Pytania Paukszty 1. W jaki sposób powstaje promieniowanie ciągłe? Widmo ciągłe jest wynikiem gwałtownego hamowania elektronów w materiale anody. elektrony mogą zderzać się z materiałem anody w różny sposób i w zależności od rodzaju zderzenia tracą różne ilości energii. 2. Co to krótkofalowa granica promieniowania rentgenowskiego ? Jest to długość promieniowania X, która jest związana z całkowitym oddaniem energii przez rozpędzony elektoron. Położenie granicy krótkofalowej zależy bezpośrednio od napięcia przyspieszającego elektrony w lampie rentgenowskiej. 3. Czy krótkofalowa granica promieniowania rentgenowskiego związana jest z promieniowaniem białym czy z charakterystycznym? Z białym 4. Jak zmieniają się promieniowanie białe char. Podczas stopniowego zwiększania napięcia i natężenia ? Najpierw pojawia się białe promieniowanie. Promieniowanie przesuwa się w kierunku fal krótszych. Promieniowanie Charakterystyczne zostaje w tym samym miejscu ale zwiększa się intensywność. 5. Równanie Bragów wyprowadzenie i przy jakim kącie 2teta dla prom. białego długość promieniowania odbłysk będzie przy 60o 2 teta = 60O teta = 30o – to podstawiamy do równania! 6. Które promieniowanie jest bardziej przenikliwe? Cu/Mo? Molibdenowe podczas zjawiska dyfrakcji sięga głębiej. Więc bardziej przenikliwe jest Mo. 7. Jaka jest wada filtrowania? Wada jest taka, że Nie mamy czystego promieniowania ale jest o zadowalającej intensywności. Idealna czystość ale jest znaczne osłabienie wiązki. 8. Od czego zależy liczba maximum dyfrakcyjnych jeżeli robimy pomiar w pełnym zakresie? Jest związana z liczbą różnych odległości międzypłaszczyznowych które znajdują się w krystalicznej badanej próbce. 9. Do czego oprócz identyfikacji może być stosowana metoda WAXS ? · Do analizy ilościowej · Wyznaczanie stopnia krystaliczności · Określenie wielkości obszarów krystalicznych - wzór Scherrera · Analizy przemian fazowych dla związków chemicznych wykazujących zjawisko polimorfizmu · Wyznaczanie skurczów termicznych · Wskaźnikowanie rentgenogramu · Badanie tekstury badanej próbki – badanie orientacji 10. W jaki sposób jeżeli nie zachodzą inne zmiany zmienni się rentgenogram? Jeżeli mam skurcz termiczny to: D maleje n = 1 lambda = stałe Jeżeli zmniejsza się wartość d ( mamy skurcz) to sin teta wzrasta. Kąt teta też wzrasta więc Zmniejszenie odległości międzypłaszczyznowych jest widoczne w postaci przesunięcia się maksimów w kierunku kątów wyższych. 11. W jaki sposób przygotowujemy próbki w metodzie klasycznej a w jaki w metodzie dyfraktometrycznej? W metodzie klasycznej umieszczamy sproszkowaną próbkę w kapilarce z amorficznego materiału. Jeżeli jest minerał w formie walca to takiego materiału nie umieszczamy w kapilarze. W metodzie dyfraktometrycznej próbka musi być płaska. W przypadku preparatów proszkowych należy przygotować płaską pastylkę umieszczona np. w matrycy z amorficznego polimetakrylanu metylu. Próbką może być folia, płytka o płaskiej powierzchni. 12. Jakie cechy musi mieć kapilara? - Musi być warunek amorficzny żeby nie było refleksów od kapilary · Promieniowanie rentgenowskie musi ulec dyfrakcji i wyjść na zewnątrz więc Kapilara musi być przezroczysta dla promieni rentgenowskich. Promieniowanie rentgenowskie musi mieć zdolność przechodzenia przez ten materiał. 13. Jaka jest różnicą pomiędzy metoda klasyczną a dyfraktometryczną ? Użycie kamery Debye’a Scherrera - w metodzie klasycznej W metodzie klastycznej wszystkie kąty od razu 2 teta są brane pod uwagę a przy metodzie dyfraktometrycznej nie. 14. Od czego zależy intensywność maksimów? Od ilości promieniowania rentgenowskiego, które uległo dyfrakcji na danej płaszczyźnie. 