Bai ging x ray PGS nguyn th minh hin

PETROCHEMICAL AND CATALYSIS MATERIALS LABORATORY VẬT LIỆU • Phân loại theo tính chất: ➢ Kim loại ➢ Vật liệu vô cơ – ceramic ➢ Vật liệu hữu cơ – polime Ngoài ra còn có vật liệu composit

Trang 2

PETROCHEMICAL AND CATALYSIS MATERIALS LABORATORY

VẬT LIỆU

• Phân loại theo tính chất:

➢ Kim loại

➢ Vật liệu vô cơ – ceramic

➢ Vật liệu hữu cơ – polime

Ngoài ra còn có vật liệu composit và vật liệu điện tử

• Phân loại theo cấu trúc:

➢ Vật liệu Vô định hình

➢ Vật liệu Tinh thể

➢ Vật liệu có cấu trúc xốp (vật liệu hấp phụ, xúc tác)

Trang 3

VẬT LIỆU

KIM LOẠI

COMPOZIT

Trang 4

h

Trang 5

CẤU TRÚC PHÂN TỬ

Các mức năng lượng của nguyên tử Hydro (mô hình Bohr)

Trang 6

Sơ đồ mức năng lượng của nguyên tử Hydro

(tính theo phương trình Schrodinger )

Trạng thái cơ bản

Dãy Balmer

Dãy Paschen

Dãy Lyman

Trang 7

Tính toán các mức năng lượng của hydro theo Schrodinger

Trang 8

Trang 9

Da cam (590-625 nm)

Đỏ (625-740 nm)

Trang 10

a Không tương tác Thế năng bằng 0

c Thế năng nhỏ nhất Tạo thành phân tử Hydro

b Thế năng giảm Các nguyên tử tiến lại gần nhau

Trang 11

Hydro

Hydro & Heli

Trang 12

Trang 13

CẤU TRÚC TINH THỂ

Chỉ số Miller trong mạng lập phương

Trang 14

Trang 15

-Tâm mặt

-Tâm mặt - -Tâm đáy

Sáu phương a = b ≠ c;  =  = 90 O ,  = 120 O Đơn giản

Trang 16

14 kiểu mạng Bravais

Trang 17

1 Hệ tinh thể lập phương (cubic)

Lập phương đơn giản

Lập phương tâm mặt

Lập phương tâm khối

NaCl, KCl, Phèn, Kim cương

Trang 18

2 Hệ tinh thể bốn phương (tetragonal)

Zircon, NiSO 4 7H 2 O

Trang 19

Trực thoi

đơn giản

Trực thoi tâm khối

Trực thoi tâm đáy

Trực thoi tâm mặt

3 Hệ tinh thể trực thoi (orthorhombic)

KMnO 4 , AgNO 3 , -Sulphur, Iodine

Trang 20

4 Hệ tinh thể ba phương (trigonal)

NaNO 3 , Rubi, Saphia

Trang 21

5 Hệ tinh thể sáu phương (hexagonal)

AgI, Graphite, Nước đá, KNO 3

Trang 22

6.Hệ tinh thể một nghiêng (monoclinic)

Một nghiêng tâm đáy Một nghiêng đơn giản

KClO 4 , -Sulphur, Oxalic axit

Trang 23

7.Hệ tinh thể ba nghiêng (triclinic)

K 2 Cr 2 O 7 , CuSO 4 5H 2 O

Trang 24

Ví dụ

Sucrose (monoclinic) CuSO4 (triclinic) Calcite (trigonal)

(NH4)2SO4 (orthorhombic) Na2S2O7 (monoclinic) NaClO4 (regular)

Trang 25

CẤU TRÚC MAO QUẢN

Mao quản trụ

Foster-Butt

Mao quản có một đầu cụt Ngoằn ngoèo

Trụ có tiết diện thay đổi

Mô hình khúc khuỷu

Các mô hình

Trang 26

Dạng Khe

Hình có tiết diện tròn thay đổi

Khoảng giữa các hạt cầu

Hình trụ kín một đầu

Các mô hình

Hình trụ thông 2 đầu

Trang 27

Hình nêm

Hình cổ chai

Các mô hình

Trang 28

Mô hình mao quản 2 chiều

Trang 29

Mô hình mao quản 3 chiều

Một đoạn mao quản:

a- Kích thước thay đổi b,c - Nhánh 2 và 3 mao quản d- Nhánh mao quản kín một đầu

d

a

Trang 30

MQ bát diện trong khối sáu phương, N=12

MQ tứ diện trong

khối sáu phương

N=12

MQ tứ diện trong khối LPTK, N=8

MQ lập phương trong khối LPĐG, N=6

Trang 31

ZSM-5 Mordenite

Trang 32

Pore diameter 7.4 Å Pore diameter 4.2 Å

Molecular sieve - zeolites

Trang 33

Các phương pháp phân tích nguyên tố

• ICP (inductive coupled plasma)

