Kiểm tra chất lượng vật liệu phương pháp nhiễu xạ tia x (XRD)

KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG vật LIỆU PHƯƠNG PHÁP NHIỄU xạ TIA x (XRD) 1 Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Nhiễu xạ X-ray (XRD) là một kỹ thuật phân tích không phá hủy Tương tác của chúng với vật chất ở đây làm phát sinh tia X theo hai cơ chế chính: Bức xạ hãm các hạt tích điện, phát ra photon có dải năng lượng từ tia gamma đến tia X. Các photon của tia gamma và tia X năng lượng cao tán xạ theo hiệu ứng Compton tạo ra tia X thứ cấp. Định luật Vulf-Bragg được đưa ra năm 1915 thể hiện mối quan hệ giữa bước sóng tia X và khoảng cách giữa các mặt phẳng nguyên tử. Định luật Bragg giả thiết rằng mỗi mặt phẳng nguyên tử phản xạ sóng tới độc lập như phản xạ gương.

KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG VẬT LIỆU

PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA

X (XRD)

GVHD: TS.Nguyễn Học ThắngNhóm: 9

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

☺ Lê Thị Cẫm Tiên - 2004160182

☺ Phùng Thị Hồng Nhung - 2004160324

☺ Lê Thị Y Thoa - 200416062

TÊN THÀNH VIÊN

NỘI DUNG TIA X

NHIỄU XẠ TIA X

THIẾT BỊ

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH

W.H.Bragg và W.L.Bragg:

Nhận giải Nobel năm 1915 cho sự đóng góp trong

việc phân tích cấu trúc tinh thể bằng tia X

• Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm

tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ

• Nhiễu xạ X-ray (XRD) là một kỹ thuật

phân tích không phá hủy

ĐỊNH NGHĨA

• Không nhìn thấy

• Truyền thẳng trong không gian tự do

• Phản xạ bị che chắn bởi môi trường

• Hấp thụ → bị suy giảm bởi cường độ môi trường

• Truyền qua có tính ‘thấu quang’ với nhiều môi trường

không trong suốt

• Khúc xạ bởi chiết xuất của môi trường vật chất

• Phản ứng quang hóa tác dụng lên phim ảnh

TÍNH CHẤT TIA X

CƠ CHẾ TẠO TIA X

Tương tác của chúng với vật chất ở đây

làm phát sinh tia X theo hai cơ chế chính:

• Bức xạ hãm các hạt tích điện, phát ra

photon có dải năng lượng từ tia gamma đến tia X

• Các photon của tia gamma và tia X

năng lượng cao tán xạ theo hiệu ứng

Compton tạo ra tia X thứ cấp.

Tự nhiên

Nguồn điện

Nước vào

CƠ CHẾ TẠO TIA X

Nhân tạo

• Sử dụng trong Y tế:

- Chẩn đoán cấu trúc xương

- Chẩn đoán và điều trị nhiều bệnh tật một cách

nhanh chóng

• Phục vụ kiểm tra an ninh tại cửa khẩu:

- Xác định đồ vật bên trong hành lý gói kín hay

trong quần áo trên thân người

- Quét dò kim loại, thu được thông tin tin cậy hơn

về đối tượng được quét

ỨNG DỤNG

• Hóa phân tích dùng tia X: phân tích thành

phần hóa học của vật rắn

• Thiên văn học tia X: Thiên văn học tia X

nghiên cứu các vật thể vũ trụ ở các bước sóng tia X

NHIỄU XẠ TIA X

ĐỊNH LUẬT BRAGG ĐỊNH LUẬT BRAGG

CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ

CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ

Định luật Vulf-Bragg được đưa ra năm

1915 thể hiện mối quan hệ giữa bước

sóng tia X và khoảng cách giữa các mặt phẳng nguyên tử

Định luật Bragg giả thiết rằng mỗi mặt phẳng nguyên tử phản xạ sóng tới độc

lập như phản xạ gương

ĐỊNH LUẬT BRAGG

• Điều kiện để nhiễu xạ

Phương trình trên chính là định luật Bragg biểu thị mối quan hệ đơn giản giữa góc của các tia

