Презентация по химии на тему "Дифракционные методы исследования"

• 1 слайд

  Дифракционные методы
  исследования
  

• 2 слайд

  Дифракционные методы:
  Рентгенография;
  Газовая электронография;
  Дифракция электронов;
  Нейтронография;
  Дифракция отраженных электронов;
  Фотокристаллогафия.
  
  
  Дифракцио́нные ме́тоды — совокупность методов исследования 
  атомного строения вещества, использующих дифракцию пучка 
  фотонов, электронов или нейтронов, рассеиваемого исследуемым
  объектом.
  
  

• 3 слайд

  Рентгенография.
  x-rey.
  Катод (вольфрамовая
  нить накала);
  Анод (Cu, Co, Ni);
  
  
  λ : 10-5 - 10 нм. Распространяются прямолинейно, не отклоняются
  в электромагнитном поле, преломление на границе двух сред мало.
  Зарегистрировать можно с помощью:
  Засвечивания фоточувствительных материалов
  Люминисценции
  Ионизации газов
  

• 4 слайд

  Взаимодействие с материалом анода.
  Рассеяние –
  отклонение направления движения фотонов.
  Истинное поглощение –
  переход в другие
  виды энергии
  Фотоэллектрический
  эффект.
  излучение
  Сплошное.
  Характеристическое.
  U<Uвозб
  U>Uвозб
  

• 5 слайд

  Приборы.
  Рентгеновская камера
  Рентгеновский дифрактометр.
  Коллиматор
  Узел установки образца
  Кассета с фотопленкой
  Механизм движения образца
  Монокристалл
  Гониометр
  Электронное измерительно-регистрирующее устройство
  Детектор излучения (счетчики квантов:
  
  •сцинтилляционные
  • пропорциональные
  •полупроводниковые
  •Гейгера-Мюллера)
  
  

• 6 слайд

  Рентгеновская камера
  Рентгеновский дифрактометр.
  Исследование монокристаллов
  Исследование поликристаллов
  Получение малоугловых рентгеногамм
  Фазовый анализ поликристаллических объектов
  Исследование текстур
  Ориентировка монокристальных блоков
  Исследование структуры при различных условиях
  - Нужно проявлять фотопленку
  Достоинства и недостатки
  + Высокая точность
  + Чувствительность
  + Возможность автоматизировать процесс получения информации
  

• 7 слайд

  Дифрактометры классифицируют:
  
  по исследуемым образцам:
  порошковые;
  монокристальные;
  специальные.
  
  по способу регистрации излучения:
  Фото-методы;
  фотоэлектронные умножители;
  полупроводниковые детекторы
  
  

• 8 слайд

  РСА
  Рентгенодифрактометрический метод — один из методов рентгеноструктурного
  анализа. Основан на использовании рентгеновского дифрактометра — прибора для
  одновременной регистрации интенсивности и направления дифрагированных лучей.
  
  Задачи РСА:
  Нахождение позиций атомов кристаллов
  Определение симметрии
  Определение формы элементарной ячейки
  Нахождение пространственных групп
  Разновидности метода:
  
  1. Метод Лауэ применяется для монокристаллов.
  2. Рентгенодифрактометрический метод.
  3. Метод Дебая — Шеррера используется для
  исследования поликристаллов и их смесей.
  

• 9 слайд

  Рентгенограмма – набор линий различной интенсивности
  (пики различной высоты), их положения определяются
  брэгговскими углами рассеяния.
  
  Рентгенограммы собраны в картотеке JCPDS.
  
  Положение линий на рентгенограмме определяется
  параметрами элементарной ячейки (a, b, c и т.д.). Каждой
  линии приписывается индекс Миллера (hkl).
  
  Кристаллическая структура определяется на основании
  интенсивностей рассеянных рентгеновских лучей.
  
  2dsinθ = n λ формула
  Вульфа-Бреггов
  

• 10 слайд

  Индицирование рентгенограмм.
  2dsinθ = n λ
  d
  hkl
  Индицирование рентгенограмм – определение параметров элементарной ячейки по данным попрошковой дифракции.
  1 d2 = ℎ2+𝑘2+𝑙2 𝑎2
  1 d2 = ℎ2+𝑘2 𝑎2 + 𝑙2 𝑐2
  1 d2 = ℎ2 𝑎2 + 𝑘2 𝑏2 + 𝑙2 𝑐2
  Кубическая ячейка
  Тетрагональная ячейка
  Ортогональная ячейка
  Набор дифракционных максимумов
  

