Ne nedir :

arkadasfan

arkadasfan Yazdı...



X-Ray Diffraction nedir, XRD nedir ? X-Işını Kırınım yöntemi nedir ?

19 Aralık 2014 Bu içerik 17.985 kez okundu.


X-Işını Kırınım yöntemi (XRD), her bir kristalin fazın kendine özgü atomik dizilimlerine bağlı olarak X-ışınları karakteristik bir düzen içerisinde kırması esasına dayanır. Her bir kristalin faz için bu kırınım profilleri bir nevi parmak izi gibi o kristali tanımlar. X-Işını Kırınım analiz metodu, analiz sırasında numuneyi tahrip etmez ve çok az miktardaki numunelerin dahi (sıvı, toz, kristal ve ince film halindeki) analizlerinin yapılmasına olanak sağlar. X-Işını Kırınım cihazıyla kayaçların, kristalin malzemelerin, ince filmlerin ve polimerlerin nitel ve nicel incelemeleri yapılabilir.

İleri Teknoloji Araştırma ve Uygulama (İLTEK) Merkezinde bulunan BRUKER D8 ADVANCE X-Işını Difraktometresi, çok amaçlı üniteleri ile hizmet vermektedir. Cihaz bakır hedefli X-ışını tüpüne ve tüpteki ani sıcaklık değişimlerini kontrol eden su soğutucusuna sahiptir. Cihazda, monokromatize X-ışını elde edilmesini sağlayan, yüksek çözünürlükte Grafit Monokromatör kullanılmaktadır. D8 ADVANCE XRD cihazında bulunan çapraz ışın optik mekanizması (CBO), yeni bir ayar ve düzenleme yapılmaksızın, odak ya da paralel ışın geometrisinde çalışabilme imkanı sağlar. Rutin olarak kullanılan "Bragg-Brentano odak ışın geometrisi" yöntemi ile iyi kristallenmiş ve düzgün yüzeyli örneklerden oldukça güçlü kırınım bantları elde edilmesine karşın; yüzeyi pürüzlü, zayıf kristallenmiş örneklerin ve özellikle ince filmlerin faz tanımlamalarında "Paralel odak ışın geometrisi" kullanılmaktadır. Ayrıca değişik kalınlıklardaki ince filmlerden, standart Θ/2Θ (2Θ=3-90° aralığında) tarama yöntemiyle genellikle zayıf bir sinyal alınmasına karşın, 2Θ tarama yöntemi ve sabit bir grazing açısı (GID-minimum 0,5°) ile, daha güçlü bir sinyal elde edilebilir. Bu teknikle, ince film ve polikristalin örneklerde hassas ölçümler yapılabilmektedir. Toz örneklerin ya da ince filmlerin X-ışını kırınım deseni elde edildikten sonra yapılan kalitatif analizlerde, ICDD kartlarında bulunan yaklaşık 200000 civarında madde ile karşılaştırma yapılarak fazlar belirlenmektedir.

Numunenin bireysel kırınım yapılandırılması nasıl olursa olsun, herhangi D8 ADVANCE toz numunelerinin, kristalite büyüklüğü tayini, kristal yapının aydınlatılması için uygun ortamda yada farklı ortam koşullarında, kalitatif ve kantitatif faz kimliklerini belirlemenin yanı sıra bir dizi farklı uygulamalar gerçekleştirme özelliğine ( mikro gerilme analizleri, kalıntı gerilme analizleri ) sahiptir.


Örnek Hazırlanması ve Ölçümü
Fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre örnek hazırlandıktan sonra analiz şartları belirlenir. En basit olarak, kayaç ve mineral numuneleri agat havanda iyice öğütülüp toz haline getirilir. Toz haline getirilen numuneler analiz edilmek üzere plastik kaplarda saklanır. Analiz edilecek örnekler özel numune tutucularına konularak XRD cihazının örnek tutucusuna yerleştirilir ve analiz edilir.

Uygulamalar
BRUKER D8 ADVANCE X-Işını Kırınım cihazı oldukça geniş bir uygulama alanına sahiptir:
• Jeolojide minerallerin ve kayaçların tanımlanmasında
• Metal ve alaşım analizlerinde
• Seramik ve çimento sanayiinde
• İnce film kompozisyonu tayininde
• Polimerlerin analizinde
• İlaç endüstrisinde belli bir malzeme içindeki polimorfların ve safsızlıkların tespitinde
• Arkeolojide, tarihi yapıları oluşturan malzemelerin tayininde
• Sentezlenen malzemelerin yapısının aydınlatılmasında
• Malzeme Biliminde

Optik Mekanizması
Yüksek gerilim jeneratörü,
Gonyometre ünitesi ve radyasyon önleme kabini,
Aksesuarlar, ataşman ve yardımcı cıhazlar,
Kontrol bilgi işlem ünitesi,
Kontrol, bilgi işlem değerlendirme ve veri tabanı yazılımları.