15. Od czego zależy położenie maksimów na rentgenogramie? Od odległości międzypłaszczyznowych. 16. Szerokość maksimów w połowie wysokości ? Służy do obliczenia wielkości obszaru krystalicznego 17. Z czego składa się karta identyfikacyjna? Zawiera : · Odległości międzypłaszczyznowe · Intensywności refleksów podniesione do maksimum o największej intensywności. (podajmy w 100% albo 1) 18. Czy rentgenogramy różnych odmian polimorficznych ale tego samego związku różnią się? Ponieważ jest to ten sam związek ale występujący w różnych strukturach krystalicznych do odległości międzypłaszczyznowe są różne i rentgenogramy są zupełnie róże. Przy innych kątach 2teta występują maksima. 19. Na czym polega analiza identyfikacyjna? / Jakie kolejne kroki należy podjąć aby zidentyfikować substancję metoda WAXS? · Przygotowanie próbki · Wykonanie rentgenogramu w przedziale kątowym 2teta · Na podstawie rentgenogramu sporządzenie karty identyfikacyjnej obejmującej odległości międzypłaszczyznowe oraz intensywności refleksów odniesione do intensywności najwyższego maksimum · Na podstawie przygotowanej karty porównuje się z kartami identyfikacyjnymi znajdującymi się w bazie danych np. z wykorzystaniem programu X – RAYAN 20. Na czym polega analiza ilościowa mieszaniny dwóch polimorficznych związków? · Wykonanie rentgenogramów w pełnym zakresie kątów 2teta dla każdej formy polimorficznej · Znalezienie zakresu kątowego, w którym są obecne obecne, nienakładające się na siebie silne maksima dyfrakcyjne dla każdej z formy A i B · Sporządzenie mieszanin obu związków polimorficznych w różnych proporcjach i wykonanie rentgenogramów dla każdej mieszaniny w wybranym wąskim przedziale kątowym. · Wykonanie krzywej wzorcowej. Na osiach zaznaczam skład i relacje intensywności substancji A do intensywności substancji B · Wykonanie pomiaru dyfraktometrycznego dla mieszaniny o nieznanym składzie i obliczenie składu na podstawie krzywej wzorcowej 21. Wyznaczanie stopnia krystaliczności dla polimerów: Pk – pole powierzchni czesci krystalicznej Pa – pole powierzchni części amorficznej Xc – stopnień krystaliczności próbki 22. Obliczanie wielkości krystalitów D – średni pomiar obszaru krystalicznego K – stała Scherrera = 0,9 λ-długość fali promieniowania rentgenowskiego = 1.5418A – szerokość piku dyfrakcyjnego (maksimum dyfrakcyjne) - kąt odbłysku Rentgenogram to nie widmo bo mamy jedną długość fali!!!!!!! 23. Dlaczego w różnych odmianach polimorficznych tego samego związku maksima dyfrakcyjne są przy różnych kątach 2teta? Ponieważ jest to ten sam związek ale występujący w różnych strukturach krystalicznych to odległości międzypłaszczyznowe są różne i rentgenogramy są zupełnie różne. Dlatego Przy innych kątach 2teta występują maksima. 24. Jaką cechę musi mieć minerał żeby padające promieniowanie rentgenowskie uległo dyfrakcji? Musi być amorficzny żeby nie powstawały refleksy i przepuszczać promieniowanie o tej długości fali. 25. Czy materiał, z którego wykonana jest anoda na lampie rentgenowskiej ma wpływ na długość otrzymywanego promieniowania X? 26. Jakie sa metody monochromatyzacji promieniowania rentgenowskiego? Wyjasnic dla jednej wybranej techniki a) filtrowanie promieni X W celu monochromatyzacji promieni rentgenowskich wykorzystywane jest zjawisko krawędzi absorpcji. Materiał, z którego wykonany jest filtr, należy tak dobrać, aby długość fali progi absorpcji (krawędzi absorpcji) znalazła się pomiędzy długościami fal linii