Зерттеудің физикалық Әдістері


Рентгендік фазалық талдау



жүктеу 421 Kb.
бет16/18
Дата23.11.2018
өлшемі421 Kb.
#23564
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18
2.5 Рентгендік фазалық талдау

Сапалы және сандық рентгендік фазалық талдау. Талдау әдістері [5, C.383-406].

Рентгендік фазалық талдау, өзімен сандық немесе сапалық сан анықтау және әртүрлі қиындықты жүйелерде кристалдық фаза қатынастарын анықтауды ұсынады. Кристалдық фаза түсінігі бір элементтің кеңістікті біртекті, тепе-теңдік күйін анықтайды. Әдіс әрбір кристалдық фазаның дифракциондық сақиналар мен олардың интенсивтілігінің орналасуының индивидуал, қайталанбас суретін беруге негізделген. Сондықтан әртүрлі заттар кристалдарының қоспаларын зерттегенде дифракциондық сурет оның сандық құрамының интенсивтілігіне пропорционал дифрактограммаларының қосындысынан тұрады.

Сапалы рентгендік фазалық талдау рентгендік спектр (hkl) сызығының І интенсивтілігіне сәйкес келетін және кеңістік аралық қашықтық d(hkl) мәндеріне сәйкес келетін кристалдық фазалар идентификациясына негізделген [5, C.384-388].

Сандық талдау қоспадағы өзге фазалардың санын анықтауға негізделген, оның ішінде: үлгі кристалдарының орташа өлшемін сызық профилінің анализі бойынша өлшемінің үлесу функциясын анықтау; дифракциондық сызық пен осы сызықтардың орнынан қозғалу профилінің анализін жүргізіп ішкі кернеуді зерттеу; кристалдар орналасуының құрылымын зерттеу. Сандық рентгендік талдау зерттелініп жатқан объектідегі сәйкес келуші фаза құрылымынан тәуелді дифракционды шағылу интенсивтілігіне негізделген. Кристалдық формаларды (фазаларды) идентификациялау үшін эталонды кристалдық үлгілерден дифрактограммаларды алып немесе саны өте көп кристалдық заттардың рентгенограммалық сызығының салыстырмалы интенсивтілігі мен кеңістік аралық қашықтық жөнінде ақпаратқа ие арнайы кестелерді (ASTM картотекасымен, Финк бағыттауышын) қолдану қажет. Рентгендік фазалық талдауда әдетте дифракционды сурет ұнтақ әдісі шарттарындағы рентгендік кванттар есептеуіштері көмегімен дифрактометрлі тіркеледі [5, C.388-393].

Зерттелетін кристалдық заттың фазалық құрамын анықтау тәжірибе арқылы анықталған кеңістік аралық d және сәйкес келуші рентгенограмма I интенсивтіліктерін осы өлшемдердің анықтаушы-анықтамаларда берілген кестелік мәндерімен салыстыру әдісімен жүргізеді. Олардың сәйкес келуінде заттың және оның кристалдық модификациясының дұрыс анықталғандығын қорытады.

Сандық фазалық рентгендік талдаудың бірнеше әдістері әзірленген [5, C.393-403].

Араластырып отыру әдісі (ішкі стандарттың) рентге-нограммадағы сызықтардың интенсивтіліктері мен анықталатын фазаға тиісті саны қоспада алдын-ала берілген эталонды зат үшін сызықтар интенсивтіліктерін салыстыруға негізделген. Алдын-ала анықталатын фаза мен эталонды зат ұнтағынан құралған әртүрлі құрамды қоспалар сериясы жасалынады. Қоспаның рентгено-граммалық түсірілімі дифрактометрлерде немесе рентгендік камераларда және фотоәдіс көмегімен түсірілген рентгенограммалар сызықтарының қараюы немесе дифракционды сызықтардың интен-сивтіліктерін өлшеу жүргізіледі. Осыдан кейін зерттелетін фаза концентрация координатасында рентгенограммадағы зерттелетін фаза сызығының интенсивтілігі мен эталонды заттың қатынасында градуирленген график құруға болады.