X-Işınları Kırınımı (XRD) Analizleri
Özellikle optik yöntemler (polarizan mikroskop altındaki incelemeler) ile incelemelerin sınırlı veya imkansız olduğu kayaç, cevher, kil mineralleri, endüstriyel hammaddeler ve kristalen malzemeler ile böbrek taşlarının nitel ve nicel olarak analizleri yapılmaktadır. Toz haline getirilen numuneler, özel numune tutuculara konularak XRD cihazlarının özel örnek localarına yerleştirilir ve analiz edilir.

Ölçüm metodu
İncelenmek üzere gelen numuneden (numunenin tamamını temsil edecek şekilde) örnek alınır ve öğütülmesi gerekiyorsa öğütülüp analize hazır hale getirilir.
XRD incelemeleri için, ön hazırlığı yapılan örnek üzerinde XRD analizi yapılır. XRD analizi aşağıdaki aletsel koşullarda yapılmaktadır;
Jeneratör ve dedektör : Bruker D8 advance (Lynxeye dedector)
Tüp: Cu (40 Kv – 40 mA)
Dalga boyu : Cukα1=1.54059 Å
Tarama hızı : (isteğe bağlı) °/dk
Elde edilen XRD difraktogramı, difraktometreye bağlı DİFFRAC EVA programında ve ICCD (International Center For Diffraction Data) datalarına göre değerlendirlimektedir. Bu program ile; (cihazın algılama sınırları içerisinde) elde edilen XRD difraktorgramı ve ICCD dataları eşleştirimekte ve olası sonuçlar ekte verilmektedir.


* * * * * * * * *
AÇIKLAMALAR:

xrd ,x-ışınları tarafından oluşturulan kırınım deseninden atomik düzeyde bilgi edinmek için kullanılmaktadır. x-ışınları ölçümleri kristale zarar vermeksizin yapısı hakkında bilgi veren güçlü bir yöntemdir. x-ışınları kırınımı günümüzde malzene karakterizasyonu için endüstriyel ve bilimsel araştırmalarında; fizik, kimya, biyoloji, biyokimya, mazeme ve metalürji, jeoloji, madencilik, çimento, seramik ve teknolojik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

bir x-ışınları kırınım deseninden;

bir katıdaki düzlemler arasındaki mesafe (atomların oluşturduğu sıralar)
tek kristalin veya taneciğin yönelimi
bilinmeyen bir malzemenin kristal yapısı
tanecik boyutu, stresi ve şekli hakkında bilgi elde edilebilir.

xrd uygulamları;

malzemenin içerdiği fazları belirlemekte
nicel faz analizinde
sıcaklık, basınç v.s. fiziksel parametrelere bağlı faz değişimlerinde
tanecik boyutu belirlemede
tanecik yönelimi belirlemede
kimyasal komposizyonu belirlemede
ve örgü sabitlerini bulmak

K: Ekşi :)

* * * * * * * *


Kısaca XRDX-Ray Diffraction (XRD) spektroskopisi olarak bilinen X-Işını Difraksiyon spektroskopisi isminden anlaşılacağı üzre X-ışını denilen Ultraviyole ışından daha kuvvetli fakat Gamma ışınından daha zayıf enerjili ışın kullanılarak yapılan analizi temel alır.

X-Ray Diffractometer denilen aletler ile yapılan bu karakterizasyonda örnek türüne göre değişik uygulamalar görülmektedir. Ayrıca dedektör ve ışın doğası da önemli etkenlerdir.

Çalışma prensibi olarak örneğe X-Işını göndererek kırılma ve dağılma verileri toplaması söylenebilir. Benzetme yapmak gerekirse üniversite hazırlık sınavlarındaki klasikleşmiş fizik sorularından kırılma indisi-açı soruları uygun olacaktır. Kristal yapısına göre ışını farklı açılarda ve şiddette kıran örnekler çok hassas biçimde analizlenebilmektedir.
Resimde ışını üreten sol üst başlık ile dedektör (sağ üst) birbirine V şeklinde bir açıyla bağlanmıştır. bu açı değişebilmekte olup orta hazne örnek yüklemesi için kullanılmaktadır.

Fourier Transform devriminden sonra XRD makineleri de bayağı profesyonellişmiş önceleri her açıyı ayrı ayrı analizleyip toplu değer sunan makineler şimdi geniş açıları çok dar zamanda ve uygun çıktı ile verebilmektedir.

XRD'yi çok kullanışlı yapan şey kristal yapılarında parmakizi hassaslığında veri toplayabilmesi ve güvenilir olmasında yatmaktadır.