K alfa i K beta. Filtry mają liczbę porządkową o 1-2 niższą od materiału anody. b) monochromatory krystaliczne PYTANIA Z KOLOKWIUM: 27. ZADANIE OBLICZENIOWE - Jaka jest odległość międzypłaszczyznowa związana z maksimum dyfrakcyjnym występującym przy kącie 2 theta równym = 60 stopni , stosowano lampę dlługość fali lambda = 1,5418A n*lambda = 2d sin theta 1* 1,5418 = 2d sin ½*60 stopni 1,5418 = 2d sin 30 stopni 1,5418 = 2d * 0,5 /0,5 3,0836 = 2d /2 d = 1,5418 28.Jaką cechę musi miec minerał żeby padające promieniowanie rentgenowskie o długości 1,5418 A uległo dyfrakcji. Minerał ten musi być amorficzny, żeby nie powstały nam refleksy i musi przepuszczać promieniowanie o tej długości fali.: Zjawisko dyfrakcji zachodzi wtedy, kiedy na krystaliczną próbkę pada wiązka promieni o długości mniejszej lub porównywalnej z parametrami sieci krystalicznej. 29.Od czego zależy długość fal Kalfa i Kbeta dla promieniowania molibdenowego? Zależy od grubości warstwy oraz od materiału anody. Długość fali promieniowania charakterystycznego zależy od liczby atomowej materiału anody. Długość fali promieniowania charakterystycznego zmniejsza się odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu liczby atomowej Z tarczy. 30.Jak zmieniają się widma: promieniowania białego i charakterystycznego wraz z podwyższeniem napięcia pomiędzy elektrodami i natężenie prądu płynącego pomiędzy elektrodami. Podwyższając parametry lampy jako pierwsze powstaje promieniowanie białe (widmo ciągłe). Natężenia promieniowania białego zależy od natężenia strumienia elektronów i napięcia przyłożonego do lampy. Promieniowanie przesuwa się w kierunku fal krótszych.Po przekroczeniu granicznego progu napięcia (dla lampy miedzianowej jest to 8,7kV, dla lampy molibdenowej 20,0 kV) powstaje dodatkowo widmo charakterystyczne o określonej długości fali. Związane jest ono ze zmianami energetycznymi elektronów w atomach tarczy anody. Promieniowanie Charakterystyczne zostaje w tym samym miejscu ale zwiększa się intensywność. 31.Proszę wymienić różnice pomiędzy klasyczną metodą z zastosowaniem kamery Debay’aScherrera, a metodą dyfraktometryczną. W trakcie przygotowywania preparatów badawczych metoda Debay’a-Scherrera w przypadku preparatów proszkowych preparat należy umieścić w kapilarze z amorficznego materiału, np.szkła, a próbką może być drut metalu lub inny materiał w kształcie walca. Natomiast w metodzie dyfraktometryczne próbka musi mieć płaską powierzchnię. W przypadku preparatów proszkowych należy przygotować płaską pastylkę umieszczoną np. w matrycy z amorficznego polimetakrylanu metylu, a próbką może być folia, płytka i tym podobne materiały o płaskiej powierzchni. W metodzie Debay’a Scherrera stosujemy kamerę Debay’a Scherrera a w metodzie dyfraktometrycznej nie (korzysta się z dyfraktometru rentgenowskiego). 32.Opisz powstawanie promieniowania bialego i charakterystycznego w lampie rentgenowskiej ? Promieniowanie rentgenowskie powstające w lampie rentgenowskiej dzielimy na promieniowanie ciągłe i promieniowanie charakterystyczne. Stopniowo podwyższając napięcie i natężenie jako pierwsze powstaje promieniowanie białe, czyli widmo ciągłe. Widmo to związane jest z wytrącaniem energii przez elektrony podczas kolejnych zderzeń z materiałem anody. Po przekroczeniu określonego progu napięcia powstaje także widmo liniowe, czyli widmo charakterystyczne o określonej długości fali. Ono natomiast jest związane ze zmianami energetycznymi elektronów w atomach tarczy anody. Dochodzi do wybicia elektronu z materiału anody i spowodowania przejścia atomu do stanu wzbudzonego. 