संरक्षण विज्ञान में एक्स-रे विवर्तन पाउडर: विरासत कला वस्तुओं पर जंग उत्पादों के नियमित क्रिस्टल संरचना निर्धारण की ओर
Summary
Modern high resolution X-ray powder diffraction (XRPD) in the laboratory is used as an efficient tool to determine crystal structures of long-known corrosion products on historic objects.
Abstract
क्रिस्टल संरचना निर्धारण और प्रयोगशाला उच्च संकल्प एक्स-रे पाउडर विवर्तन (XRPD) का उपयोग ऐतिहासिक कला वस्तुओं पर जंग उत्पादों के शोधन प्रक्रिया दो मामले के अध्ययन के माध्यम से विस्तार से प्रस्तुत किया है।
जांच के तहत पहली सामग्री थी सोडियम हाइड्रॉक्साइड तांबा स्वरूप ऑक्साइड हाइड्रेट, घन 4 Na 4 हे (HCOO) 8 (ओएच) 2 ∙ 4H 2 ओ (नमूना 1) जो सोडा गिलास / कॉपर मिश्र धातु समग्र ऐतिहासिक वस्तुओं पर रूपों (जैसे, इनेमल) संग्रहालय के संग्रह में, formaldehyde और फार्मिक एसिड लकड़ी के भंडारण अलमारियाँ, चिपकने वाले, आदि यह गिरावट घटना हाल ही में "के रूप में कांच प्रेरित धातु जंग" में बताया गया है से उत्सर्जित से अवगत कराया।
दूसरे मामले के अध्ययन के लिए, thecotrichite, सीए 3 (सीएच 3 सीओओ) 3 सीएल (सं 3) 2 ∙ 6H 2 ओ (नमूना 2), चुना गया था, जो एक efflorescent हैनमक टाइल्स और चूना पत्थर वस्तुओं जो लकड़ी अलमारियाँ और प्रदर्शन के मामलों में जमा हो जाती है पर needlelike crystallites के गठन। इस मामले में, लकड़ी एसिटिक एसिड जो विरूपण साक्ष्य या अपने वातावरण से घुलनशील क्लोराइड और नाइट्रेट लवण के साथ प्रतिक्रिया के लिए स्रोत के रूप में कार्य करता है।
ज्यामितीय संरचना का ज्ञान संरक्षण विज्ञान बेहतर उत्पादन और क्षय प्रतिक्रियाओं को समझने के लिए और मिश्रण के लगातार मामले में पूर्ण मात्रात्मक विश्लेषण के लिए अनुमति देने के लिए मदद करता है।
Introduction
संरक्षण विज्ञान कलाकृतियों के संरक्षण में वैज्ञानिक (अक्सर रासायनिक) तरीकों लागू होता है। यह कलाकृतियों के उत्पादन की जांच भी शामिल है ( 'तकनीकी कला के इतिहास': कैसे था यह है कि समय पर किया जाता है) और एक शर्त के रूप में उनके क्षय रास्ते उचित संरक्षण उपचार विकसित करने के लिए। बार बार इन अध्ययनों कार्बोनेट, formates और एसीटेट जैसे धातु कार्बनिक लवण के साथ सौदा। उनमें से कुछ जानबूझकर उपयुक्त यौगिकों (जैसे, सिरका) का उपयोग कर निर्मित कर दिया है, दूसरों के वातावरण (कार्बन डाइऑक्साइड या घर के अंदर वायु प्रदूषण से कार्बोनिल यौगिकों) के साथ गिरावट प्रतिक्रियाओं से निकाले जाते हैं 1। तथ्य की बात के रूप में, इन जंग सामग्री के कई का क्रिस्टल संरचनाओं अभी भी अज्ञात है। के बाद से ज्यामितीय संरचना का ज्ञान संरक्षण विज्ञान में मदद करता है बेहतर उत्पादन और क्षय प्रतिक्रियाओं को समझने के लिए और मिश्रण के मामले में पूर्ण मात्रात्मक विश्लेषण के लिए अनुमति देने के लिए यह एक दुर्भाग्यपूर्ण तथ्य है।
शर्त यह है कि ब्याज की सामग्री पर्याप्त आकार और गुणवत्ता के एकल क्रिस्टल रूपों के तहत, एकल क्रिस्टल विवर्तन क्रिस्टल संरचना के निर्धारण के लिए पसंद की विधि है। इन सीमा शर्तों को पूरा नहीं कर रहे हैं, पाउडर विवर्तन निकटतम विकल्प नहीं है। के रूप में एकल क्रिस्टल विवर्तन की तुलना में पाउडर विवर्तन की सबसे बड़ी कमी पारस्परिक डी -vector डी * (बिखरने वेक्टर) के orientational जानकारी के नुकसान में निहित है। दूसरे शब्दों में, एक भी विवर्तन स्थान की तीव्रता एक क्षेत्र की सतह के ऊपर लिप्त है। यह तीन आयामी विवर्तन (= पारस्परिक) अंतरिक्ष के एक प्रक्षेपण पाउडर पैटर्न में से एक आयामी 2θ अक्ष पर विचार किया जा सकता है। एक परिणाम के रूप में, अलग-अलग दिशा लेकिन बराबर या इसी तरह की लंबाई की वैक्टर बिखरने, ओवरलैप व्यवस्थित या गलती से यह मुश्किल या यहां तक कि इन प्रतिबिंब 2 अलग करने के लिए असंभव बना (एफigure 1)। यह भी मुख्य कारण है कि पाउडर विवर्तन, अपनी प्रारंभिक आविष्कार सिर्फ चार साल बाद पहली एकल क्रिस्टल प्रयोग 3,4, मुख्य रूप से आधे से ज्यादा एक सदी के लिए चरण की पहचान और मात्रा का ठहराव के लिए इस्तेमाल किया गया था के बावजूद। फिर भी, एक पाउडर पैटर्न की जानकारी सामग्री विशाल के रूप में आसानी चित्रा 2 से deduced किया जा सकता है। वास्तविक चुनौती है, तथापि, एक नियमित ढंग से जितना संभव हो उतना जानकारी प्रकट करने के लिए है।
इस लक्ष्य की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है, किसी भी शक के बिना, जो पाउडर विवर्तन डेटा से क्रिस्टल संरचना शोधन के लिए एक स्थानीय अनुकूलन तकनीक का आविष्कार 1969 में 5 ह्यूगो Rietveld से विचार किया गया था। विधि एकल तीव्रता लेकिन बढ़ती जटिलता, इस प्रकार आंतरिक रूप से खाते में चोटी ओवरलैप लेने का एक मॉडल के खिलाफ पूरे पाउडर पैटर्न को निखारने नहीं है। उस समय से, पाउडर विवर्तन तकनीक का उपयोग कर वैज्ञानिकों ने अब और नहीं करने के लिए डेटा विश्लेषण ख सीमित थेY तरीकों एकल क्रिस्टल की जांच के लिए विकसित की है। कई साल Rietveld विधि के आविष्कार के बाद, अब प्रभाव के तहत संरचना निर्धारण के लिए पाउडर विवर्तन विधि की शक्ति को मान्यता दी गई थी। आजकल लगभग प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग के उपयोग पाउडर विवर्तन की सभी शाखाओं में अधिक से अधिक जटिल संरचनाओं क्रिस्टल निर्धारित करने के लिए है, हालांकि अभी भी विधि दिनचर्या के रूप में नहीं माना जा सकता। पिछले एक दशक के भीतर, प्रयोगशाला में पाउडर diffractometers की एक नई पीढ़ी के उच्च संकल्प, उच्च ऊर्जा और उच्च तीव्रता प्रदान करने के लिए बनाया गया था। बेहतर संकल्प तुरंत बेहतर चोटी जुदाई की ओर जाता है, जबकि उच्च ऊर्जा अवशोषण लड़ते हैं। एक बेहतर शिखर प्रोफ़ाइल मूलभूत भौतिक मापदंडों के आधार पर विवरण (चित्रा 3) के लाभ के ब्रैग प्रतिबिंब अधिक विस्तृत संरचनात्मक जांच के लिए अनुमति देने के लिए और अधिक सटीक तीव्रता हैं। आधुनिक उपकरणों और सॉफ्टवेयर के साथ डोमेन आकार और microstra की तरह भी microstructural पैरामीटर्समें नियमित तौर पर पाउडर विवर्तन डेटा से deduced कर रहे हैं।
पाउडर विवर्तन डेटा से क्रिस्टल संरचना निर्धारण के लिए सभी एल्गोरिदम एकल शिखर तीव्रता, पूरे पाउडर पैटर्न या दोनों के संयोजन का उपयोग करें। पारंपरिक एकल क्रिस्टल पारस्परिक अंतरिक्ष तकनीक अक्सर उपलब्ध टिप्पणियों और संरचनात्मक मापदंडों के बीच एक प्रतिकूल अनुपात के कारण असफल हो। यह स्थिति "आरोप flipping" तकनीक 6 (चित्रा 4) और प्रत्यक्ष अंतरिक्ष, नकली annealing तकनीक 7 (चित्रा 5) सबसे प्रमुख प्रतिनिधि है जो की में वैश्विक अनुकूलन विधियों के विकास की शुरूआत के साथ नाटकीय रूप से बदल दिया है। विशेष रूप से, संरचना निर्धारण की प्रक्रिया में रासायनिक ज्ञान की शुरूआत कठोर शरीर या बंधन लंबाई के विषय में आणविक यौगिकों के नाम से जाना जाता कनेक्टिविटी का उपयोग और दृढ़ता आवश्यक मानकों की संख्या कम कर देता है कोण। दूसरे शब्दों में,हर एक परमाणु के लिए तीन स्थितीय मापदंडों के बजाए, परमाणुओं के समूहों की स्वतंत्रता की केवल बाहरी (और कुछ आंतरिक) की डिग्री निर्धारित किए जाने की जरूरत है। यह संरचनात्मक जटिलता जो पाउडर विधि एकल क्रिस्टल विश्लेषण करने के लिए एक असली विकल्प बनाता है की इस कमी है।