XRD optik mikroskobi yöntemleri ile belirlenemeyecek kadar küçük tane boyutuna sahip minerallerin kristal yapı özelliklerine göre tanımlanmasında kullanılan bir tekniktir. Bu teknikte incelenecek olan numune ideal tane boyutuna gelene kadar öğütülerek toz hale getirilmekte ve XRD analiz cihazları ile analiz edilmektedir. Birimde gerçekleştirilen XRD analizleri Bruker D8 Advance, Panalytical X'Pert Powder ve Philips PW 1830 marka model cihazlar ile yürütülmektedir.
Standart kalitatif XRD analizlerinde numuneler Ni filtreli Cu X-ışın tüplü cihazlar ile 2-70 derece arasında analiz edilmekte, elde edilen X-ışın difraktogramları ASTM standartlarına göre yorumlanmaktadır.
Standart XRD analizleri ile tanımlanmaları mümkün olmayan kil grubu mineralleri için zenginleştirme işlemi uygulanarak kalitatif XRD detay kil analizleri yapılmaktadır. Bu yöntemde standart analiz sonrası zenginleştirilen numuneler Ni filtreli Cu X-ışın tüplü cihazlar ile 2-40o arasında normal, etilen glikollü ve fırınlamalı (550 Co) olarak analiz edilmekte, elde edilen X-ışın difraktogramları ASTM standartlarına göre yorumlanmaktadır.
Minerallerin miktarsal oranları (kantitatif XRD analizi) Rietveld metodu kullanılarak hesaplanmaktadır. Uygulanan metot ile, yüksek çözünürlüklü Pixel tabanlı dedektörden alınan dikraktogramlar üzerinde, kristal yapı dosyalarını içeren veri tabanları kullanılarak gerekli pik düzeltmeleri (Rietveld Refinement) yapılmakta ve standart sapma oranları ile birlikte minerallerin % oranları verilmektedir.
Doğal minerallerin yanı sıra XRD yöntemi ile böbrek taşlarının incelemesi yapılmakta, toz hale getirilen numuneler Ni filtreli Cu X-ışın tüplü cihazlarda 2-40° arasında analiz edilerek böbrek taşlarının türü belirlenmektedir.


* * * * * * * * *
Diğer bir anlatım şekli ile;

X-Işını Kırınımı (XRD), partikül maddelerin, killerin ve diğer minerallerin hızlıca tespit edilmesini sağlar. Numunelerinizin kristalografik yapısı hakkında, mevcut fazların tanımlanmasında kullanılabilecek detaylı bilgiler sunar. XRD, özellikle optik mikroskobi, tarama elektronu mikroskobu/enerji dağıtıcı spoektometre (SEM/EDS) ya da elektron mikroskobisiyle değerli malzemelerin miktar hesaplaması (QEMSCAN®) gibi diğer yöntemlerle optik olarak tanımlaması güç olan fazların tanımlanmasında faydalıdır.

Geçmişte, XRD genellikle kayaçlardaki, killerdeki, cevherlerdeki, partiküllerdeki ve diğer metalürjik ürünlerdeki grup mineral yığınlarını belirlemede kullanılmaktaydı. Numunelerinizde meydana gelen her mineral fazı bölümü de dahil olmak üzere mevcut tüm fazların normatif ya da ağırlık yüzdelerinin belirlenmesi için yarı niceliksel bir yöntem sağlar.

Artık, güçlü bilgisayarların ve Rietveld (RIR analizi) miktar hesaplama yöntemlerinin sayesinde niceliksel XRD verileri elde edilebilmektedir. Modern yüksek hızlı detektörler sayesinde çok sayıda numune hakkında hızlıca veri toplanabilmekte ve numune popülasyonlarının farklılaştırılması için tüm doku kümesi analizleri kullanılabilmektedir.

SGS, numunelerden toplanan deneysel difraksiyon dokularının tanımlanması için toz difraktometreleri, modern bilgisayar yazılımları ve kapsamlı bir mineral veritabanı kullanmaktadır.

Standart RXD analizinde numune hazırlama bir rutindir ve veriler etkin, doğru bir şekilde elde edilebilir. XRD analizi toz haline getirilmiş bir numune üzerine yapılır ve kimyasal analiz için mineralojik veri elde etmenin kolay bir yoludur.

NİTELİKSEL XRD ANALİZİ


XRD analiziyle belirlenen tüm fazlar raporlanır ve majör (> %30), normal (%10-30), minör (%2-10) ve eser (< %2) miktarda şeklinde gruplanır. Fazlalıkların belirlenmesi ve sınıflandırılmasında nispi zirve yükseklikleri ve mineralin kristalleşme yapısı baz alınır.

