Koruma Bilimi X-ışını Toz Kırınım: Miras Sanat Objects Korozyon Ürünleri Rutin Kristal Yapı Tayini Doğru
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
Kristal yapı tayini ve laboratuar yüksek çözünürlüklü X-ışını toz kırınım (XRPD) kullanılarak tarihi sanat objeleri korozyon ürünlerinin arıtma işlemi iki vaka çalışmaları aracılığıyla detaylı olarak sunulmuştur.
Soruşturma kapsamında ilk madde sodyum, bakır format hidroksit oksit hidrat, Cu 4 Na 4 O (HCOO) 8 (OH) 2 ∙ 4H 2 O (örnek 1) soda cam / bakır alaşımlı kompozit tarihi nesnelere oluşturan (örneğin, mine) idi müze koleksiyonlarında yer, formaldehit vb Bu bozulma fenomen son zamanlarda "cam kaynaklı metal korozyonu" olarak karakterize edilmiştir ahşap depolama dolapları, yapıştırıcılar, yayılan formik aside maruz.
İkinci durumda çalışma için, thecotrichite, Ca 3 (CH3COO) 3 Cl (NO 3) 2 ∙ 6H 2 O (Numune 2), bir olgunlaşan olan seçildiahşap dolapları ve görünen durumlarda depolanan çini ve kireçtaşı nesneler üzerinde needlelike kristalitlerini oluşturan tuz. Bu durumda, ahşap artefaktı veya çevresinden çözünen klorit ve nitrat tuzları ile reaksiyona giren asetik asit kaynağı olarak görev yapar.
geometrik yapısı bilgisi daha iyi üretim ve çürüme reaksiyonları anlamak ve karışımları sık durumda tam kantitatif analiz için izin vermek için koruma bilimi yardımcı olur.
Introduction
Koruma bilim eserler korunması bilimsel (genellikle kimyasal) yöntemlerini uygular. Bu eserler, üretim araştırmaları içeren (teknik sanat tarihi ':? Nasıldı o anda yapılan) uygun koruma tedaviler geliştirmek için bir ön koşul olarak bunların bozunma yollarının. Çoğu kez bu çalışmalar karbonatlar, formatlar ve asetatlar gibi metal organik tuzlar ile anlaşma. Bazıları kasıtlı olarak uygun bileşiklerin (örneğin, sirke) kullanılarak imal edilmiştir, diğerleri atmosfer (iç mekan hava kirliliğinden karbon dioksit veya karbonil bileşikleri) ile bozulma reaksiyonlarının türetmek 1. Nitekim olarak, bu korozyon malzemelerin birçoğu kristal yapıları hala bilinmemektedir. geometrik yapısı bilgisi daha iyi üretim ve çürüme reaksiyonları anlamak ve karışımlar halinde tam kantitatif analiz için izin vermek için koruma bilimi yardımcı beri bu talihsiz bir gerçektir.
Söz konusu olan malzeme, yeterli büyüklükte ve kalite tek kristaller oluşturur koşuluyla, tek kristal kırınım kristal yapısının belirlenmesi için tercih edilen bir yöntemdir. Bu sınır şartları yerine getirilmediği takdirde, toz difraksiyon yakın alternatiftir. Tek kristal kırınım kıyasla toz kırınım en büyük dezavantajı karşılıklı d -vector d * (saçılma vektör) ve yönelim bilgi kaybına yatıyor. Diğer bir deyişle, tek bir kırılma nokta yoğunluğu, bir kürenin yüzeyi üzerine sürülür. Bu toz deseninin bir boyutlu 2θ ekseni üzerinde üç boyutlu kırılma (= karşılıklı) alanı içinde bir çıkıntı kabul edilebilir. Bunun bir sonucu olarak, farklı bir doğrultuda değil aynı veya benzer uzunluktaki vektörleri saçılma (sistemik olarak veya yanlışlıkla zor ya da bu yansımaları 2 ayrı hatta imkansız hale F üst üsteŞekil 1). Bu da temel nedeni toz saçılması, ilk tek kristal deney 3,4, özellikle daha yarım yüzyılı aşkın bir faz tanımlama ve miktar tayini için kullanılan sadece dört yıl sonra erken buluş rağmen. Kolayca Şekil 2'den çıkarılabilir Yine de, bir toz deseni bilgi içeriği çok büyük. Gerçek bir meydan okuma, ancak, rutin bir şekilde mümkün olduğunca fazla bilgi ortaya koymaktır.