– Định lượng kim loại trong hợp kim, trong đất, trong thực phẩm

– Phá mẫu thành dạng dung dịch lỏng, cho bay hơi, có thể bay hơi ở nhiệt độ thấp (kỹ thuật lạnh), có thể

phân tích các kim loại Hg, As, Sb

Các PTN có thiết bị:

– Viện xạ hiếm

– Viện KH hình sự

– Trung tâm phân tích địa chất

– Viện CN môi trường ĐHBK HN

Trang 34

• AAS (atomic absorption spectroscopy):

– Định lượng tới hàm lượng ppm, ppb

– Yêu cầu phá mẫu thành dạng dung dịch lỏng, cho bay hơi, có dung môi thích hợp

– Cần có đèn tương ứng với mẫu phân tích

– Không phân tích các kim loại độc như As, Sb, Hg

– Trung tâm đo lường khu vực I

– Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga

– PTN Hoá Dầu ĐHBK HN

Trang 35

• EDX hoặc EDS (energy dispersive X-ray

Trang 36

• OES (optical electron spectrophotometer):

– Yêu cầu mẫu phải có tính dẫn điện

– Các hợp kim chủ yếu là Fe (gang, thép), Al (dura), Ni (Ni-Cr)

– Trung tâm đo lường khu vực I

Trang 37

• XRF (X ray fluorescence spectroscopy):

– Phân tích định lượng cả kim loại và phi kim từ F đến Uran trừ He, kể cả Cl, S, P

– Phân tích nguyên tố đồng thời với sự có mặt của các nguyên tố khác → để định lượng cần có chất chuẩn tương tự

– Độ chính xác vài chục ppm

– Viện khoáng sản

Trang 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Phạm Ngọc Nguyên Kỹ thuật phân tích vật lý Nhà xuất

bản KH&KT, Hà Nội 2005.

2 Vật liệu học Chủ biên Lê Công Dưỡng Nhà xuất bản

KH&KT, Hà Nội 1997.

3 J.W.Mullin Crystallyzation Buterworth Heinmann - Reed

Educational and Professional Publishing Ltd 2001.

4 Ralph T Yang Adsorbents - fundamentals and

applications Published by John Wiley & Sons, Inc.,

Hoboken, New Jersey 2003

5 Paul A Webb, Clyde Orr Analytical Methodes in Fine

Particle Technology Micromeritics Instrument Corporation, Norcross, GA USA

Trang 39

MỞ ĐẦU

➢ Giới thiệu về tia X

➢ Phương pháp nhiễu xạ tia X

➢ Phương trình Bragg

➢ Phương pháp tính toán

Trang 40

Sơ lược về lịch sử tìm ra tia X

• William Rontgen đã tìm ra tia X

vào năm 1895 và xác định được chúng có các tính chất sau đây:

• Cuộc tranh luận về bản chất sóng

và hạt của tia X đã dẫn tới sự

phát triển của Thuyết tương đối

Trang 41

Kết quả nghiên cứu của Von Laue

đã công bố năm 1912

Khám phá hiện tượng nhiễu xạ

• Max von Laue chứng minh bằng lý

thuyết rằng nếu tia X có tính chất sóng thì bước sóng phải rất nhỏ (vào khoảng 10 -10 met)

• Nếu quả thực là như vậy thì sử

dụng tia X có thể “nhìn thấy” cấu trúc tuần hoàn của các vật liệu có cấu trúc tinh thể

• Thí nghiệm của Von Laue sử dụng

nguồn tia X chiếu vào hộp bằng chì có mẫu tinh thể, bên cạnh hộp

có đặt kính ảnh

Hình ảnh tạo ra bởi tia X cho thấy:

Các ô mạng tinh thể đã tạo thành hình

ảnh các chấm xắp xếp tuần hoàn khi

chiếu tia X qua tinh thể

1 Đã chứng tỏ tia X có tính chất sóng

2 Đã chứng minh được rằng tia X có

thể nhiễu xạ trên các vật liệu tinh thể

Trang 42

Sự phát triển của Bragg về nhiễu xạ

• Lawrence Bragg và cha của ông W.H Bragg

đã phát hiện rằng nhiễu xạ cũng có thể được

tính toán tương tự như phản xạ từ bề mặt

phẳng nếu sử dụng tia X đơn sắc

• Định luật Bragg: n = 2dsin

trong đó n là số nguyên

 là bước sóng của tia X

d là khoảng cách giữa hai mặt phản xạ

 là góc nhiễu xạ

• Định luật Bragg là cơ sở của phương pháp

nhiễu xạ tia X trên vật liệu bột

W.H.Bragg

W.L.Bragg

Trang 43

Phương trình Bragg

Trong đó: n - là số nguyên

 - là bước sóng của tia X

d - là khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song

 - là góc quét 2 - là góc nhiễu xạ

Phương trình Bragg là:

Đẳng thức cơ bản Đúng với trường hợp chùm tia X đơn sắc

Sử dụng trong tính toán phân tich XRD

Trang 44

Phương pháp phân tích bằng tia X

✓ Chụp ảnh vật thể trên cơ sở quan hệ giữa tỷ trọng của vật và mức độ hấp thụ X-ray Ứng dụng trong y học và công nghiệp

✓ XRF dựa trên đặc trưng bức xạ thứ cấp của nguồn tia Rơnghen có năng lượng cao chiếu vào vật và

được sử dụng để phân tích định lượng

✓ XRD Phân tích cấu trúc tinh thể.

Tia X có 3 ứng dụng chính:

Trang 45

➢ Nhận biết pha tinh thể của các vật liệu: khoáng, đá, các hợp chất hoá học,…

➢ Xác định cấu trúc tinh thể của các vật liệu đã được nhận biết.

➢ Các phương pháp nhận biết và phân tích cấu trúc của khoáng sét và zeolit

➢ Phát hiện sự có mặt của vật liệu vô định hình trong hỗn hợp tinh thể

Các phương pháp phân tích

Ứng dụng phương pháp XRD

Trang 46

Trang 47

Trang 48

Phổ sóng điện từ

•Tia X tạo bởi tương tác giữa chùm tia điện tử với các điện tử trong lớp vỏ nguyên tử

•Tia  được sinh ra bởi sự thay đổi bên trong hạt nhân nguyên tử

Trang 49

Phương pháp XRD

❖ Phân tích pha tinh thể định tính EVA, WINPROFILE

❖ Xác định kích thước tinh thể WINCRYSIZE,

WINMETRIC

❖ Xác định chỉ số mạng WININDEX

❖ Tính toán, mô phỏng cấu trúc tinh thể WINRIETVELD

Các phương pháp tính toán

Trang 50

• Phân tích pha tinh thể định tính: sử dụng phần mềm EVA (Evaluation):

– Trừ nền

– Tìm đỉnh (so sánh với patent chuẩn)

– Chức năng đồ hoạ 3 chiều

– Tạo file pdf

– Làm trơn đường nền

– Thư viện chuẩn với 150.000 chất

Trang 51

• Phần mềm Wincrysize, Winmetric:

– Tính toán kích thước tinh thể, phân bố hạt

– Tính toán cấu trúc tinh thể

– Tính toán vi biến dạng của tinh thể

• Phần mềm Winindex:

– Tìm cấu trúc có thể tương ứng với file dữ liệu

– Sử dụng với mẫu đơn pha

– Tính toán các hằng số mạng

– Tính toán kích thước ô mạng

• Phần mềm Winprofile

• Phần mềm tính toán Rietveld

Trang 52

Cấu hình cơ bản của XRD

Trang 53

Trang 54

XRD D8 Advance Bruker (Đức) tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ Lọc Hóa Dầu và Vật liệu Xúc tác Đại học Bách khoa Hà Nội

Trang 55

Trang 56

D8 Advance – Bruker

Trang 57

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Trang 58

Trang 59

Trang 60

Nguồn phát tia X

Phương pháp Nhiễu xạ tia X

nghiên cứu vật liệu bột

Trang 61

Nguồn phát tia X cho nhiễu xạ

Trang 62

Ống phát tia X

Anot được làm bằng kim loại tinh khiết:

Cu, Co, Mo, Fe and Cr thường được sử dụng phổ biến Tại PTN Hoá Dầu có 4

trong số 5 loại ống phát nói trên trong đó ống Cu là thông dụng nhất

Ống phát được làm mát bằng nước và được đặt trong vỏ bảo vệ bằng nhôm.