YARI NİCELİKSEL XRD ANALİZİ


X-ışını kırılım analizi ile elde edilen tüm mineraller raporlanır ve majör (>%30), normal (%10-30), minör (%2-10) ve eser miktarda (<%2) şeklinde gruplandırılır. Ayrıca, RIR (veya Rietveld) XRD analiziyle ortaya çıkarılan mineral fazlalıkları (% ağırlık) bütün kayaç analiziyle yeniden değerlendirilir ve raporlanır.


* * * * * * * * *

Kullanım Alanları

X-ışını difraktometresi, günümüzde malzeme karakterizasyonu için endüstriyel ve bilimsel araştırma/geliştirme çalışmalarında; malzeme ve metalürji, seramik, fizik, kimya, biyoloji, biyokimya, jeoloji, madencilik, çimento ve teknolojik uygulama alanlarındaki endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Cihazın Teknik Özellikleri

• XRD cihazı ayırma gücü çok yüksek 3 boyutlu piksel tabanlı çalışan, katı hal tipinde mükemmel hızlı dedektöre sahiptir.

• Cihaza eklenen tüm parçalar ilave edildikten sonra herhangi bir ayara gerek olmadan direkt olarak çalıştırılabilmektedir. Hiçbir şekilde tekrar doğrusallık ayarı (alignment) gerektirmemektedir.

• Empyrean Model XRD cihazında 2300OC’ye kadar yüksek sıcaklıklarda çalışma yapmak mümkündür. Hava, harici gaz veya vakum ortamında çalışabilmektedir.

• En küçük adım büyüklüğü: 0.0001O’dir.

• Tarama hızı 0.0001O/dk.

• Tarama açısı aralığı 2θ için alt sınır en az -3O ile 160O’dir.

* * * * * * * *

W i k i açıklamaları,
Tarihi:
Kristallerin ve X-ışınlarının Erken Bilimsel Tarihi;


Kristaller düzen ve simetrilerinden dolayı öteden beri ilgi çekmiş, ancak 17’nci yüzyıla kadar bilimsel olarak araştırılmamıştır. Johannes Kepler Strena seu de Nive Sexangula (1611) adlı bir çalışmasında kar tanelerinin altıgen simetrilerisinin küresel su taneciklerinin düzenli dizilişnden kaynaklandığı hipotezini öne sürmüştür.X-ışını kristallografisinde kar tanesinin görünümü.

Kristal eşbakışımı (simetrisi) deneysel olarak ilk defa Danimarkalı bir bilim insanı olan ve herhangi bir nümunedeki belli bir kristalin tüm yüzleri arasındaki açıların hep aynı olduğunu ispat eden Nicolas Steno (1669), ile bir kristalin her bir yüzünün üst üste yığılmış aynı büyüklük ve şekle sahip basit bloklar şeklinde tanımlanabileceğini keşfeden René Just Haüy (1784) tarafından araştırılmıştır. Bu sayede 1839’da William Hallowes her bir yüze üç küçük tamsayı etiketi verebilmiştir. Günümüzde de kristallerin yüzlerini tanımlamakta halen Miller indisleri kullanılmaktadır. Haüy’ün çalışması kristallerin düzgün üç-boyutlu atom ve molekül dizileri(bir Bravais kafesi) şeklinde olduğu yönündeki akla yatkın fikre ulaşılmasını sağlamıştır; birim hücre birbirine dik olması şart olmayan üç temel eksen boyunca sürekli tekrarlanmaktadır. 19’uncu yüzyılda muhtemel simetrilerin tam bir kataloğu Johan Hessel, Auguste Bravais, Evgraf Fedorov, Arthur Schönflies ve (gecikmeli olarak) William Barlow tarafından ortaya konmuştur.

Mevcut veriler ve fiziksel izahlardan, Barlow 1880lerde daha sonra X-ışını kristalografisi tarafından onaylanan pek çok kristal yapı önermiştir; bununla birlikte, 1880lerde eldeki veriler çok yetersiz olduğundan modeli ikna edici bulunmamıştır.Buzun X-ışını kristtallografi ile elde edilen görünümü.X-ışınları 1895’te kristal simetrisiyle ilgili teorik çalışmaların sonuçlandığı dönemde Wilhelm Conrad Röntgen tarafından keşfedilmiştir. Fizikçiler başlangıçta X-ışınlarının doğasını (bir elektromanyetik ışıma dalgaları, yani ışığın farklı bir formu olduğu yönünde doğru tahminleri olsa da) tam olarak bilmiyorlardı. O zamanlar, ışığın dalga modeli —özellikle Maxwell’in elektromanyetik radysyon teorisi— bilim çevrelerinde epeyce kabul görmekteydi. Charles Glover Barkla tarafından gerçekleştirilen deneyler de X-ışınlarının elektromanyetik dalga oluşuyla ilgili enine polarizasyon ve spektrum çizgilerini de içeren ve görünür dalgaboyunda gözlenen özellikler gösterdiğini ortaya koymuştur.