Бұл әдістің дәлдігі зерттелетін және эталон заттарының ұсақталу дәрежесі мен әбден араластырылуында, бұл заттардағы рентген сызықтарының жұтылу коэффициенттерінің бір-біріне қаншалықты жақындауынан тәуелді болады.

Экспресс-талдау үшін арнайы гомологиялық жұп әдісі ойлап табылған, ол қоспалар мен қорытпалардағы рентген серияларын алу және интенсивтіліктері бірдей әр түрлі фазалар сызықтарын анықтауға негізделген.

Егер компонеттер қоспасын дайындау мүмкін болмаса, онда үлгі мен эталон түсірілімін тізбекті өткізетін тәуелсіз эталон (сыртқы эталон) әдісін қолданады. Мысалы, оны бетінің бір бөлігіне фольга түріндегі эталонды материал бекітілген, зерттелетін қоспаның цилиндрлік үлгісі үшін орындауға болады. Цилиндрлік үлгіні айналдыру кезінде рентгендік сәулелер зерттелетін бөліктен және эталоннан көп рет тізбекті түрде шағылады және үлгі мен эталоннан бір уақытта рентгеннограммалар пайда болады. Сол кезде эталоннан шағылу интенсивтілігі эталонның цилиндр бетінде, яғни фольга енінде орын алатын доға ұзындығынан тәуелді болады. Эталон жолағының енін өзгерте отырып, эталон және үлгі рентгенограммаларындағы әр түрлі индексті сызықтар интенсив-тіліктерін сәйкестендіруге қол жеткізу арқылы сәйкес келуші градуирленген графиктер құруға болады.

Салу әдісі зерттелетін үлгі рентгенограммасы мен таза түрде болатын жеке құраушылардың рентгенограммаларын визуалды түрде салыстыруға негізделген. Кейбір жағдайда сандық фазалық рентгендік талдауды эталонсыз рентгенограмманы түсіру арқылы жасауға болады. Эталонсыз түсіру әдісі ретгенограмма фазаларындағы сызықтар интенсивтілігі фазаның көлемдік құрамының пропорционалдығына және рентгенограммадағы әрбір фаза сызығының абсолют интенсивтілігін немесе әр түрлі фаза сызықтарының интенсивтіліктерінің қатынасын өлшей отыра, әрбір фаза концентрациясын анықтау мүмкіндігіне негізделген. Бұл әдістің қарапайымдылығына қарамастан, оны қолдану шектеулі, себебі рентгенограммалардағы сызық интенсивтілігі тек зерттелетін фазаның концентрациясынан ғана емес, сонымен қатар фаза атомдарынан (атомдық көбейткіш), атомдардың орналасуынан (құрылымдық көбейткіш), түсірудің геометриялық шарттарынан (бұрыштық көбейткіштер) және атомдардың жылулық тербелісінен (жылулық көбейткіш) тәуелді.

Неғұрлым жұтылу коэффициенті жоғары болса, соғұрлым талдаудың сезімталдығы жоғары болады. Сондықтан қоспалардағы рентген сәулелерін қатты жұтатын заттар әлсіз жұтатындарға қарағанда төмен концентрацияларда кездеседі. Талдаудың сезімталдылығы кристалдардың ұсақталуында және ішкі кернеу болғанда төмендейді.Рентгендік фазалық талдауды металтануда (металдармен қоспалардың фазалық құрамын зерттеуде), минералогияда (күрделі минералдардың құрамын анықтауда), химияда және химия технологияларында кең пайдаланады.


    1. Электронография және нейтронография

Заттардағы электрондар мен нейтрондардың шашырауы. Элект-

ронография және оның ерекшеліктері. Электронограф. Электроно-граммалар және оның есептелінуі. Нейтронография. Эксперимент техникасы. [5, C.446-463].