nhiễu xạ với bước sóng tia x và khoảng cách giữa các mặt phẳng nguyên tử  

ĐỊNH LUẬT BRAGG

• Trong hầu hết các trường hợp, bậc

ĐỊNH LUẬT BRAGG

• Định luật Bragg là điều kiện cần

nhưng chưa đủ cho nhiễu xạ tia X,

vì nhiễu xạ chỉ có thể chắc chắn xảy ra với các ô đơn vị có các

nguyên tử ở ô góc mạng

1.Phương pháp Laue2.Phương pháp quay đơn tinh thể

3.Phương pháp nhiễu xạ bột

CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ

PHƯƠNG PHÁP LAUE

Là phương pháp chiếu chùm tia X đa sắc (λ

thay đổi) lên đơn tinh thể đứng yên, tia

nhiễu xạ được ghi nhận bởi các vết nhiễu xạ

một loạt các vết đặc trưng cho tính đối xứng của tinh thể

CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ

Là chiếu chùm tia X đơn sắc (λ không đổi) lên đơn tinh thể quay (θ thay đổi) quanh một

phương tinh thể nào đó..

- Phim được đặt vào mặt trong của buồng hình trụ

cố định

- Mẫu đơn tinh thể được gắn trên thanh quay đồng trục với buồng

CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ

PHƯƠNG PHÁP QUAY ĐƠN TINH THỂ

PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ BỘT

Sử dụng các mẫu là mẫu đa tinh thể

Sử dụng một chùm tia X song song hẹp, đơn sắc, chiếu vào mẫu.

Quay mẫu và quay đầu thu chùm nhiễu xạ trên đường tròn đồng tâm.

-> phổ nhiễu xạ sẽ là sự phụ thuộc của nhiễu xạ vào 2 lần góc nhiễu xạ (2θ))

CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ

Đối với các mẫu màng mỏng, cách thức thực hiện có một chút khác, người ta chiếu tia X tới dưới góc rất hẹp (để tăng chiều dài tia X tương tác màng mỏng), giữ cố định mẫu và chỉ quay đầu thu.

=> Phương pháp nhiễu xạ bột cho phép xác định thành phần pha, tỷ phần pha, cấu trúc tinh thể (các tham số

mạng tinh thể) và rất dễ thực hiện.

PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ BỘT

CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ

PHÂN TÍCH ZEOLITE 4A BẰNG THIẾT

BỊ NHIỄU XẠ X X’PERT PRO

PHÂN TÍCH ZEOLITE 4A BẰNG THIẾT BỊ NHIỄU XẠ X X’PERT PRO

PHÂN TÍCH ZEOLITE 4A BẰNG THIẾT

BỊ NHIỄU XẠ X X’PERT PRO

• Hệ giác kế (Goniometer) được cơ khí chính xác và điều khiển bởi phần mềm

đo nhiễu xạ X’Pert Collector Data

• Người dùng có thể tùy chọn góc quét, thời gian quét và bước quét (step size) trên máy tính kết nối với hệ máy.

Hệ thống thu nhận chùm tia

nhiễu xạ (Detector) là thiết bị

đếm số photon tia X bị nhiễu

xạ trên mẫu Dectector là một

buồng hình trụ bên trong chứa

hỗn hợp xenon và mêtan, cửa

sổ beryllium của detector có

kích thước 20 mm x 24mm

PHÂN TÍCH ZEOLITE 4A BẰNG THIẾT

BỊ NHIỄU XẠ X X’PERT PRO

Ống phóng tia X

• Công suất tối đa: 2.2 kW

• Điện áp tối đa: 60 kV

• Cường độ dòng tối đa: 60 mA

Máy nhiễu xạ X X’PERT PRO do hãng Panalytical – Hà

Lan sản xuất năm 2005 có các thông số:

PHÂN TÍCH ZEOLITE 4A BẰNG THIẾT

BỊ NHIỄU XẠ X X’PERT PRO

Bộ đo góc

 Dải đo góc 2θ): -40 o đến 220 o 2θ)

 Tốc độ quét: từ 0,0001 đến 1,27 độ/giây Detector

 Khả năng đo: Có khả năng đọc hội tụ vạch Phần mềm:Tích hợp pha nhận dạng với tinh thể học và bán định lượng

PHÂN TÍCH ZEOLITE 4A BẰNG

THIẾT BỊ NHIỄU XẠ X X’PERT PRO

Nhiễu xạ bột

Chuẩn bị mẫu: Các mẫu zeolite được chuẩn bị và tổng hợp bằng phương pháp kết tinh thủy nhiệt Các mẫu bột này cần được nghiền mịn trước khi phân tích Trong quá trình nghiền các pha sẽ được trộn đều trong toàn bộ

mẫu.