33.Dlaczego spośród różnych rodzajów promieniowania elektromagnetycznego zastosowanie w badaniach strukturalnych znajduje promieniowanie rentgenowskie ? Promieniowanie rentgenowskie jest wykorzystywane między innymi do celów leczniczych (rentgenodiagnostyka, rentgenoterapia), badania składu chemicznego substancji (analiza rentgenospektralna) oraz badania struktur kryształów (krystalografia rentgenowska, analiza rentgenostrukturalna). Promieniowanie rentgenowskie jest to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego i jest ono generowane podczas wyhamowywania elektronów. Dodatkowo długość promieniowania rentgenowskiego nie zależy ani od napięcia ani od natężenia prądu anodowego. Porównując promieniowanie rentgenowskie do np. promieniowania gamma (o bardzo zbliżonej długości fali) widzimy, że promieniowanie rentgenowskie jest znacznie mniej inwazyjne. Promieniowanie gamma zabija wszystkie żywe komórki. Rentgenowskie promieniowanie jonizujące jest wytwarzane przez lampę rentgenowską, dlatego można ją wyłączyć, gdy nie jest używana. Nie można tego zrobić w przypadku promieniowania gamma. Ostatecznie użycie promieniowania rentgenowskiego jest tańsze. 34.Czy można wykonać identyfikację substancji dysponując tabelą w której zgromadzono kąty, przy których obserwowane są maksima dyfrakcyjne oraz intensywności maksimów odniesione do wysokości maksymalnej ? Badania rentgenowskie przeprowadzono stosując lampę o anodzie miedzianej (długość promieniowania 1,5418 A) Odpowiedź proszę uzasadnić. Tak, można. Ponieważ wykonując badanie uzupełnia się kartę charakterystyki, a następnie porównuje z danymi w bazie danych i to co jest podane w pytaniu powinno już nam pozwolić na identyfikację. Analiza identyfikacyjna polega na: wykonaniu pomiaru rentgenograficznego danej próbki w określonym przedziale kątowym 2 theta, następnie na sporządzeniu karty identyfikacyjnej obejmującej odległości międzypłaszczyznowe (d) oraz intensywności refleksów odniesione do intensywności najwyższego maksimum. Tak przygotowaną kartę identyfikacyjną porównuje się z kartami identyfikacyjnymi znajdującymi się w bazie danych (np. z wykorzystaniem programu X-Rayan). 35.Od czego zależy długość fal Kalfa i Kbeta dla promieniowania miedziowego? W lampie miedziowej promieniowanie K beta jest wyeliminowane wraz ze znaczącą częścią promieniowania białego, K alfa zaś przechodzi przez filtr. K alfa oraz K beta zależą od filtra i od monochromatora. Zależy od grubości warstwy oraz od materiału anody. Długość fali promieniowania charakterystycznego zależy od liczby atomowej materiału anody. Długość fali promieniowania charakterystycznego zmniejsza się odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu liczby atomowej z tarczy. 36.Czy maksima na rentgenogramie przy coraz większych kątach 2 theta związane są z coraz większymi odległościami międzypłaszczyznowymi ? Odpowiedź proszę uzasadnić. Tak, ponieważ zgodnie ze wzorem nL=2dsint, gdzie L=lambda, t=teta. Maksima promieniowania ugiętego występują tylko dla pewnych kątów padania. Położenie refleksu zależy wyłącznie od struktury substancji krystalicznej - odległości międzypłaszczyznowych występujących w danej sieci krystalicznej z określonego układu krystalograficznego; pośrednio od układu krystalograficznego i parametrów komórki elementarnej. Układ refleksów (zbiór wartości dhkl oraz intensywności względnych) jednoznacznie charakteryzuje każdą substancją krystaliczną (nie istnieją dwie różne fazy krystaliczne o takich samych rentgenogramach). 