보존 과학의 X 선 분말 회절 : 문화 예술에 부식 제품의 일상적인 결정 구조 결정을 향해
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
결정 구조 결정 및 실험실 고분해능 X 선 분말 회절 (XRPD)을 사용 역사적인 미술품에 부식 생성물의 정제 과정이 두 사례를 통해 상세하게 제시된다.
조사중인 제 1 재료 나트륨 구리 포름산 수산화 산화물 수화물 구리 4 나 4 O (HCOO) 8 (OH) 2 ∙ 4H 2 O (샘플 1) 소다 유리 / 구리 합금 복합 역사적인 개체를 형성하는 (예를 들면 에나멜)이었다 박물관의 컬렉션에서, 포름 알데히드 등이 저하 현상은 최근 "유리에 의한 금속 부식"으로 특징 된 나무 스토리지 캐비닛, 접착제에서 방출되는 포름산에 노출.
두 번째 사례의 경우, thecotrichite, 칼슘 3 (CH 3 COO) 3 CL (NO 3) 2 ∙ 6H 2 O (샘플 2), efflorescent 인 선택되었다나무 캐비닛 및 디스플레이 케이스에 저장되어있는 타일과 석회암 개체에 바늘 상 결정체를 형성 소금. 이 경우에, 나무는 아티펙트 또는 그 환경에서 가용성 클로라이드 및 질산 염과 반응하여 아세트산을위한 소스로서 역할을한다.
기하학적 구조의 지식은 더 나은 생산과 부패 반응을 이해하고 혼합물의 빈번한 경우 전체 정량 분석을 할 수 있도록 보존 과학을하는 데 도움이됩니다.
Introduction
보존 과학은 유물의 보존 과학 (종종 화학) 방법을 적용합니다. 이 유물의 생산의 조사를 포함한다 ( '기술 미술사를':이었다 어떻게 그 시간에 만든) 적절한 보존 치료를 개발하고 전제 조건으로 자신의 부패 경로. 때때로 이러한 연구는 탄산염, 포름 산염 및 아세테이트와 같은 유기 금속 염 처리합니다. 그들 중 일부가 의도적으로 적합한 화합물 (예를 들어, 초)를 이용하여 제조되고, 다른 대기 (실내 공기 오염 이산화탄소 또는 카르 보닐 화합물) 열화 반응에서 유래 한. 사실상, 이러한 부식 물질의 다수의 결정 구조는 아직 알려져 있지 않다. 기하학적 구조의 지식이 더 생산 및 감쇠 반응을 이해 및 이들의 혼합물의 경우에는 전체 정량 분석이 가능하도록 보존 과학 도움 때문에 이것은 불운 한 사실이다.
관심 물질이 충분한 크기 및 품질의 단결정을 형성 한 상태에서, 단결정 회절 결정 구조를 결정하기위한 선택의 방법이다. 이들 경계 조건이 충족되지 않은 경우, 분말 회절 가장 가까운 대안이다. 단결정 회절에 비해 분말 회절의 가장 큰 단점은 상호 D – 벡터의 차원 (* 산란 벡터)의 배 양성 정보의 손실이있다. 즉, 하나의 회절 스폿의 강도는 구체의 표면 위에 도말한다. 이것은 분말 패턴의 일차원 2θ 축 상 입체 회절 (= 역수) 공간의 투영 간주 될 수있다. 결과적으로, 다른 방향으로 있지만, 같거나 비슷한 길이의 벡터를 산란 (체계적으로 또는 실수가 어렵거나 이러한 반사 (2)를 분리하기조차 불가능하게 F 겹쳐igure 1). 이것은 또한 주된 이유 이유 분말 회절, 첫 번째 단결정 실험 3,4가, 주로 반세기 이상에 대한 위상 식별 및 정량에 사용 된 불과 4 년 만에 초기 발명에도 불구하고. 도 2를 쉽게 추론 될 수 그럼에도 분말 패턴의 정보 내용이 크다. 진짜 문제는, 그러나, 통상적 인 방법으로 가능한 한 많은 정보를 공개한다.
