保存科学における粉末X線回折：遺産アートオブジェクトに対する腐食製品のルーチンの結晶構造の決意に向けて

この方法の全体的な目標は、マイクロおよびナノ結晶および腐食生成物の結晶構造に関する知識を得て、遺産の美術品の生成反応と崩壊反応をよりよく理解し、混合物の完全な定量分析を可能にすることです。この方法は、美術品がどのように生産されてきたのか、なぜ腐食しているのかなど、保存科学の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、単結晶を必要とせず、少量のマイクロ結晶と粉末のみを必要とすることです。

この方法は保存科学への洞察を提供しますが、材料科学、無機化学、金属学などの他の分野にも適用できます。この手法の考え方は、近年ガラスによる金属腐食とされるグラデーション現象を調査したところ、その発想が判明しました。サンプル調製とデータ収集のデモンストレーションは、当研究室の化学技術アシスタントであるStefaniさんです。

デジタル顕微鏡で、不透明なブルーグリーンのカボションから1ミリグラム未満のサンプルを、細い針を使って歴史的な留め金で慎重に選びます。これに続いて、小さな瑪瑙乳鉢の乳棒でサンプルを慎重に挽きます。サンプルを2つの薄いX線透過性ポリアミド箔に分散させ、中央に直径8mmの開口部を持つ透過型サンプルホルダーに取り付けます。

透過型サンプルホルダーを回折計のシータ円に固定します。透過モードで0.015度2シータのステップ幅で、5〜85度の2シータから20時間サンプルを測定します。パーティクルの統計情報を向上させるために、回転をオンにします。

次のステップは、低次の Sovietske Golle 多項式の 1 次導関数と 2 次導関数を使用して、自動ピーク探索を実行することです。まず、アイコンをダブルクリックしてソフトウェアプログラムを起動し、[スキャンファイルのロード]をクリックします。プルダウン メニューを使用して xy データ ファイルを選択し、適切なファイルをダブルクリックします。

次に、ファイルの範囲を拡大します。[Emission Profile] タブをクリックし、[Load Emission Profile] を選択して、目的のプロファイルを選択します。次に、Automatically Insert Peaksボタンをクリックし、Remove K Alpha 2 Peaksのクリックを解除し、Peak Widthを0.12に設定した後、Noise Thresholdを1.74に設定してAdd Peaksボタンを押します。

パターンを拡大し、ピークの目的のセクションに移動してから、ピークの詳細ウィンドウを開きます。マウスの左ボタンを押してピークを設定します。次に、[Peaks Phase]をクリックします。

[位置]をクリックしてすべてのピークを黄色にマークし、黄色でマークされた列を左クリックして選択内容をコピーし、[インデックス範囲の作成]を選択します。範囲の選択を解除し、[範囲インデックス] を選択します。次に、すべてのブラベー格子を選択します。

その後、「実行」ボタンを押します。そして、はい、インデックス作成ソリューションを維持します。[ソリューション]ボタンを押し、ボタン1を左クリックして最初のソリューションを強調表示します。

次に、強調表示されたソリューションを右クリックして、選択内容をコピーします。「範囲インデックス」の選択を解除し、範囲を選択します。この時点で、[Add hkl Phase] を押し、範囲を拡大してから [hkl Phase] を展開します。

[Indexing Details] で、[Paste Indexing Details] を選択します。[背景] で [順序] を 8 に変更し、[1/X Bkg 用語] を選択します。次に、「Instrument」をクリックします。

プライマリ半径とセカンダリ半径を217.5 mmに設定した後、[ポイント検出器]で[受信スリット幅]を選択します。「Full Axial Model」で、ソース、サンプル、および RS の長さを 6 mm に設定します。次に、[修正]をクリックして、[エラー0]を選択します。

[LP 係数] を選択し、値を 27.3 に設定します。次に、[その他] をクリックし、[畳み込みステップ] を 2 に設定します。[Start X] を選択して値を 8 に設定し、[Finish X] を選択して値を 75 に設定します。

「Click Peaks Phase」で「Delete Peaks Phase」を選択し、「Yes」をクリックします。この時点で、「hkl Phase」をクリックし、「Microstructure」を選択します。Cry size Lを選択した後、Cry size Gを選択し、Strain Lを選択し、Strain Gを選択してからRunボタンを押します。

最後に、電荷反転に適した自慢のピークのリストを作成します。結晶構造の決定には、タンジェント式を含めることで支えられた電荷反転の方法を使用して、ほとんどの重い原子の位置を見つけます。まず、[ファイル]で[すべて閉じる]を選択し、[はい]をクリックします。

[起動] で [カーネルの起動] を選択します。[Launch] プルダウン メニューから [Set INP file] を選択し、準備した入力ファイルを選択します。次に、実行ボタンを押し、約20, 000サイクル後に停止ボタンを押してOKをクリックします。その後、選択した原子を表示する一時的な出力ウィンドウ ボタンを押してから、クラウド オプション ダイアログ ボタンを押します。

ピックするNを45に設定します。幅の対称性を選択し、ピックボタンを押します。一時的な出力をコピーしてテキストファイルに保存し、電荷反転グラフィックウィンドウを閉じます。

次のステップは、シミュレーテッドアニーリングのグローバル最適化法を適用して、欠落しているすべての非水素原子の位置を見つけることです。起動プルダウンメニューから[INPファイルの設定]を選択し、準備した入力ファイルを選択します。Run(実行)ボタンを押し、数千サイクル後にStop(停止)ボタンを押してYes(はい)をクリックします。

最後のステップは、シミュレーテッドアニーリングをオフにし、適切なコマンドをコメントアウトしてReitfeldリファインメントモードに切り替えることです。[起動] で [INP ファイルの設定] を選択し、準備した入力テキスト ファイルを選択します。最後に、[実行]ボタンを押して、[はい]をクリックします。

高分解能の粉末X線回折を使用して、歴史的な物体の2つの長い間知られている腐食生成物の結晶構造を決定しました。透過率の最先端の実験室用高分解能粉末回折計を使用した標準測定と、単色X線を使用したデバイシェラー幾何学が行われました。試料1の結晶構造決定は、逆空間法と直接空間法をDifferential Fourier解析と繰り返し組み合わせて行いました。

これらの化合物の結晶構造を決定することで、正確な組成が確認され、崩壊メカニズムの理解が深まり、腐食生成物の完全な定量的相分析が可能になります。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば1日以内に行うことができます。この手順に従って、DTA、ラマン分光法、EDXなどの他の方法を実行して、組成、結合、可能な相転移、および安定性に関する補完的で追加の情報を取得できます。

このビデオを見れば、サンプルの調製方法、適切な粉末回折データの記録方法、データ削減の実行方法、微結晶材料の結晶構造の決定方法について十分に理解できるはずです。その開発後、この技術は保全科学の分野の研究者のための道を開くでしょう、そしてそれは非破壊的で、速くそして使いやすいです。