दो लेखकों 8,9 के अग्रणी मामले के अध्ययन से साबित कर दिया है कि यह जटिल जंग पाउडर विवर्तन डेटा का उपयोग कर उत्पादों की जटिल संरचनाओं क्रिस्टल का समाधान संभव है। अन्य तरीकों की तुलना में क्रिस्टेलोग्राफिक पढ़ाई की श्रेष्ठता तथ्य यह है कि दोनों ही मामलों में सूचना के फार्मूले से हल क्रिस्टल संरचनाओं पर विचार के बाद सुधारा जा सकता था द्वारा दूसरों के बीच में प्रदर्शन किया गया।
संग्रहालयों में जांच के तहत दोनों सामग्री की घटना लकड़ी के मंत्रिमंडल में उनके भंडारण से संबंधित या कार्बोनिल प्रदूषण के अन्य स्रोतों से अवगत कराया है। जांच के तहत पहली सामग्री सोडियम हाइड्रॉक्साइड तांबा स्वरूप ऑक्साइड हाइड्रा थाते, घन 4 Na 4 हे (HCOO) 8 (ओएच) 2 ∙ 4H 2 ओ (नमूना 1), जो संग्रहालय के संग्रह में सोडा गिलास / कॉपर मिश्र धातु समग्र ऐतिहासिक वस्तुओं (जैसे, इनेमल) पर रूपों, formaldehyde और फार्मिक एसिड के संपर्क में लकड़ी के भंडारण अलमारियाँ, चिपकने वाले, आदि से। यह गिरावट घटना हाल ही में "के रूप में कांच प्रेरित धातु जंग" 10 बताया गया है। दूसरे मामले का अध्ययन, thecotrichite, सीए 3 (सीएच 3 सीओओ) 3 सीएल (सं 3) 2 ∙ 6H 2 ओ (नमूना 2) के लिए चुना गया था। Thecotrichite एक बार मनाया efflorescent टाइल्स और चूना पत्थर संग्रहालय वस्तुओं, जो ओक अलमारियाँ और प्रदर्शन मामलों में जमा हो जाती है पर needlelike crystallites बनाने नमक है। इस मामले में, लकड़ी एसिटिक एसिड जो विरूपण साक्ष्य से घुलनशील क्लोराइड और नाइट्रेट लवण के साथ प्रतिक्रिया के लिए स्रोत के रूप में कार्य करता है।
पाठ, संरचना डी के अलग अलग चरणों के निम्न भाग मेंetermination प्रक्रिया पाउडर का उपयोग कर विवर्तन संरक्षण विज्ञान से जंग उत्पादों के लिए लागू डेटा विस्तार से प्रस्तुत कर रहे हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
XRPD is a suitable technique for conservation research as it is non-destructive, fast and easy-to-use. XRPD data can be used in routine qualitative analysis, owing to the fact that the powder pattern is a fingerprint signature to the corresponding crystal structure. The biggest advantage of XRPD over other analytic techniques is the ability of performing simultaneous qualitative and quantitative analysis of crystalline constituents in mixtures by using the Rietveld refinement method5. Moreover, the presence of…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों कृतज्ञता XRPD माप प्रदर्शन के लिए सुश्री क्रिस्टीन स्टेफनी स्वीकार करते हैं। मैरिएन Schuch और Rebekka Kuiter (कला और डिजाइन स्टटगार्ट के राज्य अकादमी) टाइल (छवि। 7) के चित्रों के लिए स्वीकार किया जाता है।
Materials
| Stadi-P | Stoe & Cie GmbH | Powder Diffractometer | |
| Mythen 1-K (450 μm) | Dectris Ltd. | Position Sensitive Detector | |
| Mark tube borosilicate glass No. 50, 0.5 mm diameter | Hilgenberg GmbH | 4007605 | Low absorbing capillaries |
| Topas 5.0 | Bruker AXS Advanced X-ray Solutions GmbH | Powder Diffraction Evaluation Software |
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