Arnold Sommerfeld’in laboratuvarındaki tek yarı deneyleri X-ışınlarının dalga boylarının 1 angstrom civarında olduğunu göstermişti. Bununla birlikte, X-ışınları fotonlardan oluştuğundan tanecik özelliği de göstermekteydi. Foton kavramı 1905’te Albert Einstein tarafından ortaya atılmış, ancak 1922’de Arthur Compton tarafından X-ışınlarının elektronlardan saçılması deneyiyle doğrulanmasına kadar geniş kabul görmemiştir. Bundan dolayı, X-ışınlarının gazları iyonlaştırma gibi tanecik özellikleri, William Henry Bragg’ın 1907’de X-ışınlarının elektromanyetik dalga olmadığı yönünde iddialarda bulunmasına neden olmuştur. Bununla birlikte, Bragg’ın bakış açısı pek kabul görmemiş ve 1912’de X-ışını kırınımının gözlemlenmesi sonucunda çoğu bilim insanınca X-ışınlarının bir tür elektromanyetik ışıma olduğu kabul edilmiştir.

* * * * * *

Kristallerin X-ışını Çözümlenimi (Analizi)
Kristaller düzenli atom dizileridir ve X-ışınları elektromanyetik radyasyon dalgaları olarak düşünülebilir.Atomlar X-ışını dalgalarının primer olarak elktronları vasıtasıyla saçılmasına neden olur.Deniz fenerine çarpan bir okyanus dalgasının fenerden uzaklaşan sekonder dairesel dalgalar oluşturması gibi bir elektrona çarpan X-ışını dalgası da elektrondan uzaklaşan sekonder küresel dalgalar oluşturur.Bu olay esnek saçılma olarak bilinir ve elektron(veya deniz feneri) saçıltıcı olarak bilinir. Düzenli olarak yerleştirilmiş saçıltıcılar düzenli küresel dalgalar oluşturur. Bu dalgalar yıkıcı girişimden dolayı çoğu. yönlerde birbirini yok etseler de belli birkaç yönde birbirinin üstüne binerek yapıcı girişim oluştururlar ki, bu da Bragg saçılma kanunuyla bulunur: 2d sin θ =n λBurada d kırınım yüzeyleri arasındaki mesafe, θ geliş açısı, n bir tamsayı ve λ demetin dalga boyudur. Özel yönler kırınım deseni üzerinde yansıma tabir edilen spotlar oluştururlar.Yani X-ışını kırınımı bir elektromanyetik dalganın(X-ışını) düzenli yerleştirilmiş saçıltıcılardan(kristal içindeki atomların tekrarlanan düzenli dizilişi) sekmesinin bir sonucudur.

Kırınım deseni olşturmada X-ışınları kullanılmaktadır çünkü dalga boyları λ, kristalin içindeki yüzeyler arasındaki mesafe d ile aynı büyüklük mertebesindedir (1–100 angstrom). Prensipte düzenli saçıltıcılara çarpan her dalga, ilk kez Francesco Maria Grimaldi tarafından 1665’te söylendiği gibi kırınım oluşturabilir. Kayda değer bir kırınım oluşabilmesi için, saçıltıcılarla bunlara çarpan dalgaların boyunun birbirine yakın büyüklükte olması gereklidir.

Örneğin güneş ışığının kuş tüylerinde kırınıma uğraması ilk kez 17’nci yüzyılın sonlarında James Gregory tarafından dile getirilmiştir. Görünen dalga boyları için ilk yapay kırınım ağları David Rittenhouse tarafından 1787’de ve Joseph von Fraunhofer tarafından 1821’de imal edilmiştir. Bununla birlikte, görünür ışığın dalga boyu (genellikle 5500 angstrom civarı) kristallerde kırınımı gözlemlemek için çok uzundur. İlk X-ışını kırınım deneyleri öncesine kadar kristallerin kafes yapılarındaki yüzeyler arasındaki mesafe kesin olarak bilinmiyordu.

