Рентгенофазовый анализ (РФА), Общие сведения - Основы качественного анализа
Общие сведения
Из множества физических и физико-химических методов анализа в нашем практикуме используется лишь один, наиболее важный для химии и физики твердого состояния и для материаловедения. В данном пособии он рассмотрен очень кратко, многие важные вопросы опущены.
Рентгеновские лучи - это короткие электромагнитные волны, возникающие при ударе электронного пучка о преграду (анод рентгеновской трубки). Для РФА важно, что при этом атомы анода возбуждаются и при переходе обратно в основное состояние испускают кванты строго определенной для данного элемента энергии, т. е. лучи со строго определенной длиной волны - характеристическое излучение материала анода.
Кристаллы - это периодические структуры, где периоды повторяемости сравнимы с длинами волн этого излучения. Например, в кристалле NaCl расстояние между центрами ионов Na+ и Cl? составляет 282 пикометра (1 пм = 10-12 м) или 2,82 ангстрем (1 A = 10-10 м), а параметр элементарной ячейки (период повторяемости) равен удвоенному значению - 5,64 A). Длина волны наиболее мощного излучения рентгеновской трубки с медным анодом - 1,5406 A). Поэтому кристаллы - это естественные дифракционные решетки для рентгеновских лучей.
Лучи, рассеянные разными атомами, либо усиливают, либо ослабляют друг друга, в зависимости от того, совпадают ли волны по длине и по фазе колебаний. Это явление - интерференция. Возникающую при этом интерференционную картину не вполне точно называют дифракционной. Раньше ее регистрировали на специальную фотопленку, но теперь обычно используют счетчики квантов. Таким образом, рентгеновские приборы - дифрактометры - замечательно иллюстрируют корпускулярно-волновую двойственность: рентгеновские лучи возникают, как кванты определенной энергии, потом испытывают дифракцию и интерференцию, как волны, а в результате регистрируются поштучно - опять в виде квантов.
По дифракционной картине можно наиболее точно установить атомное строение кристалла, а кристаллическое состояние - наиболее общее для всех веществ, поэтому рентгеноструктурный анализ (РСА) - основной метод определения атомной структуры веществ. Задача рентгенофазового анализа (РФА) более скромная: по дифракционной картине распознавать неизвестные фазы путем сравнения с дифракционными картинами известных фаз. Поэтому РФА иногда сравнивают с дактилоскопией - опознанием людей по отпечаткам пальцев. Вещества разного химического состава, или одного состава, но разного строения, имеют разные кристаллические решетки и потому дают разные дифракционные картины. Для их сравнения не обязательно знать кристаллографию (хотя знание ее помогает разобраться в сложных случаях). Как и рентгеноспектральный анализ, и в отличие от химического анализа, метод РФА неразрушающий.
Принципиальное отличие РФА от рентгеноспектрального и большинства химических методов в том, что определяется не элементный состав, а то, в каких кристаллических фазах находятся элементы.
Например, нужно проконтролировать процесс синтеза пьезоэлектрического твердого раствора ЦТС из смеси оксидов:
PbO + (1-x)TiO2 + xZrO2 > PbTi1-xZrxO3.
Реакция анион соль программный
Делать полный элементный анализ тут нет смысла, т. к. содержание каждого элемента, включая величину х, заранее известно - оно задано при составлении смеси. Можно лишь заподозрить улетучивание части PbO при высокой температуре, но это гораздо проще и точнее проверяется взвешиванием, чем анализом. Химическим анализом можно определить фазовый состав лишь частично: найти содержание PbO, не вступившего в реакцию, и потому растворимого в слабой уксусной кислоте (в отличие от продуктов реакции). Но при этом остается неизвестным, получился ли однородный твердый раствор, или смесь фаз: PbTiO3 (с примесью циркония) и PbZrO3 (с примесью титана). РФА решает этот вопрос за несколько минут.
Основное ограничение РФА - он не обнаруживает аморфные фазы, например, стекла. Кроме того, в редких случаях вещества разного состава имеют геометрически идентичные решетки и потому дают одинаковые дифрактограммы. Здесь наиболее полную картину дает сочетание рентгенофазового анализа с элементным (например, рентгеноспектральным).