Электронография [1, С. 432-469; 5, C.447-456] – ол зерттелетін үлгімен үдетілген электрондардың шашырауына негізделген, зат құрылымын зерттеу әдісі. Ол бу мен газдағы молекулалардың, сұйық пен аморф, кристалл денелердің атомдық құрылымын зерттеу үшін қолданылады. Электронографияның физикалық негізі электондардың дифракциясы болып табылады; зат арқылы электрондар өткен кезде, толқындық қасиетке ие электрондар атомдарымен әсерлесіп, оның нәтижесінде жеке дифрагирленген шоқтар пайда болады. Осы шоқтардың интенсивтілікті және кеңістікті үлесуі, алынған үлгінің жеке кристалдарының ориентациясы, өлшемдері сонымен қатар басқа құрылымдық параметрлері мен атомдық құрылымдарымен қатаң сәйкестікте тұр. Электрондардың затта шашырауы кристалдағы максимумдары атомдық ядроның орналасуымен айқындалатын атомдардың электростатикалық потенциалымен анықталады.

Электронографиялық зерттеулер арнайы аспаптарда жаса-лынады – электронографтарда және электронды микроскоптарда; вакуумда электрондар электрлік өріспен үдетілінеді, жарық бір шоққа фокусталынып, зат арқылы өтетін электрондар фотоға түсірілінеді (электронограмма) немесе фотоэлектрлік құрылғымен тіркелінеді. Электрлік кернеудің өлшеміне қарай үдетілінетін электрондар жылдам электрондар дифракциясы анықталынады (кернеу 30-50 кэв -1000 кэв және одан да көп), ал баяу электрондардың дифракциясы (кернеуі бірнеше в-тан жүз в-қа дейін). Электронография дифракциялық құрылымдық әдіске жатып, бірнеше ерекшеліктерге ие болады. Электрондардың затпен күшті әсерлесуіне байланысты және электронографта жарық шоқтардың пайда болуына байланысты электронограмманың экспозициясын анықтауға бірнеше секундтар кетеді, бұл кристализацияны, құрылымды айналуды зерттеуге мүмкіндік береді. Бір жағынан электрондардың затпен күшті әсерлесуі заттың сәулелену қалыңдығын бірнеше мкм-ге қысқартады.

Электронография өте кішкентай кристалды күйдегі заттардың құрамын зерттеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар бұл әдіс рентген құрылымды талдау әдісімен салыстырғанда ауыр атомдардың арасын-да жеңіл атомдарды зерттеуде артықшылықтарға ие. Электроногра-фиялық зерттеуде суретке түсірудің екі әдісі қолданылады: шағылу және жарық саңылау (өту) әдісі.

Электронограммалардың алынатын түрі зерттелетін заттың сипаттамасына байланысты. Жұқа монокристалды пластинкалардан және өзара дұрыс байланысқан кристалшықтардан тұратын қабыршақтың электронограммасы, нүкте немесе бір-бірімен дұрыс орналасқан дақтар (рефлекс) түрінде құралған. Кристалшықтардың қабыршақтың ішінде дара орналасуы бойынша белгілі бір заңдылықпен шағылуы доға түрінде болады. Ретсіз орналасқан кристалшықтардан тұратын үлгілерден алынған электронограммалар, дебаеграммаға сәйкес бірқалыпты қараланған шеңберлерден, ал қозғалып бара жатқан фотопластикада түсірілгенде (кинематикалық түсірілім) параллельді түзулерден тұрады. Жоғарыда көрсетілген электронограммалардың типі серпімді, біртекті артықшылықты шашырау (кристалмен энергия алмасуы болмайды) кезінде байқалады. Бірнеше рет серпімсіз шашырау кезінде дифрагирленген шоқтардан екінші ретті дифракционды суреттер пайда болады. Осындай электронограммалар кикучи-электронограммалары (ең алғаш алған жапон физигінің атымен аталады) деп аталады. Газ молекулаларының электронограммалары аз диффузиялық ореолдар санынан құралады.



Нейтронография – нейтрондардың шашырауы көмегімен кристалдардың, сұйықтықтардың, молекулалардың құрамын зерттейтін әдіс. Кристалдың атомдық және магниттік құрылымы туралы ақпаратты нейтрондардың дифракциясы экспериментінен, нейтрондар зерттелетін объектпен энергия алмасатын (бұл жағдайда шашырау серпімсіз деп аталады) молекула және кристалдағы атомның жылулық тербелісін – нейтрондардың шашырау экспериментінен алады.

