Đang tải... (xem toàn văn)
Giới thiệu tia X An toàn bức xạ Quá trình tạo tia X Định luật Bragg (Bragg’s law) Các phương pháp phân tích bột (powder difraction) Phương pháp định danh các pha tinh thể Phương pháp xác định cấu trúc tinh thể và thông số ô mạng của các tinh thể đơnGiới thiệu tia X An toàn bức xạ Quá trình tạo tia X Định luật Bragg (Bragg’s law) Các phương pháp phân tích bột (powder difraction) Phương pháp định danh các pha tinh thể Phương pháp xác định cấu trúc tinh thể và thông số ô mạng của các tinh thể đơnGiới thiệu tia X An toàn bức xạ Quá trình tạo tia X Định luật Bragg (Bragg’s law) Các phương pháp phân tích bột (powder difraction) Phương pháp định danh các pha tinh thể Phương pháp xác định cấu trúc tinh thể và thông số ô mạng của các tinh thể đơnGiới thiệu tia X An toàn bức xạ Quá trình tạo tia X Định luật Bragg (Bragg’s law) Các phương pháp phân tích bột (powder difraction) Phương pháp định danh các pha tinh thể Phương pháp xác định cấu trúc tinh thể và thông số ô mạng của các tinh thể đơn
1/22/2013 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CÁC NỘI DUNG CHÍNH Giới thiệu tia X Giới thiệu hướng dẫn sử dụng phần mềm thông dụng nghiên cứu tia X An tồn xạ Q trình tạo tia X Định luật Bragg (Bragg’s law) Các phương pháp phân tích bột (powder difraction) Phần mềm origin 8.0 Tính kích thước tinh thể (sử dụng origin 8.0) Tính thơng số mạng ( sử dụng Unicell ) Phương pháp định danh pha tinh thể Phương pháp xác định cấu trúc tinh thể thông số ô mạng tinh thể đơn giản KHÁI NIỆM TIA X KHÁI NIỆM TIA X (tt) William Rontgen tìm tia X vào năm 1895 tìm tính chất tia X : Tia X loại sóng điện từ có bước sóng ngắn Tia X truyền theo đường thẳng Bước sóng: 10 nm – pm (10-12m) Tia X bị hấp thụ theo tỷ lệ hàm mũ theo khối lượng Năng lượng: 200eV – 1MeV chất hấp thụ Có khả xun qua số chắn thơng Bước sóng tia X sử dụng phân tích cấu thường, làm đen phim ảnh trúc: khoảng 1Å (0.1nm) Khả gây tượng phát quang (phổ huỳnh quang tia X) Gây ion hóa chất khí… 1/22/2013 KHÁI NIỆM TIA X (tt) Tia X phát từ ống phát xạ KHÁI NIỆM TIA X (tt) liên tục Bước sóng gồm nhiều bước sóng khác điện tử tia X đặc trưng cho kim loại làm anode xác định định luật Moseley: lượng va chạm với nguyên tử 1/ anode Mỗi electron lượng theo cách khác = R(Z-1)(1-1/n2) : bước sóng; R = 109678 cm-1, số Rydberg; nên phổ tia X thu liên tục Z: số hiệu nguyên tử; n số nguyên, n = 2, vạch K K tương ứng Lượng xạ khái niệm Khi làm việc nơi phân tích tia X: Nhận thức nguy hiểm tiềm tàng liên quan đến tiếp xúc liên tục cấp tính với xạ tia X Cần phải hiểu biết nguy tuân thủ nghiêm ngặt quy định để bảo vệ người vận hành thiết bị phân tích tia X nhân viên làm việc gần nguồn phát tia X 1/22/2013 Lượng xạ khái niệm Lượng xạ khái niệm Khả Khi photon hoàn toàn xuyên qua môi trường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Năng lượng tia X Độ dày môi trường liều lượng hấp