ANÁLISIS CUALITATIVO POR DIFRACCIÓN DE RAYOS X (DRX)

Fuente: @cuarzo05 (2018)

Reciban un cordial saludo amigos de la comunidad #steemit y miembros de #stem-espanol y #steemstem. En un post previo les he mostrado de manera esquemática los diferentes pasos que se deben seguir para realizar la caracterización estructural por DRX (ver diagrama esquemático que se presenta en el post https://steemit.com/stem-espanol/@cuarzo05/caractrizacion-estructural-por-difraccion-de-rayos-x-drx-de-una-solucion-solida-sustitucional-del-material-semiconductor-fe2)

Uno de los pasos contemplados en el diagrama esquemático es el análisis cualitativo por DRX. En tal sentido, en este post les quiero hablar acerca de cómo realizaban en análisis cualitativo cuando no se contaba con los programas especializados que tienen compiladas bases de datos para realizar el análisis cualitativo por búsqueda y comparación.

De manera previa las muestras que van a ser caracterizadas cualitativamente por DRX deben ser medidas en un difractómetro de rayos X de muestras policristalinas. En la imagen que se presenta a continuación podrán observar un difractómetro de rayos X modelo D8 marca Bruker. De igual manera, en la imagen se enseñan las partes principales del goniómetro, que en este caso está ubicado de manera vertical.

Fuente:@cuarzo05 (2018)

Para poderles explicar el uso de uno de los tantos programas de análisis cualitativo por DRX, les debo comentar que las muestras policristalinas presentan patrones de difracción característicos, es decir cada uno presenta una huella dactilar específica, este principio o característica fue tenido en cuenta por los primeros compiladores de las bases de datos de patrones de difracción. En cierta forma, los programas para análisis cualitativo usan como fuente para la búsqueda y comparación una base de datos de patrones de difracción.

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Pero como les demuestro que lo que les asevero es cierto. Pues, se tomaron las dos muestras y se mezclaron y se sometieron a agitación por especio de 30 minutos con el fin de homogenizarlas. Luego se realizó la toma de datos por DRX, obteniéndose el siguiente patrón de difracción:

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Por ahora suspendamos por un instante el tema del análisis cualitativo por DRX, ya que debo explicar que información podemos obtener de un patrón de difracción de rayos X

Fuente:@cuarzo05 (2018)

Un patrón de difracción de rayos X es la representación gráfica de datos de intensidad versus valores de 2 Theta o distancia interespacial (d). La información que se puede extraer de este patrón es la siguiente: 1. La posición de los picos, que se puede expresar de manera general en valores de 2 Theta o de d, nos da información de los planos cristalográfico (hkl), y cuáles de ellos difractan. 2. La intensidad de los picos denota la cantidad de átomos y el tipo de átomos de que está conformada la muestra, por esta razón es que se observan picos con mayor intensidad que otros y por eso el detalle de tener mucho cuidado al montar la muestras para ser medidas, porque si no se montan completamente al azar se producirán orientaciones preferidas que van a afectar un análisis cuantitativo o para resolver la estructura y 3. La forma del pico, cuando la muestra es completamente cristalina los picos son cerrados, esto indica que el hábito cristalino es homogéneo, por el contrario, si no hay homogeneidad en el hábito cristalino se observaran picos anchos, por lo general, se debe asegurar que estas interferencias sean solamente de la muestra y no debidas a errores instrumentales o a aberraciones ópticas.

Como ya les he comentado, los programas de análisis cualitativo por difracción de rayos X tienen compilada una base de datos de difracción de polvo. Los orígenes de esta base se remontan a la década de los años treinta del siglo pasado, cuando Hanawalt y Rinn empezaron a formar una colección de datos de polvo para formar una biblioteca. El trabajo inicial de Hanawalt y Rinn, fue continuado por la American Society for Testing and Matirials (ASTM, por sus siglas en ingles). Después, el trabajo de compilación fue asumido por el Centro Internacional de Datos de Difracción (International Centre for Diffraction, ICDD por sus siglas en ingles)

Fuente:@cuarzo05 (2018)

El trabajo de la ICDD consiste en recopilar, editar, publicar y distribuir bases de datos de difracción bajo la marca PDF-2, que son comercializadas e incorporadas por las diferentes casas matrices que diseñan difractómetros (Bruker, Rigaku, entre otros).

En términos el Método Hanawalt, consiste en que él realizo una clasificación de los patrones de difracción por los tres valores de los espaciados interplanares o valores de d más intensos, denominándolos como d1, d2 y d3 dependiendo el grado de intensidad, d1 para la línea más intensa (100 %), d2 para la segunda línea más intensa y d3 para la tercera línea o pico de difracción más intenso. Por ejemplo, en la imagen que se presenta a continuación se puede observar que la línea de mayor intensidad tiene un valor de d1 igual a 3.25 Armstrong (100 %), le sigue d2 de un valor de 1.69 Armstrong (60 %) y por último d3 de 2.49 Armstrong (50 %)

Fuente:@cuarzo05 (2018)

En términos generales una ficha PDF (Powder Diffraction File, por sus siglas en ingles), que hacen parte de los ficheros, que son libros de tamaño de biblias (cuando no se posee una base electrónica hay que recurrir a ellos), se muestra en la siguiente imagen

Fuente:@cuarzo05 (2018)

En la parte superior izquierda de la PDF se puede ver el número de serie asignado a la muestra reportada a l ICDD, al lado derecho de la ficha se pueden observar los valores de d ordenados por valor de intensidad (desde el de 100 %). De igual manera, en la parte izquierda de la PDF, se pueden observar una serie de datos cristalográficos.

Ahora regresando para el caso de nuestro ejemplo. Como se mencionó al principio de este post las dos muestras que se utilizaron fuero SRM 640a y SRM 674, las dos muestras presentan los siguientes valores de espaciado interplanar o d.

Fuente:@cuarzo05 (2018)

Al realizar una búsqueda en los ficheros de las tarjetas de PDF siguiendo el método de Hanawalt, se pudo encontrar que las muestras corresponden a Calcita y Rutilo. En cierta forma los programas para el análisis cualitativo por DRX se basan en el Método de Hanawalt. Se hace necesario aprender del principio o la filosofía con la que funcionan los programas.

REFERENCIAS

PDF-2. International centre for diffraction data. Newton square corporate campus, 12 Campus boulevard, Newton square, Pensylvania 19073-3273, USA.

CRYSTALLOGRAPHICA Search-Match. Versión 2, 0, 3, 1. Copyright (1986-1999) Oxford Cryosystems.

Muchas gracias de antemano miembros de la comunidad #stem-espanol y #steemstem por la atención que puedan prestar a este post, espero que sea del agrado de todos ustedes.

Me despido muy cordialmente @cuarzo05.