Rentgenová fázová analýza
Metoda rentgenové práškové difrakce (mineralogická analýza, prášková difrakce) je určena především na měření pevných vzorků (speciální oblastí je možnost studia transformací z pevné do kapalné fáze za vysokých teplot) a je schopna stanovit, zda je vzorek amorfní či krystalický. V případě krystalických vzorků je schopna stanovit přítomnost krystalických fází porovnáním naměřených dat (difraktogramy, powder patterns) s databází PDF-4+ (Powder diffraction file-hlavně anorganika), PDF-4/Organics(organika)
Požadavky na úpravu vzorků pro XRD fázovou analýzu (Sample Changer)
Naprosto ZÁSADNÍM požadavkem OBECNĚ pro XRD fázovou analýzu je nutnost připravit měřený vzorek tak, aby jeho povrch byl rovinný! XRD fázová analýza se týká měření jak práškových (optimální velikost zrn cca 1-10mikrometrů, odchylky od tohoto požadavku se projeví NĚJAK na difraktogramu), tak kompaktních vzorků a pro servisní měření (použití Sample Changer) je potřeba, aby bylo možno využít pro prášky držáky vzorků typ (kruhová kavita) a pro kompaktní vzorky typ. (určitá omezení na velikost, tlouštku a váhu vzorku – nutno konsultovat s obsluhou). V případě XRD práškové difrakce lze měřit jak práškové, tak kompaktní vzorky (určitá omezení na velikost, tlouštku a váhu vzorku – nutno konsultovat s obsluhou). Důležitým požadavkem je rovinnost měřeného vzorku. Případy vzorků ve tvaru trubek, drátu či jiných tvarů je potřeba konsultovat s obsluhou (měření je možné, ale kvalita naměřených dat bude horší než v případě ideálního vzorku). Práškové vzorky se standartně měří v ocelových kruhových držácích nebov plastových obdélníkových držácích, vyjímečně nasypané do kapilár (v případě hygroskopických materiálů nebo pokud vzorek vykazuje preferenční orientaci). Standardní množství vzorku je 200mg v závislosti na hustotě zkoumaného vzorku, tj. čím je větší hustota tim větší množství vzorku je potřeba. Cílem je zaplnit kruhovou kavitu o průměru 26mm a hloubce cca 1mm. Maximální velikost ozářené plochy je 20x15mm. V případě menšího množství vzorku je možno použít držáky o menší hloubce v rozsahu 0.1-1mm, eventuelně s menším průměrem, naprášit vzorek na sklíčko či monokrystalovou destičku Si((„low background support“). Difraktogram lze pořídit i z množství od 1 mg. Lze měřit polymerní folie od tlouštky 1mikrometr.
Požadavky na úpravu vzorků pro mikrodifrakční rtg analýzu
Kvalita práškové difraktogramu (intenzity difrakčních linií a jejich šířky) jsou úměrné množství ozářeného materiálu. Pokud lze separovat alespoň 10mg látky, dobře rozpráškovat, pak difraktogram pořízený standartní rtg difrakční analýzou je kvalitnější než z mikrodifrakční analýzy!!! Mikrodifrakční analyza je určena pro měření vzorků v množství menší 10mg nebo k provádění analýzy ze stopy o velikosti 0.1-2 mm. V případě kompaktních vzorků je konkrétní tvar nutno konsultovat, existují omezení na velikost vzorku (vyška max 42mm) a jeho váhu (max 1kg). Lze provádět analýzy JAKKOLIV ZAKŘIVENÝCH POVRCHŮ. UŽITEČNÉ PŘEDEVŠÍM POKUD SE VZOREK NESMÍ UPRAVOVAT, PONIČIT.
Požadavky na měření nestabilních (např. hygroskopických) vzorků
Nestabilní (hygroskopické) vzorky nebo kapaliny s plovoucím krystalickým podílem lze měřit v kapilárách o vnitřním průměru 0.3-2 mm. Kapilára je umístěna v kapilárním nástavci umožňujícím rotaci. Na primární svazek se umístí eliptické fokusační zrcadlo, měří se pouze s Cu lampou. Kapiláru je nutné buď zatavit nebo utěsnit voskem. Je potřeba cca 50mg dobře rozpráškovaného vzorků.