Kristallerin bir kırınım ağı olarak kullanılabileceğ fikri 1912’de Paul Peter Ewald ve Max von Laue araında Münih’te bulunan English Garden’daki bir sohbette ortaya çıkmıştır. Ewald tezleri için bir kristal rezonatör fikrini ortaya atmış, ancak görünür ışığın dalga boyu ezonatörlerin arasındaki mesafeden çok büyük olduğu için modelinin geçerliliği test edilememişti. Von Laue bu kadar küçük mesafeleri gözleyebilmek için daha küçük dalgaboyuna ihtiyaç olduğunu fark etti ve X-ışınlarının kristallerdeki birim-hücre ile mukayese edilebilir dalga boyuna sahip olabileceğini ileri sürdü. Von Laue Walter Friedrich ve asistanı Paul Knipping adında iki teknisyenle çalıştı ve bir X-ışını demetini bakır sülfat kristaline göndererek kırınım desenini bir fotoğrafik levhaya kaydetti. Banyodan sonra levha üzerinde merkezi demet çevresinde birbiriyle kesişen çemberlerden oluşan çok sayıda belirgin spotların düzenli bir desen oluşturduğu görüldü. Von Laue saçılma çılarıyla kristaldeki birim-hücreler arası mesafelerinin büyüklük ve yönelmesi arasındaki ilişkiyi açıklayan ve 1914’te Nobel Fizik ödülünü almasına vesile olan bir kanun geliştirmiştir.

Saçılım
Aşağıdaki matematiksel çıkarımda tabımlandığı gibi, X-ışını saçılması kristaldeki elektronların yoğunluğuyla belirlenir. Bir X-ışının enerjisi valans elektronun enerjisinden çok daha büyük olduğu için, saçılma bir elektromanyetik ışının serbest bir elektronla etkileşimini açıklayan Thomson saçılması gibi modellenebilir. Bu model genellikle saçılan radyasyonun polarizasyonunu tanımlamak için kullanılır.

m kütleli bir tanecik için Thomson saçılmasının genliği:



1912’den 1920’ye Kadar Meydana Gelen Gelişmeler

Von Laue'nun öncü araştırmalarından sonra, özellikle fizikçiler William Lawrence Bragg ve babası William Henry Bragg sayesinde bu alanda hızlı gelişmeler olmuştur . 1912–1913 yıllarında, the genç Bragg gözlemlenen kırınımla kristalde düzenli aralıklarla dizilmiş yüzeylerden yansımaların ilişkisin açıklayan Bragg kanunu bulmuştur. Bana oğul Braggler, kristalografi alanındaki çalışmalarından dolayı 1915 Nobel Fizik ödülünü paylaşmışlardır. İlk çalışmalar genellikle basit ve tek-boyutlu simetri şeklindeki çalışmalardı. Bununla birlikte, takibeden onyıllar boyunca deneysel ve hesaplamaya yönelik metotların gelişmesiyle birim-hücredeki atomların iki ve üç-boyutlu daha karmaşık dizilişlerdeki atomik pozisyonlarını anlamak mümkün olmuştur.

X-ışını kristalografisinin —o zamanlar kimyasal ve hidrodinamik deneylerle belli belirsiz bilinen— moleküllerin ve minerallerin yapısını tayin etmedeki potansiyeli çok çabuk faredildi. İlk yapılar basit inorganik kristaller ve minerallerdi, ancak bunlar bile fizik ve kimyanın temel kanunlarının gün yüzüne çıkmasına yetmiştir. 1914’te "çözülen" (yani açığa çıkarılan) ilk atomik kristal yapı sofra tuzununkidir. Elektronların sofra tuzu yapısındaki dağılımı, kristallerin kovalent bağlarla bağlanmış moleküllerden oluşmasının şart olmadığını ve iyonik bileşiklerin varlığını ispat etmiştir. Elmasın yapısı da, C–C arasındaki her bir bağın uzunluğunun 1.52 angstrom olduğu ve kimyasal bağların düzgün dörtyüzlü şeklinde düzenlendiğinin anlaşılmasıyla aynı yıl çözülmüştür. İlk keşfedilen diğer yapılar arasında 1914’te bakır kalsiyum florür (florit olarak da bilinen CaF2,), kalsit (CaCO3) ve prit (FeS2); 1915’te spinel (MgAl2O4); 1916’da titanyum dioksidin (TiO2) rutile ve anataz formları; 1919’da pirokrit Mn(OH)2 ve devamında, brüsit Mg(OH)2; yer almaktadır. Ayrıca 1919’da sodyum nitrat (NaNO3) ve sezyum dikloroiyodit (CsICl2) Ralph Walter Graystone Wyckoff tarafından tespit edilmiş, wurtzite (altıgen ZnS)’in yapısı da 1920’de anlaşılmıştır.

Grafitin yapısı 1916’da Peter Debye ve Paul Scherrer bunlardan bağımsız olarak Albert Hull tarafından 1917’de bağlantılı bir metot olan un kırınımıyla çözülmüştür. Grafitin yapısı 1924’te birbirinden bağımsız iki grup tarafından tek-kristal kırınımı yöntemi kullanılarak bulunmuştur. Hull demir ve magnezyum gibi metallerin yapısını anlamak için un metodunu kullanmıştır.