의심의 여지없이 이러한 목표를 향한 중요한 단계는 분말 회절 데이터로부터 결정 구조 세분화 로컬 최적화 기술을 발명 5 1969 우고 리트 벨트에서 생각이었다. 상기 방법은 하나의 강도뿐만 따라서, 복잡도를 증가 고려 본질적 피크 오버랩을 촬영하는 모델에 대하여 전체 분말 패턴을 세분화하지 않는다. 해당 시간에서 분말 회절 기법을 이용하여 과학자들은 더 이상 데이터 분석 (B)에 한정되지 않음Y 방법은 단결정 조사를 위해 개발했습니다. 수년 리트 벨트 방법의 발명 이후 AB-론적 구조 결정을위한 분말 회절에있어서의 파워가 인정되었다. 상기 방법은 아직도 루틴으로 간주 될 수 있지만, 현재에는, 자연 과학 및 엔지니어링 사용 분말 회절 거의 모든 지점은 더욱 복잡한 결정 구조를 결정한다. 지난 십 년간 내 실험실에서 분말 회절 계의 새로운 세대는 높은 해상도, 높은 에너지와 높은 강도를 제공하는 설계되었습니다. 높은 에너지가 흡수 싸움을하는 동안 더 나은 해결책은 바로 더 나은 피크 분리에 연결됩니다. 기본적인 물리적 파라미터에 기초하여 더 나은 피크 프로파일 정보 (도 3)의 이점은보다 상세한 구조 연구를 허용 브래그 반사의보다 정확한 강도이다. 도메인 크기와 microstra 같은 현대적인 장비와 소프트웨어도 미세 매개 변수에서 일상적 분말 회절 데이터로부터 도출된다.
분말 회절 데이터로부터 결정 구조 결정을위한 모든 알고리즘은 단일 피크 강도 전체 분말 패턴 또는 이들의 조합을 사용한다. 종래의 단결정 상호 공간 기술은 종종 때문에 가능한 관찰 및 구조 매개 변수 사이의 불리한 비율에 실패합니다. 이 상황은 "전하 반전"기술 (6) (도 4) 및 시뮬레이션 된 어닐링 기법 (7) (도 5)가 가장 두드러진 대표가되는 직접 공간 글로벌 최적화 방법의 개발의 도입으로 극적으로 변화. 특히, 구조 결정 프로세스에 화학 기술의 도입은 강체 또는 결합 길이 관련된 고분자 화합물의 공지 된 접속을 이용하여 강하게 필요한 파라미터의 수를 감소 각도. 즉,의모든 단일 원자에 대한 세 가지 위치 매개 변수 대신은, 원자의 그룹의 자유의 외부 (내부 일부)도 결정해야합니다. 이 분말 방법 단결정 분석에 대한 진정한 대안하게 구조의 복잡성이 감소이다.
저자 8,9 두 선구 사례는 분말 회절 데이터를 사용하여 복합 부식 생성물의 복잡한 결정 구조를 해결하는 것이 가능하다는 것을 증명했다. 다른 방법과 비교하여 결정 학적 연구의 우수성은 두 경우 모두에서보고 된 수식이 해결 결정 구조를 고려하여 보정 할 수 있다고하는 사실에 의해 중에서도 증명되었다.
박물관 조사중인 두 물질의 발생은 나무 캐비닛 스토리지 관련 보닐 또는 오염 물질의 다른 소스에 노출된다. 조사중인 제 1 재료는 구리, 포름산 나트륨, 수산화 산화 히드라이었다테, 구리 4 나 4 O 박물관 컬렉션 소다 유리 / 구리 합금 복합 역사 개체 (예를 들어, 에나멜)에 형성 (HCOO) 8 (OH) 2 ∙ 4H 2 O (샘플 1), 포름 알데히드와 포름산에 노출 등 나무 스토리지 캐비닛, 접착제,에서. 이 저하 현상은 최근 "유리에 의한 금속 부식"10 특징으로하고있다. 두 번째 사례 연구, thecotrichite, 칼슘 3 (CH 3 COO) 3 CL (NO 3) 2 ∙ 6H 2 O (샘플 2)의 경우, 선택되었다. Thecotrichite 오크 캐비닛과 디스플레이 케이스에 저장되어있는 타일과 석회암 박물관 개체에 바늘 상 결정체를 형성하는 자주 관찰 efflorescent 염이다. 이 경우에, 나무 이슈에서 가용성 염화 질산 염과 반응하여 아세트산을위한 소스로서 역할을한다.
텍스트, 구조 (D)의 각 단계의 다음 부분에보존 과학으로부터 부식 생성물에인가 etermination 처리하여 분말 회절 데이터는 구체적으로 제시된다.
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
저자는 기꺼이 XRPD 측정을 수행하기위한 양 크리스틴 스테파니을 인정합니다. 마리아 SCHUCH과 레베카 Kuiter (예술과 디자인 슈투트가르트 주립 아카데미) 타일 (그림은. 7)의 사진을 인정한다.
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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