Trang 63

Bước sóng đặc trưng (đo bằng Å) của các ống phát tia X với các anot kim loại khác nhau

Trang 64

Ống phát tia X

Trang 65

Sơ đồ nguyên lý ống phát tia X

20-50kV

Trang 66

Anode và các cửa sổ

Trang 67

Lọc tia K

Trang 68

Lọc tia K

Trang 69

Lọc tia K

Trang 70

Lọc tia K

Trang 71

ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC VẬT LIỆU LÀM ANOD

Mo 42 0,710 20,00 80

Bước sóng ngắn rất phù hợp với ô mạng cơ sở nhỏ, đặc biệt là hợp kim (Độ phân giải kém với d lớn; điện áp tối ưu vượt quá khả năng của hầu hết các biến thế cao áp)

Trang 72

Bức xạ tia X

Tia X có tính chất sóng

và hạt, có cả bước sóng () và năng lượng

(E)

Trong các biểu thức:

– E năng lượng của electron

biểu diễn bằng KeV

– h hằng số Planck (4.135 x

10 -15 eVs)

– c tốc độ ánh sáng (3 x 10 18

Å/s) –  bước sóng, Å

(1) (2) (3), biểu diễn quan hệ giữa bước sóng và năng lượng

12

=

E

Trang 73

Phổ tia X liên tục

V V



Trang 75

Phổ K của anod Cu

Chú ý: Năng lượng của chuyển dịch K lớn

hơn chuyển dich K, nhưng vì chúng có

tần số nhỏ hơn, cường độ thấp hơn

Nhảy từ L tới K : – K 1

(8.045 keV, 1.5406Å) – K 2

(8.025 keV, 1.5444Å)

Từ M tới K – K 1 K 3 (8.903 keV, 1.3922Å) – K  5

Trang 76

Đặc trưng phổ chùm tia X

Trang 77

Tạo tia X đơn sắc

Tia X ra khỏi ống phát là chùm tia với các bước sóng liên tục, được đặc trưng bằng

Có một vài phương pháp được sử dụng để

có thể biến đổi thành chùm tia đơn sắc sử dụng trong phân tích nhiễu xạ:

Trang 78

Bộ lọc tia  tương ứng với các anod

Anod K (Å) Lọc  Chiều dày (m)

Mật độ (g/cc) % K % K

Trang 79

Gương Göbel

Trang 80

Data of the standard Göbel

Mirrors:

(for 40 µm line focus tubes)

(Cu tube 40 kV 40 mA)

Figure errors of the optic:

Trang 81

HẤP PHỤ

Hấp phụ hóa học

Hấp phụ vật lý

ASAP 2010 AutoChem II 2920

Trang 82

Hấp phụ & Hấp thụ

Trang 83

Trang 84

Đường kính và hình dáng mao quản

• Phân loại mao quản

Trang 85

Kích thước mao quản và kiểu khuyếch tán

Khuyếch tán trên bề mặt Dịch chuyển trên bề mặt

Knudsen diffusion

Surface migration

Trang 86

Kích thước mao quản và kỹ thuật đo

1 10 100 1000 10000

Đường kính mao quản (nm)

2 50 Ngưng tụ N2 trong mao quản

Nén thủy ngân (Hg porosimetry)

Trang 87

Trang 88

Trang 89

Trang 90

Trang 91

Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (Loại I)

Giả thiết:

• Bề mặt đồng nhất

(tất cả các tâm hấp phụ như nhau về mặt năng lượng)

• Hấp phụ đơn lớp (không có hấp phụ đa lớp)

• Không có tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ

p K

p

K n

Trang 92

Đẳng nhiệt hấp phụ Loại II và IV

Hấp phụ đa lớp (bắt đầu tại B) Mao quản rỗng

Tương tự II ở giá trị p thấp Ngưng tụ mao quản ở giá trị p cao

Trang 93

Đẳng nhiệt hấp phụ Loại III và V

Tương tự như III ở giá trị p thấp Ngưng tụ mao quản ở giá trị p cao

Định dạng
Số trang	266
Dung lượng	8,46 MB