Нейтронографиялық эксперимент ядродан шығарылатын нейтрондар шоқтарында жүзеге асырылады. Нейтронографиялық аппаратура (дифракторметрлер, әр типті нейтрондық спектрометрлер және т.с.с.) міндетті түрде реакторға жақын нейтрондық шоқтар жолында орналастырылады. Ең қуатты реакторлардағы шоқтарда нейтрондар ағынының тығыздығы рентген трубкасындағы квант ағынының тығыздығынан бірнеше ретке аз, сондықтан нейтронографиялық аппаратура, нейтронографиялық эксперимент қиын болады; осы себептен рентгенографияға қарағанда нейтронографияда үлгілері үлкенірек болады. Эксперименттерді интервалы үлкен температураларда (1-ден 1500 К-ге дейін және одан жоғары), қысымдарда, магнит өрістерінде және т.б. жүргізуге болады.

Нейтронограмма диффузиялық шашырау фонында когерентті ядролық немесе магниттік шашырауы максимумдардарының қосындысы болып келеді.Нейтронографияны дұрыс қолдану, нейтронның элементар бөлшек ретінде бойында ерекше сәтті қасиеттерінің орын алуына негізделген. Қазіргі нейтрондар көзі – ядролық реактор – кең диапазонды жылулық нейтрондар, 0,06 эВ аймағында максимум энергияны береді. Осы энергияға сәйкес нейтронның де-Бройлдік толқын ұзындығы (~1 Å), кристалл және молекуладағы атомдар аралық қашықтық мәнімен өлшенеді, бұл кристалда нейтрондар дифракциясын болу мүмкіндік жасайды; осыған құрылымдық нейтронография әдісі негізделген. Нейтронографияны қолайлы қолдану аймағы – бұл Z санына жақын элементтер қосындысын зерттеу (рентген сәулелері үшін бұл элементтер айырмашылықсыз, өйткені олардың электрондық қабыршақтары бірдей электрондар санынан құралған). Шектік жағдай – бұл рентгенографиялық түрде абсолют айырмашылықсыз, ал нейтрондар үшін әр түрлі элементтер ретінде айырмашылықты берілген элементтің әр түрлі изотоптарының қосылуын зерттеу.

Құрылымдық нейтронографияда эксперименттен белгілі шартты түрде құрылымдық амплитудалармен F(hkl) байланысқан когерентті шашыраудың интенсивтіліктерінің максимумдарын l(hkl) (мұндағы h,k,l – Миллердің кристаллографиялық индекстері) анықтайды. Осыдан кейін коэффициенттері Фурье қатарлары көмегімен мәні коэффициенті F(hkl) мәндері болатын ядролық тығыздық r (x,y,z) функциясы салынады. Қатарларды қосу (құрылымдық талдаудың басқа да есептеулері сияқты) арнайы программалар бойынша тез жұмыс істейтін ЭЕМ-да жасалынады. r (x,y,z) максимум функциялары атом ядроларының орналасуына сәйкес келеді.



3 Спектрлік әдістер
3.1 Атомды спектрлік талдау

Атомдық спектрлер. АСТ-ның физикалық негізі. АСТ әдістері: сапалық және сандық эмиссионді, атомды– абсорбциялық және атомды – флуоресценттік. Аспаптар мен эксперимент техникасы.

Атомды спектрлік талдау (АСТ) жұтылу мен шығару атомды (ионды) спектрлері бойынша үлгінің элементті құрамын анықтайды.

Сапалы АСТ-да зерттелетін заттан алынған спектрді арнайы кестелер мен атластарда келтірілген элемент сызықтарының спектрімен салыстыруды жүзеге асырады.