thụ tăng lên, khả xảy ung thư ảnh hưởng di truyền tăng Năng lượng trình xạ ion hóa tương tác với vật chất dẫn đến việc phá vỡ liên kết hóa học Nếu chiếu xạ vào mơ sống, làm thay đổi cấu trúc chức tế bào Tuy nhiên, liều lượng hấp thụ cao, thời điểm khơng chắn ung thư gây tổn hại di truyền xảy có ngưỡng mà chắn tác động bất lợi xảy Khơng ý: chùm tia X (phân tích cấu trúc) thường sử dụng với cường độ cao Chú 10 Ảnh hưởng sinh học Ảnh hưởng sinh học Tiếp xúc với xạ không từ chùm tia mà từ tia phân tán (hoặc nhiễu xạ) xạ thứ cấp từ mẫu vật liệu cách ly Thường gọi tia X mềm dễ dàng bị cách ly (~mm chì) X đặc biệt nguy hiểm chúng hấp thụ mô mềm Tia 11 Tiếp xúc dài hạn với mức độ tương đối thấp: Có khả bắt đầu gây ung thư Hoặc gây tổn hại di truyền Tiếp xúc ngắn hạn với mức độ tương đối cao (tiếp xúc cấp tính), có khả như: Ban đỏ Rụng tóc Loét Ung thư 12 1/22/2013 Các tiêu chuẩn kiểm soát Yêu Các tiêu chuẩn kiểm soát Yêu cầu thiết bị cầu hoạt động, vận hành Thiết bị ngắt tia: làm cho chùm tia phải dừng lại Tuân thủ quy định an toàn Lá chắn: cổng vào nguồn trang bị chắn mà KHƠNG bỏ qua thiết bị an tồn khơng thể mở trừ ống chuẩn trực khớp nối kết nối với đầu ống KHÔNG thay đổi thành phần hệ thống Hệ thống khoá liên động bảo vệ: Mỗi ống tia X trang bị Máy phát phóng xạ cho nhân viên với khoá liên động tắt ống ống lấy từ khung bảo vệ Đào tạo vấn đề liên quan đến xạ vận hành thiết bị Vỏ bọc cách ly: Đèn cảnh báo: X-RAY ON Ghi nhãn: 13 14 NGUỒN TẠO RA TIA X Các phận phát tia X: Ống phát: Anode (và cathode) đặt ống thủy tinh thạch anh, áp suất (10-6- 10-7 mmHg) Cathode K (Vonfram) phát chùm điện tử đốt nóng Anode (Vonfram, Cu, Ni, Mo, Cr) Điện áp đặt vào anode ~ 100kV 15 16 1/22/2013 NGUỒN TẠO RA TIA X NGUỒN TẠO RA TIA X Tia X tạo ống tia X (X-ray tube) trình Chùm tia điện tử từ cathode gia tốc điện bắn phá chùm tia electron (trong electron áp lớn cathode bay phía anode với vận tốc lớn Khi điện tử có động lớn va đập vào tạo dòng điện 30-45kV, chí 100kV) vào anode phần lớn biến thành nhiệt bia kim loại (metallic target) Hầu hết lượng electron bị hấp thụ kim loại 14,14.10-10 m khơng có khả gây nhiễu xạ họ mặt {110} 127 d110 = 2.12 x 10-10 m = 2dsin sin = /2d110 = 0.3634 = 21.3o 128 32 1/22/2013 Radiation: Cu K , = 1.54056 Å 111 Powder diffraction pattern from Al 422 420 331 400 311 222 220 200 Determination of Crystal Structure from versus Intensity Data Sin Sin2 n ratio Index a (nm) 38.52 19.26 0.33 0.11 111 0.40448 44.76 22.38 0.38 0.14 200 0.40457 65.14 32.57 0.54 0.29 220 0.40471 78.26 39.13 0.63 0.40 11 311 0.40480 5* 82.47 41.235 0.66 0.43 12 222 0.40480 6* 99.11 49.555 0.76 0.58 16 400 0.40485 7* 112.03 56.015 0.83 0.69 19 331 0.40491 8* 116.60 58.3 0.85 0.72 20 420 0.40491 9* 137.47 68.735 0.93 0.87 24 422 0.40494 129 130 X-Ray Diffraction: A Practical Approach, C Suryanarayana & M Grant Norton, Plenum Press, New York (1998) Ví dụ STT