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Difracção de raios-X
XRD, PXRD
http://en.wikipedia.org/wiki/Powder_diffraction
A difracção de raios-X fornece informação sobre características estruturais
de materiais
Idealmente, numa amostra em pó, qualquer possível orientação cristalina é
representada por igual
Natureza dos raios-X
Espectro electromagnético
Frequência (Hz)
Raios gama
Raios-X
Visível
TV
Rádio
Microondas
Iv
Uv
Comprimento de onda (m)
10 – 0,01 nm
uv
iv
Comprimento de onda (nm)
A média das orientações resultante permite obter numa só dimensão a informação
típica obtida através da difracção de cristal único. Quando a radiação difundida é
recolhida num alvo plano, obtêm-se anéis de difracção à volta do eixo do feixe
incidente, em vez de pontos discretos como os observados em difracção de cristais
únicos.
Cones de
Debye-Scherrer
Amostra
O ângulo entre o eixo do feixe incidente e o anel é chamado ângulo de difracção e
representado por 2Θ. De acordo com a lei de Bragg:
nλ = 2 d sen(Θ)
Os dados de difracção de pó são usualmente representados através de um
difractograma em que a intensidade da radiação difractada é representada em
função tanto do ângulo de difracção, 2Θ, ou em função do vector de difracção, d.
Esta última variável tem a vantagem de o difractograma não depender do
comprimento de onda, λ.
Análise rápida e ‘não destrutiva’ de misturas sem grande preparação de
amostras
Identificação de sólidos cristalinos ou suas fases
Metalurgia, mineralogia, ciência forense, arqueologia, física da matéria
condensada e ciências biológica e farmacêutica
A identificação é conseguida por comparação do difractograma com um
padrão conhecido ou com uma base de dados (‘International Centre for
Diffraction Data’s Powder Diffraction File (PDF)’ ou ‘Cambridge
Structural Database (CSD)’ )
Materiais amorfos (líquidos, vidros, etc.), contrariamente a materiais
cristalinos, produzem um sinal de fundo largo.
Muitos polímeros mostram comportamento semi-cristalino. A
difracção de raios-X de pó pode ser usado para determinar a
cristalinidade, por comparação da intensidade integrada do padrão
de fundo com a dos picos.
Câmaras
As câmaras para difracção de raios-X de amostras em pó consistem num
pequeno capilar e ou um detector plano (originalmente um pedaço de filme ,
agora mais detector plano ou uma câmara CCD – câmara de Laue) ou
cilíndrico (originalmente um pedaço de filme, agora mais um detector curvo
sensível a posição – câmara de Debye-Scherrer)
Tubos de raios-X
O tipo de tubo mais usado num difractómetro de raios-X usa um ânodo de
cobre, embora também são populares de cobalto e molibdénio. O
comprimento de onda para cada fonte, em nm, é:
Elemento
Kα
(médio)
Kα2
(forte)
Kα1
(muito forte)
Kβ
(fraco)
Cr
0.229100
0.229361
0.228970
0.208487
Fe
0.193736
0.193998
0.193604
0.175661
Co
0.179026
0.179285
0.178897
0.162079
Cu
0.154184
0.154439
0.154056
0.139222
Mo
0.071073
0.071359
0.070930
0.063229
A combinação de certos comprimentos de onda e certos elementos
pode levar a forte fluorescência, que fortalece o fundo num
difractograma. Um exemplo forte é o da presença de ferro numa
amostra, quando é usada radiação provinda de cobre. Em geral,
devem ser evitados elementos mesmo abaixo do elemento do ânodo
na tabela periódica.
A intensidade dos geradores tradicionais é relativamente baixa. As
fontes de sincrotão muda completamente este panorama – mais larga
escolha de comprimentos de onda e maior brilho.
Amostras
mamostras ≤ 0.5 mg
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Radiografia
Técnica não destrutiva de fotografia, usando raios-X para ‘ver’ objectos invisíveis
ou de difícil observação
Fontes
A radiação é produzida em tubos de raios-X, equipamento de raios-X de
alta energia ou por elementos radioactivos naturais, tais como rádio e
rádon, e isótopos radioactivos produzidos artificialmente como cobalto-60 e
irídio-192
Detectores
Filmes fotográficos, cintiladores e conjuntos de díodos de semicondutores
Aplicações
Objectos de bronze (vasos rituais antigos, espelhos e armas, etc.), ferros
(vasos, etc.), barro e cerâmica, etc..
Os raios-X podem revelar muito sobre o processo de produção artística
e frequentemente alterações de composição.
Os raios-X penetram as camadas de pintura e suportes em vários graus,
dependendo da massa atómica do material analisado. Os materiais de
baixa massa atómica permitem que os raios-X os atravessem facilmente
e os de alta massa atómica bloqueiam-nos. Por exemplo, tinta de
branco de chumbo é altamente opaca a raios-X, enquanto tintas
baseadas em carbono, incluindo alguns pretos, são mais transparentes.
A espessura do material também determina o grau de opacidade.
Espelho de bronze da dinastia Han
Bule de bronze para vinho de mesa, proveniente a Zhou ocidental
e pertencente ao museu de Fufeng
Estrutura de junção entre o animal e o corpo (esquerda) e tampa (direita)
‘O velho guitarrista’ de Picasso
Luz visível
Radiografia
Jovem Mãe com criança ajoelhada ao seu lado
Mulher mais velha com cabeça inclinada
Infravermelho
Ultravioleta (pormenor)
O verniz aparece verde
amarelado, sugerindo ser
um verniz resinoso natural