Rentgenová prvková analýza (XRF)
Metoda rentgenové fluorescenční analýzy je určena především na měření pevných vzorků práškových či kompaktních s cílem stanovení prvků v rozsahu F-U. Speciální oblastí je možnost měření kapalných vzorků s omezením na měření prvků od Na do U a snížením citlivosti pro velmi lehké prvky Na, Mg. V případě měření kapalin je nutno dodržet pH v rozmezí 5-7 a vždy nutno konsultovat případná omezení s obsluhou. Metoda je výhodná pro měření více prvků najednou ve vzorku (standartně F–U), přesnost a citlivost měření roste s protonovým číslem prvku, existuje minimální ovlivnění mezi prvky, lehké prvky B–Si vyžadují pečlivou reprodukovatelnou přípravu vzorku, čím je hladší povrch tím lépe, specielně pro B,C,O.
Požadavky na úpravu vzorků
V případě RTG fluorescenční analýzy lze měřit práškové, kompaktní i kapalné vzorky (doporučujeme zákazníkům při jejich prvním měření navštívit laboratoř, seznámit se s přístrojem a nároky na vzorek, měřit je možno leccos, ale kvalita vzorku má vliv na přesnost získané analýzy). Důležitým požadavkem je rovinnost měřeného vzorku a velikost taková, aby zakryl kruhový otvor o průměru 29 mm (nesmí propadnout tímto otvorem v kazetě, tedy nějaký rozměr musí být větší než 29mm). Případy vzorků ve tvaru trubek, drátu či jiných tvarů je potřeba konsultovat s obsluhou (měření je možné, ale kvalita naměřených dat bude horší než v případě ideálního vzorku). Práškové vzorky se standartně měří vlisované do tablet o průměru 40 mm, tlouštky 5mm.
- práškové vzorky optimální množství 1g v závislosti na hustotě( standardní analýzy cementůvyžadují cca 0.7g), jemně rozetřené (optimálně na 10mikrometrů a méně). Vzorek musí zaplnit objem kruhu o poloměru 30mm a tlouštce 1mm.
- menší množství vzorku je možno měřit, v některých případech lze udělat tenčí vzorek nebo se vzorek zředí, ale je vhodné to konsultovat (i v případě ředění byly získány velmi dobré výsledky ze vzorku 10mg, což je však limitní množství vzorku), menší množství znamená pouze kvalitativní informaci o prvkovém složení(majoritní prvky lze stanovit se vzorku 1mg).
- kompaktní vzorky jsou optimální ve tvaru válce s poloměrem v rozmezí 30-52 mm a výškou max. 25 mm, pokud to nejde, pak základna nesmí mít úhlopříčky větší než 52mm a jeden rozměr musí mít větší než 29 mm, nejlépe s vyleštěným povrchem(není nutné, ale je to vhodné především v případě stanovování prvků B-Mg). Vzorek se musí vejít do kazety, která ma tvar válce o průměru podstavy 52mm a výšce 30mm.
- kompaktní vzorky jsou optimální ve tvaru válce s poloměrem v rozmezí 30-52 mm a výškou max. 25 mm, pokud to nejde, pak základna nesmí mít úhlopříčky větší než 52mm a jeden rozměr musí mít větší než 29 mm, nejlépe s vyleštěným povrchem(není nutné, ale je to vhodné především v případě stanovování prvků B-Mg). Vzorek se musí vejít do kazety, která ma tvar válce o průměru podstavy 52mm a výšce 30mm
- nepravidelné tvary kompaktních vzorků je lépe konsultovat, pokud je největší rozměr menší než 29 mm existují způsoby, jak vzorek do kazety upevnit (nutná úprava vzorku).
- kapaliny optimální množství 15 ml, pH v rozmezí od 5 do 7, měří se prvky v rozmezí Na-U, podstatně snížená mez detekce a přesnost pro lehké prvky Na-Si(kapalina je nalita na tenké polypropylenové folii, která absorbuje lehké prvky), méně přesné než AAS do koncentrací 0.5%, při vyšších koncentracích přesnější než AAS, nevhodné pro měření menšího množství prvků jak 3, vhodné pro rychlou představu o všech prvcích v kapalině. Polypropylenová folie nesmí s měřenou kapalinou reagovat.
- kapaliny s pH 0-14 lze měřit pomocí ED XRF spektometru, optimální množství 15 ml, měří se prvky v rozmezí Al-U v kapalinovém kelímku s polypropylenovou (či jinou s kapalinou nereagující) folii, mez detekce cca 0.1%, měří se všechny prvky Al-U současně cca 30-120s.