Сандық АСТ-ң негізінде анықталатын элементтің концентрациясын байланыстыратын анықталатын қоспа I1 сызығы мен салыстыру I2 сызығының интенсивтіліктерінің қатынасы жатыр:
(6)
мұндағы, а және b – зерттеу жолымен анықталатын тұрақтылар.
Атомды эмиссионды спектрлік талдау әдісі деп қоздыру көзі әсерінен пайда болатын заттың құрамын атомдарының сәулеленуі спектрі бойынша анықтау әдісін айтады (доға, шоқ және т.б.). Сәулелендірілетін заттың сәулелену спектрлерін алу үшін оның құрамын шағылдыратын үлгіні алады да, оны сәулелену көзіне кіргіздіреді (атомизатор). Осында қатты және сұйық үлгілер буланады, қосынды диссоциирленеді және еркін атомдар (иондар) қозу күйіне көшеді. Атом қозу күйінде қысқа уақыт ~10-7 – 10-8с болады және қалыпты немесе аралық күйге оралады. Атом артық энергиясын фото немесе квант жарығының сәулеленуі түрінде береді, оның мәні келесі теңдеулермен анықталады:
(7)
мұндағы, Е1 және Е2 – сәйкесінше жоғары және төменгі деңгей энергиялары, эВ;

ν-сәулелену жиілігі;

h – Планк тұрақтысы;

с-жарық жылдамдығы;

λ – сәулеленудің толқын ұзындығы.
Қозған атомдағы белгілі бір энергетикалық көшуге сәйкес келуші қандай да бір толықын ұзындығының сәулеленуі, спектрлік сызық деп аталады. Атомдардың әртүрлі жоғарғы энергетикалық деңгейлерден бір төменгі энергетикалық деңгейге көшуі спетрлік сызықтар сериясының пайда болуына әкеледі. Атомның біріуінен екіншісіне көшуге сәйкес келетін спектрлік сызықтың толқын ұзындығы (7) теңдеуімен анықталады. Әрбір сызық оның жоғарғы деңгейінің энергиясына тең белгілі қозу потенциялына ие. Әрбір элементтің атомы арнайы энергетикалық деңгейлер жүйесіне ие болғандықтан, олар берілген элементке сипатты спектрлік сызықтарды сәулелендіруге шығарады. Спектрдің оптикалық аймақтарына инфрақызыл, көрінетін және инфракүлгін кіреді.

Эмиссионды спектрлік талдау әдісі. Тіркеу және спектрлік сызықтарының интенсивтілігін өлшеу әдісіне байланысты эмиссионды спектрлік талдаудың визуал, фотографиялық және фотоэлектрлік әдістері бар.

Визуалды әдістер визуалды тіркеуге, талдалынатын үлгінің спектрлік сызығының фотометриясына негізделген және жарық сәулеленуінің қабылдауышы қызметін атқаратын көз қасиеттерінен тәуелді көбінесе қарапайым әдіс болып табылады. Визуалды әдістерді 400-700 нм толқын ұзындығы аумағындағы спектрлерді зерттеуде ғана қолдануға болады. Визуалды әдістер стилоскопиялық және стилометриялық болып бөлінеді.



Фотографиялық әдістер спектрлерді фотографиялық тіркеуге негізделген. Графикалық әдіспен спектрді тіркеуші құралдары (аспаптары) спектрографтар деп аталады. Спектрографтардың жұмыс істеу аймағы ~1000 нм толқын ұзындығымен шектеледі, себебі фотографиялық тіркеу әдісін көрінетін және ультракүлгін облыстарда қолдануға болады. Спектрлік сызықтардың интенсивтілігін фотопленкада немесе пленкадағы кескіннің қараюы дәрежесіне байланысты микрофотометр көмегімен өлшейді.

Фотоэлектрлік әдіс талданатын үлгі спектрінің фотометрия және фотоэлектрлік тіркеуіне негізделген. Аналитикалық анықталатын элементтің спектрлік сызығының жарықтық ағыны оны монохромат немесе полихроматпен (квантометрмен) қалған басқа спектрлерден бөлу оны электрлік сигналға түрлендіреді және осы сигнал шамасы бойынша сызықтың интенсивтілігін өлшейді. Жарық ағынын электрлік сигналға түрлендіру электрлік жарық қабылдауыштары көмегімен жүзеге асырылады (вакуумдық фотоэлементтерді немесе фотоэлектрлік көбейткіштерді).