I(%) Một mẫu vật liệu M có kiện phân tích tia X sau: Tính thơng số mạng, a (Å) vật liệu Cho biết (K )=1.54184 Å 18.85 21.80 28.97 31.02 34.79 36.55 38.24 39.86 42.96 I (%) hkl 5.02 211 2.56 220 3.13 321 32.88 40 100.00 420 3.41 332 20.22 422 10.18 431 15.97 521 Sin (Sin h k l h2+k2+l2 d a 131 1.54184(Å) 18.85 21.8 5.02 2.56 9.425 10.9 0.1638 0.1891 0.0268 0.0358 2 28.97 31.02 34.79 3.13 32.88 100 14.485 15.51 17.395 0.2501 0.2674 0.2990 0.0626 0.0715 0.0894 4 2 0 14 4.708 4.077 3.082 16 2.883 36.55 3.41 18.275 0.3136 0.0983 3 38.24 39.86 20.22 10.18 19.12 19.93 0.3275 0.3409 0.1073 0.1162 4 20 22 24 2.579 2.458 2.354 26 2.262 11.5315 132 33 1/22/2013 Ví dụ 4: Phổ nhiễu xạ bột vật liệu có cấu trúc lập phương với tia X có bước sóng =1.542Å, cho vạch nhiễu xạ ứng với góc sau :26.82o, 31.02o, 44.88o, 53.12o, 56.28o, 67.4o, 72.64o, 74.78o Xác định kiểu mạng thông số mạng a (Å) vật liệu 133 Ví dụ 5: 2θ λ θ sinθ sin2θ dhkl d2 SC a2 a BCC a2 a FCC a2 a STT λ Phổ nhiễu xạ bột vật liệu có cấu trúc lập phương với tia X có bước sóng =1.541838Å, cho vạch nhiễu xạ ứng với giá trị d(Å)như sau: 3.015, 2.696, 2.462, 1.956, 1.673, 1.611, 1.316, 1.119 dhkl SC a BCC a Xác định (kiểu mạng?) thông số mạng a (Å) vật liệu FCC a STT 135 26.82 31.02 44.88 53.12 56.28 1.542 Å 15.51 0.267 0.072 3.324 2.883 11.052 8.313 11.052 16.626 3.324 4.078 22.104 33.252 4.701 5.766 33.156 33.252 5.758 5.766 13.41 0.232 0.054 1.54184 22.44 0.382 0.146 2.020 4.080 12.239 3.498 24.478 4.948 32.637 5.713 26.56 0.447 0.200 1.724 2.973 11.893 3.449 23.786 4.877 11 32.706 5.719 28.14 0.472 0.222 1.635 2.672 13.362 3.655 10 26.724 5.170 12 32.069 5.663 67.4 33.7 0.555 0.308 1.390 1.931 11.586 3.404 12 23.171 4.814 16 30.895 5.558 72.64 74.78 36.32 37.39 0.592 0.607 0.351 0.369 1.302 1.270 1.694 1.612 aTB 3.553 13.556 14.509 3.682 3.809 14 16 4.758 23.722 25.794 4.871 5.079 19 20 5.421 32.195 32.242 5.674 5.678 134 134 Å 3.015 2.696 2.462 1.956 1.673 1.611 1.316 1.119 aTB 3.773 3.015 3.813 4.264 3.912 3.741 3.946 3.722 3.357 10 12 14 16 4.264 5.392 6.031 5.532 5.290 5.581 4.924 4.476 11 12 16 19 20 5.222 5.392 6.964 6.487 5.795 6.444 5.736 5.004 5.288 6.006 136 34 1/22/2013 Ví dụ 6: Một vật liệu tinh thể bột có vạch nhiễu xạ ghi nhận ứng với góc sau ( =1,542Å): 13,41o;15,51o; 22,44o; 26,56o; 28,14o; 33,7o; 36,32o; 37,39o; 42o; 45,13o; 50,36o; 53,54o; 55,2o; 59,45o a) Xác định cấu trúc tinh thể vật liệu bột này, cho biết thuộc hệ lập phương b) Phổ nhiễu xạ cho thấy peak có cường độ mạnh peak thứ hai (100%), peak thứ ba (55%) peak thứ năm (15%) Dựa ngân hàng phổ chuẩn, xác định tên vật liệu bột 137 λ θ sinθ sin2θ dhkl d2 Nếu sc a2 a Nếu bcc a2 a Nếu fcc a2 a 1.542 13.41 0.23 0.05 3.32 11.05 Å 15.51 0.27 0.07 2.88 8.31 22.44 0.38 0.15 2.02 4.08 26.56 0.45 0.20 1.72 2.97 28.14 0.47 0.22 1.63 2.67 33.7 0.55 0.31 1.39 1.93 36.32 0.59 0.35 1.30 1.69 37.39 0.61 0.37 1.27 1.61 11.05 