Hiç şüphesiz bu hedef doğrultusunda önemli bir adım, toz kırınım verilerinden kristal yapı arıtma için yerel optimizasyon tekniği icat 1969 5 Hugo Rietveld gelen fikriydi. yöntem tek yoğunluklarda ama böylece, artan karmaşıklık dikkate özünde zirve örtüşme alarak bir model karşı tüm toz deseni rafine değil. O zamandan beri, toz kırınım tekniklerini kullanarak bilim adamları artık veri analizi b sınırlıy yöntemler tek kristal soruşturma geliştirdi. Birkaç yıl Rietveld yöntemi icadından sonra, ab-initio yapı belirlemeleri için toz difraksiyon yöntemi güç tanındı. yöntemi hala rutin olarak kabul edilemez olsa da günümüzde, fen bilimleri ve mühendislik kullanımı toz kırınım hemen hemen tüm dalları, daha karmaşık kristal yapılarını belirlemek için. Son on yıl içinde, laboratuarda toz diffraktometreler yeni nesil, yüksek çözünürlük, yüksek enerji ve yüksek yoğunluk sağlayan tasarlanmıştır. yüksek enerjiler emilimini mücadele ederken daha iyi çözünürlük hemen daha iyi pik ayırma yol açar. Temel fizik parametrelere dayalı daha iyi bir zirve profil açıklaması (Şekil 3) yararı daha detaylı yapısal soruşturma için izin Bragg yansıması daha doğru şiddetleri vardır. etki alanı boyutları ve microstra gibi modern ekipman ve yazılım ile, hatta mikro parametrelerrutin toz kırınım verilerinden saptanır.
toz kırınım verilerinden kristal yapı tayini için tüm algoritmalar tek tepe noktası yoğunluklarını, tüm toz desen veya her ikisinin bir kombinasyonunu kullanabilirsiniz. Geleneksel tek kristal karşılıklı uzay teknikleri genellikle nedeniyle mevcut gözlem ve yapısal parametreler arasında olumsuz bir oran başarısız. Bu durum, "ücret saygısız" tekniği 6 (Şekil 4) ve tavlama benzetimi tekniği 7 (Şekil 5) en belirgin temsilcisi olan doğrudan uzayda, küresel optimizasyon yöntemlerinin geliştirilmesi tanıtımıyla önemli ölçüde değişti. Özellikle, yapı tayinleri sürecine kimyasal bilginin giriş katı organları veya bağ uzunluklarını ilişkin moleküler bileşiklerin bilinen bağlantısını kullanarak ve şiddetle gerekli parametrelerin sayısını azaltır açıları. Diğer bir deyişle, inher atomun üç konumsal parametrelerin stead, atomların grupları özgürlüğü sadece dış (ve iç az) dereceleri tespit edilmesi gerekir. Bu toz yöntemi tek kristal analizi gerçek bir alternatif yapar yapısal karmaşıklık bu azaltılmasıdır.
Yazarların 8,9 İki öncü vaka çalışmaları toz difraksiyon verileri kullanılarak karmaşık korozyon ürünlerinin karmaşık kristal yapılarını çözmek mümkün olduğunu kanıtladı. diğer yöntemlere göre kristalografik çalışmalar üstünlüğü her iki durumda da bildirilen formüller çözüldü kristal yapıları dikkate alındıktan sonra düzeltilmesi gerekiyordu aslında diğerleri arasında gösterildi.
