La diffrazione a raggi X (XRD - X-ray diffraction) è una tecnica analitica che fornisce delle informazioni sull'identificazione della struttura e della fase dei materiali cristallini.
La XRD può essere usata per identificare dei singoli cristalli e mostrare la loro struttura. I geologi considerano la tecnologia XRD particolarmente utile visto che può essere usata per identificare i cristalli presenti in una combinazione di elementi come i minerali nella roccia. Per i minerali con formule e strutture variabili come le argille, il metodo XRD è il migliore per la loro identificazione e la determinazione della loro proporzione in un campione.
Come funziona la tecnologia XRD? Questo post del blog tratterà approfonditamente gli aspetti scientifici alla base della tecnologia XRD e spiegherà come funziona nei nostri analizzatori XRD portatili.
La scienza alla base della Diffrazione a raggi X (XRD)
Durante l'analisi XRD, un fascio a raggi X viene diretto verso un campione e l'intensità diffusa viene misurata in funzione della direzione in uscita. Per convenzione, l'angolo compreso tra le direzioni dei fasci in ingresso e in uscita viene denominato 2θ, o 2-theta.
L'angolo compreso tra le direzioni dei fasci in ingresso e in uscita viene denominato 2θ, o 2-theta.
In riferimento al campione più semplice possibile, costituito da piani di carica separati da una distanza d, viene osservata un'interferenza costruttiva (intensità diffusa maggiore) quando la Legge di Bragg viene soddisfatta: n λ = 2 d sin θ.
Tecnologia XRD in pratica
Gli strumenti XRD come la nostra nuova generazione di analizzatori XRD TERRA™ II e BTX™ III utilizzano questa tecnologia per fornire una veloce e affidabile analisi della fase e della mineralogia delle componenti principali e secondarie in tempo reale, direttamente sull'analizzatore.
Inoltre i diffrattometri XRD Olympus adottano un metodo eccezionale per acquisire e elaborare i dati XRD in modo veloce e facile, il quale ci permette di rendere i nostri analizzatori XRD estremamente compatti e portatili. Continuate a leggere per ottenere maggior informazioni sulla nostra tecnica.
L'analizzatore XRD da banco BTX™ III (a sinistra) e l'analizzatore XRD portatile TERRA™ II (a destra) assicurano l'efficienza di un grande e complesso sistema da laboratorio in un formato leggero e compatto.
Modalità di funzionamento dell'analizzatore XRD Olympus
Gli strumenti XRD convenzionali basati su goniometro utilizzano una tecnica geometrica di riflessione per elaborare i dati XRD. Di conseguenza, questi strumenti sono grandi, possiedono numerose parti mobili e spesso richiedono un raffreddamento esterno. Un altro svantaggio è che richiede una quantità consistente di campione per l'analisi. In passato, questi limiti imponevano che l'analisi XRD fosse sempre eseguita in laboratorio.
I nostri ingegneri hanno sviluppato la tecnologia XRD attraverso un eccezionale metodo geometrico di trasmissione dove il fascio a raggi X passa attraverso il campione.
Visto che questo metodo non richiede la presenza di parti mobili, ci ha permesso di costruire il primo analizzatore XRD portatile a batteria in commercio (il successore è il nostro nuovo strumento TERRA™ II). Oggi, i nostri strumenti XRD continuano a assicurare portabilità e facilità d'uso, richiedendo solamente 15 mg di campione per l'analisi.
Una volta che il campione viene inserito nella camera di analisi, i nostri analizzatori XRD utilizzano un metodo di randomizzazione delle particelle denominato liquefazione della polvere. Attraverso questo metodo i nostri analizzatori applicano la frequenza costante indotta a livello piezoelettrico sul campione, generando nella polvere un movimento convettivo dall'alto verso il basso e un movimento rotativo sui rispettivi assi.