Похожие статьи
-
Рентгеноспектральный анализ - Основы качественного анализа
Это тоже метод определения элементного состава. Рентгеновские спектры, как и оптические, строго специфичны для каждого элемента, но они возникают при...
-
Газовая хроматография - Основы качественного анализа
Этот метод представляет собой замечательное сочетание методов разделения и количественного анализа, поддающееся полной автоматизации. Смесь газов или...
-
Задачи и методы качественного анализа - Основы аналитической химии
Обнаружение или, как иногда говорят, "открытие" отдельных элементов или ионов, входящих в состав веществ - это задачи качественного анализа. Качественный...
-
Масс-спектрометрия, Оптический спектральный анализ - Основы качественного анализа
Это, возможно, единственный физический метод, который не требует химической калибровки. Анализируемую пробу подвергают ионизации (например, электронным...
-
Методы колебательной спектроскопии - Основы качественного анализа
Инфракрасные спектры поглощения возникают в результате возбуждения в веществе колебаний, энергия которых специфична для определенных атомных групп. По...
-
Полимерами называют вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из одного или большего числа составных звеньев. Молекулярная масса (число атомов)...
-
Химические и физические методы анализа, Условность классификации - Основы качественного анализа
Условность классификации Природа не знает деления на физику и химию, поэтому классификация методов довольно условна. Обычно к химическим методам относят...
-
Объемный (титриметрический) анализ, Нейтронно-активационный анализ - Основы качественного анализа
Это один из традиционных химических методов анализа. Для него нужно иметь раствор с точно известной концентрацией вещества, взаимодействующего с...
-
Анализ неизвестной соли, Исходные условия - Основы качественного анализа
Исходные условия В данной работе мы изучаем качественный анализ по сильно упрощенной схеме - со следующими ограничениями: - предлагается одна простая...
-
Вводная часть, Общие сведения о качественном и количественном анализе - Основы качественного анализа
Общие сведения о качественном и количественном анализе Качественный анализ отвечает на вопрос, какие объекты (элементы, вещества, фазы, функциональные...
-
Подготовка к работе - Основы качественного анализа
Выданное количество вещества гораздо больше нужного для анализа. Поэтому ни в коем случае не следует расходовать все. Нужно оставить запас для проверки в...
-
Индивидуальные признаки катионов 4-й и 5-й аналитических групп - Основы качественного анализа
Многие катионы групп 4 и 5 можно распознать по окраске пламени их летучими соединениями (лучше всего - хлоридами): Na - желтый, Li и Sr - ярко-красные,...
-
Цель работы: освоение методик подготовки проб воды и атмосферных осадков, подготовка воды и атмосферных для инструментального гамма-спектрометрического...
-
Задачи и методы количественного анализа - Основы аналитической химии
Количественный анализ - это совокупность химических, физико-химических и физических методов определения количественного соотношения компонентов, входящих...
-
Отношение к раствору соли бария: Ba(NO3)2 Заготовьте таблицу 1 для записи результатов опытов: Аналитические группы анионов по их отношению к солям бария...
-
Общие рекомендации к лабораторному практикуму (работам 2-4) - Основы качественного анализа
Чтобы не исказить результаты опытов, пробирки нужно тщательно мыть водопроводной водой и затем ополаскивать небольшим количеством дистиллированной воды....
-
Индивидуальные реакции катионов аналитических групп 1-3 - Основы качественного анализа
С учетом цвета осадков, приведенных выше в таблице 3, нам остается распознать только те катионы, которые образуют черные сульфиды: Группа 2: Bi3+, Pb2+,...
-
"Сероводородная" классификация катионов Катионов, подлежащих распознаванию, у нас гораздо больше, чем анионов, поэтому самостоятельное построение...
-
Систематический ход анализа катионов - Основы качественного анализа
Делаем пробу с сероводородом в кислой среде, как описано в п. 3.1. Если осадок выпал, отмечаем его цвет и проверяем его растворимость в избытке раствора...