• 11 слайд

  РФА
  Задачи РФА:
  Определение количества фаз в образце
  Определение состава фаз
  Количественный анализ
  Ii=ki gi ρiΣgiμi
  gi= mi Σmi
  Основное уравнение
  количественного анализа
  ki – экспериментальная константа
  gi – массовая доля фазы в пробе
  μi – массовый коэффициент поглощения
  Ii – интенсивность рефлекса
  

• 12 слайд

  Метод внутреннего стандарта.
  Требования к эталону:
  Линии на рентгенограмме не должны совпадать с линиями фазы
  Массовые коэффициенты поглощения фазы и эталона должны быть близки
  Количество эталона строго определено
  Ii= kigi μiρi
  Is= ksgs μsρs
  Ii Is = kigiρs ksgsρi =kgi
  gs
  Ii Is
  Градуировочный график
  

• 13 слайд

  2. Метод добавления определяемой фазы.
  
  К исходному веществу добавляют точное количество того же вещества
  (определяемой фазы).
  𝐴0= Ii Is 0= kigiρs ksgsρi
  𝐴𝑖= Ii Is i= ki gi+δ ρs ksgsρi
  𝐴𝑖 𝐴0 = gi+δ gi
  gi=δ 𝐴0 𝐴𝑖+𝐴0
  𝐴𝑖 𝐴0
  δ
  Градуировочный график
  

• 14 слайд

  3. Прямой метод.
  (метод измерения коэффициента поглощения).
  Ii I0 = kigiρiμi(m) μi∗ksρi
  I0= ki ρiμi(m)
  gi= Ii I0 μi∗ μi(m)
  Градуировочный график
  Ii I0
  μi∗ μi(m)
  Метод трудоемкий, редко используется.
  

• 15 слайд

  Качественный анализ.
  Чувствительность= Imax Iфон
  Для уменьшения фона:
  U=(3-4)U0 U0 – потенциал возбуждения
  характеристического излучения
  материала анода.
  Для увеличения чувствительности:
  Очистка порошков от загрязнений
  (магнитная сепарация,
  распределение по фазам в тяжелой жидкости,
  просеивание через сита с разными
  размерами ячеек).
  

• 16 слайд

  Методики.
  1.С использованием указателя Ханавальта.
  
  По самым интенсивным значениям d неходим группу и подгруппу в указателе.
  Сравниваем остальные значения d.
  Сопоставляем полные дифракционные спектры вещества и справочного стандарта из картотеки JCPDS.
  
  Недостатки:
  Сильное различие интенсивностей линий дифракционных спектров,
  Искажение интенсивностей в спектрах многофазных веществ (наложение линий с близкими d).
  

• 17 слайд

  1.С использованием указателя Финка.
  
  Выбирают 2 значения d большой интенсивности, по которым определяется группа и подгруппа.
  Сопоставляются d остальных линий.
  Сопоставляем полные дифракционные спектры вещества и справочного стандарта из картотеки JCPDS.
  
  Достоинства метода:
  
  + В указателе Финка положение линий определяется
  только знаначениями d и не зависит от I.
  

• 18 слайд

  нейтронография
  Нейтронография (от нейтрон и «граф» — пишу) — дифракционный метод изучения атомной и магнитной структуры кристаллов, аморфных материалов и жидкостей с помощью рассеивания нейтронов.
  Исследуемый объект облучается пучком нейтронов, который рассеивается на атомах вещества. Для регистрации рассеяния используются нейтронные спектрометры, при помощи которых измеряется интенсивность рассеивания нейтронов в зависимости от угла дифракции, аналогично рентгеновской дифрактометрии. По полученным дифракционным спектрам восстанавливается атомная структура исследуемого объекта.
  
  
  

• 19 слайд

  Нейтронный дифрактометр.
  Устройство:
  Колиматор;
  Монохроматор;
  Гониометр;
  Счетчик.
  Недостатки:
  Весит несколько тонн;
  Длительное время регистрации.
  Источник тепловых нейтронов – ядерный реактор.
  E=3/2kT, T – температура замедления в ядерном реакторе.
  Нейтронография применяется для задач, которые нельзя или сложно
  решить другими методами.
  

• 20 слайд

  Применение.
  Определение положения в кристаллической структуре атомов с близкими атомными номерами.
  Определение атомов с малыми атомными номерами в соединениях, содержащих атомы с большими атомными номерами.
  Изучение текстуры по всей толщине образца.
  Магнитная нейтронография.
  (Химические и магнитные элементарные ячейки могут не совпадать).
  
  Элементарная ячейка магнитной сверхструктуры антиферромагнетика MnO (содержит 8 кристаллических ячеек).
  
  Нейтронография – единственный прямой метод доказательства упорядоченной взаимной ориентировки спинов в антиферромагнетиках (магнитные моменты не компенсируют друг друга).
  

• 21 слайд

  Спасибо за внимание