37.Jak wpływają skurcze termiczne badanego związku na jego obraz dyfrakcyjny ? (tzn. czym różnią się rentgenogramy wykonane dla tej samej próbki w temperaturze +20C oraz -160C ). Odpowiedź proszę uzasadnić wykorzystując w tym celu równanie Braggów. Jeżeli mam skurcz termiczny to: d maleje n=1 lambda = stałe Jeżeli zwiększa się wartość d (mamy skurcz) to sin teta wzrasta. Kąt teta też wzrasta więc zmniejszenie odległości międzypłaszczyznowych jest widoczne w postaci przesunięcia się maksimów w kierunku kątów wyższych. 38. Od czego zależy intensywność poszczególnych maksimów dyfrakcyjnych na rentgenogramie minerału, na przykład rutylu (polimorficznej postaci ditlenku tytanu)? Intensywność poszczególnych maksimów dyfrakcyjnych na rentgenogramie minerału zależy od budowy związku. Z podwyższeniem temperatury wzrasta amplituda drgań jonów w sieci krystalicznej, przez co jony bardziej zbliżają się do siebie i zwiększa się polaryzacja. Zmiana stopnia polaryzacji może spowodować przejście ciała krystalicznego w inny typ struktury (czyli wraz ze wzrostem temperatury wzrasta intensywność piku np. anatazu). Od Paukszty: Ponieważ jest to ten sam związek ale występujący w różnych strukturach krystalicznych do odległości międzypłaszczyznowe są różne i rentgenogramy są zupełnie róże. Przy innych kątach 2teta występują maksima. 39. Czy dojdzie do dyfrakcji na badanej próbce w przypadku niezastosowania filtra niklowego przy promieniowaniu pochodzącym z lampy miedziowej? Odpowiedź proszę uzasadnić Nie, nie dojdzie do dyfrakcji na badanej próbce w przypadku niezastosowania filtra niklowego przy promieniowaniu pochodzącym z lampy miedziowej. Ponieważ promieniowanie użyte do pomiaru musi być monochromatyczne (powinno mieć ściśle określoną długość fali), stąd konieczność zastosowania monochromatorów lub filtrów wycinających/absorbujących niepożądany fragment widma i pozostawienie jednej, ściśle określonej długości fali. Jest to najczęściej linia Kα promieniowania charakterystycznego stosowanej anody. 40.Czy materiał, z którego wykonana jest anoda w lampie rentgenowskiej ma wpływ na długość otrzymywanego promieniowania X. Odpowiedź prosze uzasadnić. Tak, ma wpływ na długość otrzymywanego promieniowania X. Długość fali promieniowania charakterystycznego zależy od liczby atomowej materiału anody. Długość fali promieniowania charakterystycznego zmniejsza się odwrotnie, proporcjonalnie do kwadratu liczby atomowej z tarczy. 41. Jakie są metody monochromatyzacji promieniowania rentgenowskiego? Proszę wyjaśnić zasadę monochromatyzacji dla jednej wybranej techniki. Do metod monochromatyzacji promieniowania rentgenowskiego zaliczamy filtrowanie promieni X oraz użycie monochromatora krystalicznego. Filtrowanie promieni X - w celu monochromatyzacji promieni X wykorzystywane jest zjawisko krawędzi absorpcji. Materiał, z którego wykonany jest filtr, należy tak dobrać, aby długość fali progu absorpcji (krawędzi absorpcji) znalazła się pomiędzy długościami fal linii Kalfa i Kbeta. Filtry mają liczbę porządkową o 1-2 niższą od materiału anody. Monochromatory krystaliczne - wiązka promieniowania uzyskana za pomocą monochromatorów krystalicznych zawiera tylko jedną, wybraną linię widma charakterystycznego. Wadą monochromatorów krystalicznych jest znaczne osłabienie otrzymanej wiązki monochromatycznej w odniesieniu do natężenia padającej na kryształ wiązki promieniowania X. 42. Oprócz identyfikacji w jakich celach w badaniach strukturalnych wykorzystywana jest technika dyfrakcji promieni rentgenowskich w szerokich kątach, proszę wymienić.