PHÂN TÍCH ZEOLITE 4A BẰNG

THIẾT BỊ NHIỄU XẠ X X’PERT PRO

Cho một lớp mỏng mẫu bột đã nghiền và dàn thật đều trên mặt kính làm giá đỡ, sau đó đặt vào hộp để mẫu phân tích trên máy.

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

PHÂN TÍCH ZEOLITE 4A BẰNG THIẾT BỊ NHIỄU XẠ X X’PERT PRO

 Bật hệ thống làm lạnh.

 Bật nguồn cấp cho hệ thiết bị chính.

 Kiểm tra an toàn và tình trạng hoạt động của máy.

 Kiểm tra đèn báo hiệu xuất hiện tia X khởi đầu phía

trên đỉnh của thiết bị, kiểm tra đèn báo rò rỉ bức xạ (Shutter open).

PHÂN TÍCH ZEOLITE 4A BẰNG THIẾT

BỊ NHIỄU XẠ X X’PERT PRO

Trước khi đưa thiết bị vào hoạt động, các bước vận

hành sau phải được tuân thủ chính xác:

PHÂN TÍCH ZEOLITE 4A BẰNG

THIẾT BỊ NHIỄU XẠ X X’PERT PRO

• Khởi động máy tính và phần mềm điều khiển Data

Collector, kết nối thiết bị với máy tính và chương trình điều khiển.

• Chờ 30 phút cho đến khi cao thế đạt 45 kV, dòng đạt

40 mA.Đo đạc có thể được tiến hành.

• Cài đặt các thông số để quét mẫu : điện áp, góc theta, bước quét và thời gian quét.

• Nhấn start để ghi phổ, lưu file dữ liệu phổ, sử dụng phần mềm để

xử lí phổ.

Phổ nhiễu xạ của zeolite 4A - 3

Ưu điểm

– Dễ chuẩn bị mẫu hơn đơn tinh thể và có sự phản xạ từ tất cả các pha hiện diện trong mẫu.

– Không phá hủy mẫu.

– Chỉ cần lượng mẫu ít, phân tích nhanh, quá trình phân tích tương đối dễ thực hiện, độ chính xác cao.

ƯU NHƯỢC ĐIỂM PHƯƠNG PHÁP

Nhược điểm

– Sự đối xứng của tinh thể không thấy được trực tiếp từ ảnh nhiễu xạ.

– Các hỗn hợp đa pha có thể gặp khó khăn.

– Định hướng ưu tiên có thể dẫn đến việc xác

định cường độ của các vạch không chính xác.

– Thiết bị mắc tiền.

ƯU NHƯỢC ĐIỂM PHƯƠNG PHÁP

Xác định được thành phần hóa học và nồng độ các chất có trong mẫu Bởi vì mỗi chất có trong mẫu cho trên ảnh nhiễu xạ một pha đặc trưng (cho một

hệ vạch nhiễu xạ tương ứng trên giản đồ nhiễu xạ) Nếu mẫu gồm nhiều pha (hỗn hợp) nghĩa là gồm nhiều loại ô mạng thì trên giản đồ nhiễu xạ sẽ tồn tại đồng thời nhiều hệ vạch độc lập nhau Phân tích các vạch ta có thể xác định được các pha có trong mẫu, đây là cơ sở để phân tích pha định tính.

Định tính

• Dựa vào cường độ của tia nhiễu xạ (I) phụ thuộc vào

nồng độ của pha tương ứng trong hỗn hợp Nếu đo được cường độ thì có thể xác định được nồng độ pha Các pha chưa biết trong vật liệu có thể xác định được bằng cách so sánh số liệu nhận được từ giản đồ nhiễu

xạ tia X từ thực nghiệm với số liệu chuẩn trong thư viện mẫu chuẩn, từ đó ta tính đựơc tỷ lệ nồng độ các chất trong hỗn hợp.

• Định lượng bằng cách so sánh đường chuẩn

Định lượng