Tek-kristal X-ışını Kırınımına Genel Bakış

X-ışını kristalografisinin en eski ve en kesin yöntemi, bir X-ışını huzmesinin tek bir kristale çarparak dağılmış huzmeler ürettiği tek-kristal X-ışını kırınımıdır. Bu huzmeler bir film parçası ya da başka bir dedektörün üzerine ulaştığında noktalardan oluşan bir kırınım paterni oluştururlar; kristal kademeli olarak döndürüldükçe bu huzmelerin kuvvetleri ve açıları kaydedilir. Her noktaya bir yansıma denir, çünkü her nokta kristalin içinde eşit aralıklarla bulunan bir düzlem kümesinden gelen X-ışını yansımasına karşılık gelir. Yeterli saflık ve düzenlilikteki tek kristaller için, X-ışını kırımı verileri ortalama kimyasal bağ uzunluk ve açılarını sırasıyla bir angstromun birkaç binde biri ve bir derecenin birkaç onda biri içerisi kesinlikte belirleyebilir. Bir kristalin içindeki atomlar statik değildir; fakat ortalama pozisyonları civarında genellikle bir anstromun onda birinden az miktarda salınım yaparlar. X-ışını kristalografisi bu salınımın boyutunu da ölçmeye imkan sağlar.

Prosedür

Tek-kristal X-ışını kristalografisinin üç temel adımı vardır. Birinci ve çoğunlukla en güç adım incelenecek materyalin yeterli bir kristalini elde etmektir. Kristal yeterince büyük (tüm boyutları 0.1mm den büyük), kompozisyonu saf ve yapısı düzenli olmalı, çatlama ya da ikizlenme gibi iç kusurları bulunmamalıdır.

İkinci adımda kristal düzgün yansıma paterni üreten, genellikle tek bir dalga boyundaki (monokromatik X-ışını) yoğun bir X-ışını huzmesine yerleştirilir. Kristal kademeli olarak döndürülürken önceki yansımalar kaybolur ve yenileri görünür; kristalin her yöneliminde her noktanın yoğunluğu kaydedilir. Her set kristalin tam dönüşünün yarısından biraz fazlasını kapsayacak ve tipik olarak on binlerce yansımayı içerecek şekilde çoklu veri setlerinin toplanması gerekebilir.

Üçüncü adımda, kristalin içindeki atomların dizilişinin bir modelini üretmek ve geliştirmek için bu veriler tamamlayıcı kimyasal bilgilerle sayısal olarak birleştirilir. Atom dizilişinin en son geliştirilmiş hali (şimdi buna kristal yapısı denir) genellikle herkese açık bir veri tabanında saklanır.

* * * * * *

Kristalin Avantajları

Prensip olarak, bir atomik yapı, kristal olmayan örneklerden ve tek bir molekülden bile, X-ışını saçılması uygulanarak ayırt edilebilir. Bununla birlikte, kristaller periyodik konumlarından dolayı daha kuvvetli sinyal sunarlar. Örnek bir kristalin periyodik tanımı, bir kristal üç bağımsız yönde sonsuz kez tekrar eden birçok birim hücrelerden oluşmaktadır. Bu tür periyodik sistemler, Bragg zirveleri olarak bilinen karşılıklı uzaydaki periyodik olarak tekrar eden noktaların yoğunlaştırılmış Fourier dönüşümlere sahiptirler; Bragg pikleri kırılma görüntüsünde gözlenen yansıma noktalarına karşılık gelir. Bu yansımalardaki genlik, saçıcıların sayısı olan N ile lineer olarak büyür, bu noktaların gözlenen yoğunluğu ise N2 şeklinde kuadratik olarak büyümelidir. Diğer bir deyişle, bir kristalin kullanılması tek birim hücrelerin zayıf saçılmalarını yoğunlaştırarak daha güçlü ve daha tutarlı, gürültü seviyesinin üzerinde gözlemlenen yansımalara dönüştürür. Bu bir yapıcı girişime örnektir.

Bir sıvıdaki, tozdaki ya da amorf örnekteki moleküller rastgele düzende bulunmaktadırlar. Bu örnekler, SAXS’ta gözlendiği gibi, genliğini düzenli bir şekilde yayan ve böylelikle ölçülen sinyal şiddetini azaltan sürekli bir Fourier spektrumuna sahiptirler. Daha da önemlisi yönelimsel bilgiler kaybolur. Teorik olarak mümkün olmasına rağmen, bu tür rotasyonel ortalama verilerden karmaşık, asimetrik moleküllerin atomik çözünürlükte yapılarını elde etmek deneysel olarak zordur. Bir ara durum ise, alt-birimleri en az bir boyutta düzenli olarak yerleştirilmiş olan fiber difraksiyondur.

