma de po ou en líquidos suficientemente concentrados.
No caso de mostras compactas (aliaxes xeralmente) de tipo laminar as dimensións circulares serán de diámetro máximo 50 m, ou en forma cadrada de 35 mm de lado máximo, ou en forma rectangular de 25 mm x 35 mm por exemplo xa que o que é crítico neste caso é a diagonal maior. En calquera destas pezas é válido calquera espesor entre unhas micras e 2 cm como máximo. A superficie debe ser puída.
A superficie específica e a distribución de tamaño de poros son parámetros fundamentais para a caracterización de sólidos. Propiedades como a porosidade, a forza, a dureza, a permeabilidade, a selectividade separadora, a corrosión, a resistencia a tensións térmicas etc., podenestar directamente relacionadas coa estrutura porosa do material. A técnica de adsorción de gases ou fisisorción é unha das técnicas máis utilizadas para determinar estes parámetros e estudar propiedades de textura do material. Un dos gases máis utilizados como adsorbato é o nitróxeno.
Sempre que se desexe determinar a superficie específica é necesario someter a mostraxe a un proceso de desgasificación, que se pode ver favorecido cunha contribución de calor, co fin de que os contaminantes adsorbidos na mostraxe orixinal por estar exposta á atmosfera sexan eliminados completamente da superficie.
Transcorridas unhas horas de desgasificación, a mostraxe sólida é arrefriada baixo alto baleiro até temperatura do nitróxeno líquido e a continuación comeza un proceso de inxección de adsorbato (N2) en incrementos controlados. Despois de cada dose de adsorbato inxectado, alcánzase a presión de equilibrio entre adsorbato e adsobente e calcúlase a cantidade de gas adsorbido. O volume de gas adsorbido a cada presión (a unha temperatura constante) define unha isoterma de adsorción, da cal se pode determinar o gas requirido para formar unha monocapa sobre a mostraxe. Logo de se coñecer a área que ocupa cada molécula de gas absorbido, pode calcularse a área superficial da mostraxe. Continuando este proceso até que se produza a condensación do gas sobre os poros, pode avaliarse a estrutura fina porosa da mostraxe.Inicialmente a condensación de gas prodúcese sobre os poros máis estreitos e conforme aumenta a presión vai estendéndose a outros poros máis anchos e termina por acadar a saturación, un momento en que todos os poros están cheos de líquido. A seguir vaise reducindo gradualmente a presión do gas adsorbato, e prodúcese a evaporación do gas condensado sobre o sistema. A avaliación das ramas de adsorción e de desorción destas isotermas, xunto coa histérese observada, revela información sobre o tamaño de poro, a área do poro e a forma do poro.
Todos estes datos adquiridos son procesados e avaliados seguindo distintos métodos coñecidos: Langmuir, BET, BJH, deBoer t-Plot e outros.
A teoría do método BET (Brunauer, Emmet e Teller) é o modelo máis popular para determinar a superficie específica, que incorpora a formación de multicapas. Tamén é posible avaliar a área superficial segundo o modelo de Langmuir que se basea na monocapa formada sobre a superficie do sólido.
O método BJH (Barret, Joyner e Halenda) é un procedemento para o cálculo de distribucións de tamaños de poro a partir das isotermas experimentais usando o modelo Kelvin de enchido de poros. Este método só se aplica ao rango dos mesoporos e macroporos pequenos.
O equipamento dispoñible na Unidade de Análise Estrutural da técnica de adsorción de gas N2, permite:
Os campos de aplicación, tanto en investigación como no control de calidade, son:
A técnica de granulometría láser permite coñecer a distribución do tamaño de partícula dunha mostra.
Esta técnica está baseada nas teorías de Fraunhofer e Mie da dispersión da luz. A teoría de Fraunhofer baséase no feito polo que as partículas dispersan a luz en todas direccións cun patrón de intensidade, que é dependente do tamaño de partícula. Mentres que a teoría de Fraunhofer é aplicable a partículas de tamaño considerablemente maior que a lonxitude de onda da luz, a teoría de Mie aplícase cando as partículas son máis iguais ou menores a l, dado que neste caso se producen tanto a difracción como a difusión da luz no medio situado arredor das partículas (efectos de reflexión e de absorción).
Na práctica, ponse a mostra a analizar nunha suspensión acuosa, esta móvese continuamente a través dun circuíto pechado que dispón dunha ventá transparente no punto de intersección co feixe láser. Faise incidir a luz láser sobre a mostra e nun detector multicanle, obsérvase o patrón intensidade orixinado pola interacción luz-mostra e que serán en función do tamaño da partícula que o produciu.
A distribución de intensidade de luz medida é a suma dos patróns de dispersión de cada partícula, o que o software transformará en distribución volumétrica dos tamaños de partícula.
Nestas teorías asúmese a aproximación de considerar todalas partículas esféricas.
Algunhas das aplicacións máis usuais son as seguintes:
Este contido é só accesible desde a rede da universidade