3.32 16.63 4.08 12.24 3.50 11.89 3.45 13.36 3.66 11.59 3.40 13.56 3.68 14.51 3.81 10 12 14 16 22.10 4.70 33.25 5.77 24.48 4.95 23.79 4.88 26.72 5.17 23.17 4.81 23.72 4.87 25.79 5.08 11 12 16 19 33.16 5.76 33.25 5.77 32.64 5.71 32.71 5.72 32.07 5.66 30.89 5.56 32.19 5.67 aTB 20 32.24 5.68 5.6912 138 Các liệu phổ chuẩn (d, I0) 2.82(1) 3.44(0.9) 2.117(0.5) Trimounsite-(Y) (Y,REE)2Ti2SiO9 Kết luận: 2.82(1) 3.44(1) 2.91(1) Franckeite (Pb,Sn)6Fe++Sn2Sb2S14 Vật liệu có cấu trúc FCC, a = 5.631 2.82(1) 5(1) 5.4(1) Atacamite Cu2Cl(OH)3 Các peak thứ hai, thứ ba, thứ năm có vị trí tương ứng là: (d200), (d220) (d222) d200 = 2.88 (100%) 2.821(1) 1.994(0.55) 1.628(0.15) Halite NaCl 2.821(1) 2.551(0.8) 2.806(0.7) Dellaite Ca6Si3O11(OH)2 d220 = 2.02 (55%) 2.821(1) 2.987(0.64) 3.137(0.33) Pyrophosphite * K2CaP2O7 d222 = 1.63 (15%) 2.821(1) 3.62(0.75) 3.1(0.65) Cascandite Ca(Sc,Fe++)Si3O8(OH) Đối chiếu với bảng phổ chuẩn: 2.822(1) 3.363(0.5) 3.118(0.27) Sicherite ! TlAg2(As,Sb)3S6 NaCl (halite) 2.823(1) 3.587(0.86) 2.778(0.84) Jentschite ! TlPbAs2SbS6 2.824(1) 3.03(0.8) 2.724(0.6) Killalaite 2Ca3Si2O7·(H2O) 139 140 35 1/22/2013 Các liệu phổ chuẩn (d, I0) 0.7768(1) 0.7877(1) 0.779(1) 3(1) 2.18(1) Bowieite (Rh,Ir,Pt)1.77S3 0.8237(0.9) 0.7874(1) 0.8623(0.8) Rhodium (Rh,Pt) 1.887(0.63) Nowackiite Cu6Zn3As4S12 1.019(1) 1.081(0.75) 1.019(1) 1.757(1) 1.057(1) 1.483(1) 3.527(1) 1.066(1) 2.05(1) 9.63(1) 1.91(0.8) 2.371(0.9) Ustarasite Pb(Bi,Sb)6S10 Freboldite CoSe 1.846(1) 1.12(1) 2.72(1) 1.142(1) 1.094(0.8) 1.156(1) 2(0.9) 1.003(0.7) Gupeiite Fe3Si 1.16(1) 2.02(1) 1.43(0.8) Chromferide Fe3Cr1-x(x=0,6) 1.163(1) 2.228(0.9) 1.195(1) 2.24(1) 0.797(0.9) Tetra-auricupride AuCu 1.196(1) 1.991(1) 1.817(0.9) Fersilicite * FeSi 2.18(0.8) 1.932(0.7) NaCl có cấu trúc FCC Vị trí nguyên tử Na Cl ô mạng sở sau: Kalininite ZnCr2S4 1.089(1) 5.44(1) Ví dụ 7: Sudburyite (Pd,Ni)Sb 0.8847(0.7) Ferdisilicite * FeSi2 Arsenolamprite As Chengdeite Ir3Fe Isoferroplatinum Xác định F2 ứng với mặt phẳng nhiễu xạ 111, 220, 311? (Pt,Pd)3(Fe,Cu) 141 142 Các phần mềm phân tích pha định lượng: Phân tích pha tinh thể định tính EVA, WINPROFILE định kích thước tinh thể WINCRYSIZE, WINMETRIC Xác Xác định số mạng WININDEX Tính 143 tốn, mơ cấu trúc tinh thể WINRIETVELD 144 36 1/22/2013 145 37 ... Tớnh F 202 411, 330 331 331 69 70 71 72 18 1/22/2013 Tính F 202 a=5.464Å =2dsin( sin( d 202= 1.929 Å 202) , 202) =0.4 Từ Fig.5.36(b) =1.5418Å 202 = 23.6o [sin( 202) ]/ =0.259 fCa=12.65, fF=5.8 F 202= 4fCa+8fF=97... chẵn (even):(both even or both odd) Xét ô sở gồm: nguyên tử vị e.g (001), (110), (112); (021 ), (022 ), (023 ) trí (0,0,0) & nguyên tử (1/2,1/2,0) F f ei f e0 ( h k l 0) fei (h k ) fe i (h f [1 ei... Target X-rays 17 NGUỒN TẠO RA TIA X 18 NGUỒN TẠO RA TIA X Phổ photon peak nét chồng lên nên phổ photon phổ liên tục Cường độ vạch đặc trưng phụ thuộc vào tăng tốc cường độ dòng ống phát 19 2020