In 30 secondi, ogni particella del campione nella camera di analisi è stata colpita dal fascio a raggi X con ogni possibile orientamento. Di conseguenza, i nostri strumenti XRD raggiungono il 100% di randomizzazione, aspetto fondamentale per assicurare una diffrazione a raggi X precisa e accurata.
Come ottenere la mineralogia quantitativa in modo veloce e facile
Abbiamo reso il processo XRD il più semplice possibile in modo che i nostri clienti possano ottenere i risultati di mineralogia quantitativa in modo veloce e semplice. Il processo può essere sintetizzato in solamente alcune fasi:
- Preparazione del campione. È possibile avere maggior informazioni sulle semplici fasi di preparazione dei campioni nel nostro post del blog, Una guida rapida per una veloce analisi XRD quantitativa.
- Inizia l'analisi e l'analizzatore trasmette i raggi X attraverso il campione soggetto a moto convettivo nella camera di analisi
- I raggi X colpiscono il campione e vengono diffratti in un intervallo angolare pari a 2 theta
- Il rilevatore CCD misura la diffrazione
- Il software quantitativo e di identificazione della fase automatica SwiftMin® mostra l'identificazione minerale e della fase in tempo reale direttamente nell'analizzatore o nell'intuitiva interfaccia utente
Il software SwiftMin® elimina le operazioni ripetitive mediante funzionalità intuitive, incluso un dashboard per i dati, le tarature predefinite, il trasferimento dei dati automatico e la facile esportazione dei dati.
Comuni applicazioni XRD
È possibile usare questi risultati XRD per numerose finalità. Le comuni applicazioni XRD includono:
- Attività mineraria
- Oil & gas
- Farmaceutica
- Università
- Esplorazione spaziale
Tre eccezionali funzionalità hardware degli analizzatori XRD Olympus
Oltre a integrare un software in grado di ridurre i tempi di analisi e a prevedere una semplice procedura di preparazione dei campioni, la tecnologia XRD Olympus è costituita da eccezionali componenti hardware che rendono gli strumenti eccezionalmente affidabili e precisi:
- Diffrattometro a raggi X 2D: Numerosi analizzatori XRD utilizzano un rilevatore a raggi X che acquisisce i fotoni provenienti dal campione solamente su un piano o un'analisi 1D. I nostri analizzatori XRD basati su CCD può acquisire una parte dell'anello di diffrazione per aiutare gli utenti a comprendere se il campione è stato preparato correttamente (statistica delle particelle e/o orientazione preferenziale dei cristalli). Queste informazioni possono aiutare a confermare che i dati quantitativi sono precisi e rappresentativi.
- Rilevatore di raggi X con discriminazione dell'energia : Gli analizzatori XRD convenzionali più grandi in genere non possono usare un rilevatore a sensibilità energetica. Di conseguenza il rilevatore è influenzato dai fotoni non usati nell'analisi XRD. Al contrario, i nostri analizzatori XRD rimuovono i fotoni non direttamente interessati dall'analisi a diffrazione a raggi X, come i fotoni a fluorescenza a raggi X, in modo da fornire un migliore rapporto segnale-rumore
- Opzioni del tubo a cobalto e rame: I nostri analizzatori XRD Olympus integrano nella versione standard un resistente tubo a raggi X a cobalto (Co). Questo anodo è preferibile per i geologi e i mineralogisti visto che è ottimale per l'analisi di campioni con alto contenuto di ferro (Fe). Tuttavia bisogna tenere in considerazione che alcune applicazioni, come l'analisi di alti contenuti di manganese, necessitano di un tubo a raggi X a rame (Cu). Rendiamo disponibili entrambi gli anodi in modo che possiate scegliere il migliore in rapporto alle vostre esigenze applicative.
Maggior informazioni sulla tecnologia XRD portatile
Questo post del blog è strutturato per fornire informazioni di base sulla diffrazione a raggi X e sul suo funzionamento nei moderni analizzatori portatili. Per maggior informazioni sulla tecnologia, guarda questo video sulla tecnologia XRD Olympus XRD.
SwiftMin è un marchio registrato di MinEx CRC.
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