-
Систематический ход анализа анионов - Основы качественного анализа
К пробе раствора добавляем раствор нитрата бария. Если осадок выпал, отмечаем его цвет, добавляем соляной кислоты, наблюдаем, растворился ли осадок,...
-
Распознавание анионов, не осаждаемых катионами бария и серебра - Основы качественного анализа
В нашем списке таких анионов только два: нитрат NO3- и нитрит NO2-. Они сильно отличаются по окислительно-восстановительным свойствам. В нитрате степень...
-
Отношение к раствору соли серебра AgNO3 - Основы качественного анализа
Поскольку часть анионов уже однозначно охарактеризована в п. 2.1, здесь следует испытывать только те анионы, которые не осаждались солью бария. Если п....
-
Цель работы: освоение методик подготовки проб почвы и растительности, подготовка проб почвы и растительности для инструментального...
-
Нелинейный регрессионный анализ, Множественный регрессионный анализ - Основы научных исследований
Линейные по параметрам регрессионные модели можно использовать для аппроксимации нелинейных зависимостей путем их линеаризации с помощью базисных...
-
В результате первой стадии статистического исследования (статистического наблюдения) получают статистическую информацию, представляющую собой большое...
-
Наиболее представительные ионы и соответствующие им структуры помещены в таблицы, их используют при интерпретации масс-спектров. Кроме того сравнивают...
-
Методы непараметрической статистики - Основы теории систем и системного анализа
Использование классических распределений случайных величин обычно называют "параметрической статистикой" - мы делаем предположение о том, что...
-
Теоретические основы кондуктометрического метода анализа - Электрохимические методы исследования
Кондуктометрические методы анализа основаны на измерении электропроводности исследуемых растворов. Существует несколько методов кондуктометрического...
-
Методика отбора и хранения проб Отбор и хранение проб производилось согласно ГОСТ Р 51592-2000 "Общие требования к отбору проб".[35,36] Пробы воды в...
-
Качественные методы анализа - Разработка технологической схемы получения анизола и крезола
Рециркуляционных реакционно-ректификационных процессов. При анализе сложных ХТС, характеризующихся большим числом параметров и переменных необходимо...
-
Показатели Результаты исследования Гидрокарбонаты ПАВ Фосфаты Сульфаты Проба №1 (пос. Кирпичное) Отсутствуют 0,085 Осадок бурого цвета Отсутствуют Проба...
-
Введение, Общие сведения о фосфорной кислоте - Общие сведения о фосфорной кислоте
Фосфорная кислота является основным сырьем для производства фосфорных удобрений, кормовых добавок, инсектицидов и других фосфорсодержащих продуктов....
-
Задача количественного химического анализа состоит в определении содержания тех или иных элементов в анализируемом материале; при этом главное требование...
-
Моделирование в условиях противодействия, игровые модели - Основы теории систем и системного анализа
Как уже неоднократно отмечалось, системный анализ невозможен без учета взаимодействий данной системы с внешней средой. Ранее упоминалась необходимость...
-
Вещество [Co] Лиганды и Комплексообразователь Координационное число 6 Для комплексов с координационным числом 6 характерно октаэдрическое расположение...
-
Общие вопросы Привести объекты судебно-химического (химико-токсикологического) анализа. Дать понятие "вещественным доказательствам". Значение наружного...
-
Фотоэлектроколориметрические методы относятся к объективным методам, так как интенсивность окраски растворов оценивают с помощью специальных устройств -...
-
Заключение, Литература - Общие сведения о фосфорной кислоте
Производство фосфорной кислоты методом сернокислотной экстракции сводится к разложению природного фосфатного сырья серной кислотой с последующим...
-
Растворы - термодинамические устойчивые системы переменного состава, состоят не менее чем из двух компонентов и продуктов их взаимодействия. Это...
-
Метод сравнения является универсальным методом и применяется во всех разделах статистики (метод сравнения средних, оценивания неизвестных параметров и...
Рентгенофазовый анализ (РФА), Общие сведения - Основы качественного анализа