Атомды-абсорбционды талдау анықталатын элементтің еркін атомдарының әрбір элементінің толқын ұзындығы үшін сипаттамалы резонанстық сәулеленуін жинақтапжұтуы қабілетіне негізделген. Талданатын үлгіні қарапайым қабілетті ерітіндіге көшіреді. Жұтылуды байқау үшін талдалынатын ерітіндігіні шам жалынына аэрозоль түрінде үрлейді, онда молекулалардың термиялық диссоциациясы жүреді. Осы кезде пайда болған көптеген атомдар қозбаған қалыпты күйде болады. Олар сыртқы стандартты сәулелену көзінен шам жалыны арқылы өтетін өздік сәулеленуді жұту қабілетіне ие. Мысалы, анықталатын элемент металынан жасалған катодқа толы шамдар. Осының нәтижесінде атомның оптикалық электроны энергетикалқ деңгейі жоғарғысына өтеді, ал жалын арқылы өтетін сәулелену әлсірейді. Талдау кезінде жалыннан қарсылықсыз және талданылатын ерітіндіні оған себуден кейін өткен жарық сәулеленуінің жұтылуын өлшейді.

Мұнда әдетте D оптикалық тығыздықты қолданады, ол келесі қатынасты өткізумен байланысты:
(8)
мұндағы, k – жұтылатын заттың сәуле табиғатына және сәулелену толқын ұзындығына тәуелді бір атомға келетін сәуленің жұтылу коэффициенті;

l – атомның жұтушы қабатының қалыңдығы;

C – жұтушыылатын атомның концентрациясы;

T – өткізу немесе мөлдірлік;

I – атомның жұтушы қабаты арқылы өткен сәулелену

интенсивтілігі;

I0 – түсетін резонанстық сәулелену интенсивтілігі.
D және T шамалары заттың табиғатынан оның ерітіндіні концентрациясы мен таңдалған сәулелену толқын ұзындығынан тәуелді әртүрлі заттардың құрамын жұтылу спектрлі бойынша анықтау үшін бірінші немесе екінші сәулелік сұлба бойынша жұмыс істейтін спектрофотометрлер құрастырылған.

Атомды – флуоресцентті талдау үлгіні атомизаторда буландырады. (жалынды, графитті трубкада, жоғары жиілікті және орташа жиілікті разряд плазмасында). Үлгінің атомды буын, зерттелінетін элементті резонанстық сәулеленумен сәулелендіру, оның флуоресценциясын тіркейді.


жүктеу 421 Kb.

Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18




©g.engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет
рсетілетін қызмет
халықаралық қаржы
Астана халықаралық
қызмет регламенті
бекіту туралы
туралы ережені
орталығы туралы
субсидиялау мемлекеттік
кеңес туралы
ніндегі кеңес
орталығын басқару
қаржы орталығын
қаржы орталығы
құрамын бекіту
неркәсіптік кешен
міндетті құпия
болуына ерікті
тексерілу мемлекеттік
медициналық тексерілу
құпия медициналық
ерікті анонимді
Бастауыш тәлім
қатысуға жолдамалар
қызметшілері арасындағы
академиялық демалыс
алушыларға академиялық
білім алушыларға
ұйымдарында білім
туралы хабарландыру
конкурс туралы
мемлекеттік қызметшілері
мемлекеттік әкімшілік
органдардың мемлекеттік
мемлекеттік органдардың
барлық мемлекеттік
арналған барлық
орналасуға арналған
лауазымына орналасуға
әкімшілік лауазымына
инфекцияның болуына
жәрдемдесудің белсенді
шараларына қатысуға
саласындағы дайындаушы
ленген қосылған
шегінде бюджетке
салығы шегінде
есептелген қосылған
ұйымдарға есептелген
дайындаушы ұйымдарға
кешен саласындағы
сомасын субсидиялау