- tenké vrstvy na filtračním papíru
- pokud vzorek nejde vylisovat, resp. jako tableta nedrží lze vzorek nasypat na polypropylenovou folii jako u kapalin s tím, že je podstatně snížená mez detekce a přesnost pro lehké prvky Na-Si, nebo se musí najit vhodné pojivo(např. Dentakryl-náročnější příprava)
- v případě vysokých nároků na přesnost kvantitativní prvkové analýzy, je možno z práškového vzorku připravit tavením perly (tavením se eliminuje tzv. mineralogický efekt, nelze použít v případě takových vzorků, kde jejich část při ohřevu těká). Příprava vzorků je náročnější a dražší.
Rentgenová strukturní analýza
Metoda rentgenové monokrystalové difrakce je určena pro stanovení molekulové a krystalové struktury především organických látek(anorganické látky je možno řešit ve spolupráci s FZU, Cukrovarnická, Prof.Petříček, Dr.Dušek). Vhodný monokrystal by měl mít velikost v rozmezí 0,1–1mm. Větší krystaly je nutno opracovat, menší krystaly mohou dávat příliš slabý signal (nutno konsultovat s obsluhou). Posouzení vhodnosti monokrystalů je prováděno pomocí polarizačního mikroskopu. Měření je prováděno při pokojové teplotě. Pokud je nutno monokrystal chladit na teplotu kapalného dusíku (cca 105K), pak takové měření je schopen provádět ústav 108 (Dr.Čejka). Ohřev monokrystalu do teplot cca 200 °C je schopen provádět FZU, Cukrovarnická (Dr.Petříček, Dr.Dušek). Metoda rentgenové monokrystalové difrakce není prováděna jako servis, pouze v rámci společných grantových projektů.
Elektronová mikrosonda(Ing.Pažout-l.4080)
V případě elektronové mikrosondy(EPMA) se vzorky měří ve formě naleštěných nábrusů zalitých do pryskyřice. Vzorek je tedy třeba zajít do kruhové formy (v případě větších vzorků – viz níže – před zalitím uříznout), naleštit a před měřením pokovit, nejčastěji napařením uhlíkem. Maximální velikost vzorku je omezena velikostí tablety – nábrusu (průměr 25 mm, výška 10 mm). Minimální velikost vzorku není omezena a závisí na zručnosti brusiče. Lze zalít a naleštit zrníčka menší než 0,5 mm. To se týká kompaktních vzorků. V případě práškových vzorků se slisují do tablet, ty se naleští a pokoví. matečném roztoku až do skončení měření. Měření na elektronové mikrosondě je zajišťováno prostřednictvím pracovišť takto vybavených(např. Geologický ústav, Praha 6 – Suchdol). Není prováděno jako servis, je nutno uhradit servisní čas a práci operátora v laboratoři vybavené tímto přístrojem.
Přístup k naměřeným spektrům
Mikrosonda – výstupem měření jsou percentuální obsahy měřených prvků v hmotnostních procentech, eventuálně atomových procentech nebo atomových koeficientech (vzorec). Naměřená data se archivují. Dalším výstupem práce s elektronovou mikrosondou jsou fotografie nábrusů a meřených bodů v odražených a sekundárních elektronech.
Pěstování krystalů(Ing.Cibulková-l.5024)
Pro pěstování monokrystalu organické látky z roztoku je požadováno cca 50 mg pevného vzorku. Předpokladem úspěšného měření je jeho maximální čistota. Před započetím vlastní krystalizace je nutno shromáždit co možná největší množství informací o rozpustnosti vzorku v různých rozpouštědlech nebo v jejich soustavách. Nejsou-li známa literární data, zjišťuje se rozpustnost orientačně na krystalcích vzorku nejprve při laboratorní teplotě, u vytipovaných soustav rozpouštědel i při 40 a 60°C. Při přípravě nasycených roztoků ve zvolených soustavách rozpouštědel se používá vždy čistého nádobí zbaveného prachových částic a ostatních mechanických nečistot. Mechanické nečistoty z původního vzorku příp. jeho nerozpuštěný podíl se oddělují centrifugací. Při pěstování monokrystalu jsou postupně vyzkoušeny následující metody: pomalé vypařování, difúze par horšího rozpouštědla, difúze "horšího" rozpouštědla (prostým vrstvením nebo difúze vrstvou gelu), řízené pomalé ochlazování v inkubátoru. Vzniklé monokrystaly se zbavují matečného louhu buď prostým odsátím nebo postupným omýváním mikrokvanty stále "horších" a těkavějších rozpouštědel. Při izolaci krystalů může dojít k jejich zničení zakalením povrchu vrstvou polykrystalů nebo ztrátou ostrých geometrických hran krystalu, popraskáním apod. Proto se část monokrystalů uchovává v matečném roztoku až do skončení měření. Pěstování monokrystalů není prováděno jako servis, pouze v rámci společných grantových projektů.