* * * * * * *

Kırınım yüzeysel bir olay değildir
Kırınım olayında, gelen x-ışınlarıkristal yüzeyinin altındaki atomdüzlemlerine ulaşır, yani kırınımyüzeysel bir olay değildir.
X- ışını demetinin atomdüzlemlerine Bragg açısı olarakbilinen belirli bir açı ile çarpmasıdurumunda ise yansıyan ışınlar tarafından alınan yol, dalga
boyunun (λ) tam katlarına eşitolacağından, ışınlar aynı faza sahip olur.
Kırınıma uğrayan, yani atomdüzlemlerinden yansıyan x-ışınlarının aynı fazda olması durumunda difraksiyon deseni oluşur




Kırınım Gözlenmesi


Bir x-ışını demetinin birbirine paralel atom düzlemlerine θ açısıaltında çarpmasıdurumunda kırınım meydana gelir. Yani kristal düzlemi, düzenli
tek kristal yapısında ise, x- ışınları kristaldüzleminden aynı fazdasaçılır.
Bunun sonucu olarak kırınım gözlenir





Örnek Çalışma sunum ve tezler :

http://www.academia.edu/1748058/Kristaller_ve_X-%C4%B1%C5%9F%C4%B1n%C4%B1_k%C4%B1r%C4%B1n%C4%B1m_y%C3%B6ntemi

http://mersin.edu.tr/apbsuploads/1000470/FizikveTeknoloji/02-XRDVeKirinim.pdf

http://web.pdx.edu/~pmoeck/phy381/Topic5a-XRD.pdf

http://www.chem.sc.edu/faculty/zurloye/xrdtutorial_2013.pdf

http://www.hamit.bilkent.edu.tr/pdf/RIGAKUSMARTLABX-ISINIDIFRAKTOMETRESI.pdf

http://w3.gazi.edu.tr/~mkaradag/tezler/tugcearslan.pdf

http://kutuphane.dogus.edu.tr/makale/13023160/2003/cilt4/sayi2/M0003306.pdf

http://www.nigde.edu.tr/ckfinder_portal/userfiles/files/H%C3%BClya%20Tez.pdf

http://vizyon21yy.com/documan/genel_konular/guncel/Dusununce/X_Isinlari.pdf

http://anibal.gyte.edu.tr/hebe/AblDrive/79354043/w/Storage/218_2010_2_634_79354043/Downloads/x6-xrd.pdf

http://fbe.erciyes.edu.tr/MKA-2005/Dergi/2009-vol25-no-1-2/13.%20(183-196)%2008-nmfizik-02_son%20hali_.pdf

http://fbe.erciyes.edu.tr/MKA-2005/Dergi/2011-vol27-no-3/MAKALE10/FULL.pdf

http://fbe.kilis.edu.tr/dosyalar/belgeler/sinan.pdf

http://acikarsiv.ankara.edu.tr/browse/24952/KıvancAYDINCAKtez.pdf

http://www.protein.ege.edu.tr/Konular/X-ray.pdf

http://teknolojikarastirmalar.com/pdf/tr/01_2013_10_4_158_910.pdf

http://193.255.184.8/tezpdf/32560.pdf

http://fbe.balikesir.edu.tr/dergi/20071/BAUFBE2007-1-7.pdf

http://www.ide.konya.edu.tr/egtfakdergi/Sayilar/sayi%2027/27_17_EFD-2008-090.pdf

http://www.zmtm.org.tr/magazine/zmtm_files/ZM-13/ZM%2013-17.pdf

http://www1.gantep.edu.tr/~lumidoz4/sunular/18.pdf

http://acikerisim.iku.edu.tr:8080/xmlui/bitstream/handle/11413/645/CEVAH%C4%B0R%20EK%C4%B0C%C4%B0.pdf?sequence=1&isAllowed=y

http://kefad.ahievran.edu.tr/archieve/pdfler/Cilt5Sayi2/JKEF_5_2_2004_329_336.pdf

http://www.fbedergi.duzce.edu.tr/article/viewFile/5000067672/5000062844

http://sablon.sdu.edu.tr/enstituler/fenbilim/dergi/files/144-148.pdf

http://www.egelisesi.k12.tr/dosyalar/editor/file/Proje22(2).pdf

http://www.kso.org.tr/duyurures/selcuk-universitesi--ileri-teknoloji-arastirma--ve-uygulama--merkezi--tanitim-.pdf

Yorumlar

Henuz yorum eklenmedi ilk ekleyen siz olun .Yorum Ekle
b