müzelerde soruşturması kapsamında her iki malzemenin oluşumu ahşap dolapları kendi depolama ile ilgili ya da karbonil kirleticilerin diğer kaynaklardan maruz kalmaktadır. Soruşturma kapsamında ilk madde sodyum bakır format hidroksit oksit hidra oldute, Cu 4 Na 4 Ey müze koleksiyonlarında soda cam / bakır alaşımlı kompozit tarihi nesnelerin (örneğin, mine) üzerinde oluşan (HCOO) 8 (OH) 2 ∙ 4H 2 O (örnek 1), formaldehid ve formik aside maruz vb ahşap depolama dolapları, yapıştırıcılar, gelen. Bu bozulma fenomen son zamanlarda "cam kaynaklı metal korozyonu" 10 olarak karakterize edilmiştir. İkinci vaka çalışması, thecotrichite, Ca 3 (CH 3 COO) 3 Cl (NO 3) 2 ∙ 6H 2 O (örnek 2) için seçildi. Thecotrichite meşe dolapları ve görünen durumlarda depolanan çini ve kireçtaşı müze nesneleri üzerinde needlelike kristalitlerini oluşturan sık görülen olgunlaşan tuzudur. Bu durumda, odun artefaktı çözünür klorür ve nitrat tuzları ile reaksiyona giren asetik asit kaynağı olarak görev yapar.
metin, yapı d bireysel adımlar aşağıdaki bölümündekoruma bilimi korozyon ürünlere uygulanan etermination işlem kullanılarak toz difraksiyon verileri detaylı bir şekilde sunulmuştur.
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
Yazarlar minnetle XRPD ölçümler yapmak için Bayan Christine Stefani kabul. Marian Schuch ve Rebekka Kuiter (Sanat ve Tasarım Stuttgart Devlet Akademisi) karo (Şek. 7) resimleri için kabul edilmiştir.
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 |
References
- Bradley, S. M. . The interface between science and conservation, Occacional Paper 116. , (1997).
- Dinnebier, R. E., Billinge, S. J. L. . Powder Diffraction:Theory and Practice. , (2008).
- Debye, P., Scherrer, P. Interferenzen an regellos orientierten Teilchen im Roentgenlicht. Phys. Zeit. 17, 277-283 (1916).
- Hull, A. W. A New Method of X-Ray Crystal Analysis. Phys. Rev. 10 (6), 661-696 (1917).
- Rietveld, H. M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. J. Appl. Cryst. 2, 65-71 (1969).
- Oszlanyi, G., Suto, A. Ab initio structure solution by charge flipping. Acta Crystallogr. Sect. A. 60 (2), 134-141 (2004).
- Newsam, J. M., Deem, M. W., Freeman, C. M., Prince, E., Stalick, J. K. Direct Space Methods of Structure Solution from Powder Diffraction Data. NIST Special Publication 864: Accuracy in Powder Diffraction II: Proceedings of the International Conference May 26-29, 1992. , 80-91 (1992).
- Dinnebier, R. E., Runčevski, T., Fischer, A., Eggert, G. Solid-State Structure of a Degradation Product Frequently Observed on Historic Metal Objects. Inorg. Chem. 54 (6), 2638-2642 (2015).
- Wahlberg, N., et al. Crystal Structure of Thecotrichite, an Efflorescent Salt on Calcareous Objects Stored in Wooden Cabinets. Cryst. Growth Des. 15 (6), 2795-2800 (2015).
- Eggert, G., Fischer, A. Gefährliche Nachbarschaft: Durch Glas induzierte Metallkorrosion an Museums-Exponaten – Das GIMME-Projekt. Restauro. 1, 38-43 (2012).
- . . TOPAS (current version 5.0). , (2015).
- Coelho, A. A. Indexing of powder diffraction patterns by iterative use of singular value decomposition. J. Appl. Crystallogr. 36 (1), 86-95 (2003).
- . . International Tables for Crystallography Volume A: Space-group symmetry. , (2006).
- Pawley, G. S. Unit-cell refinement from powder diffraction scans. J. Appl. Crystallogr. 14, 357-361 (1981).
- Cheary, R. W., Coelho, A. A., Cline, J. P. Fundamental Parameters Line Profile Fitting in Laboratory Diffractometers. J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 109 (1), 1-25 (2004).
- Karle, J., Hauptman, H. A theory of phase determination for the four types of non-centrosymmetric space groups 1P222, 2P22, 3P12, 3P22. Acta Crystallogr. 9, 635-651 (1956).
- Coelho, A. A. Whole-profile structure solution from powder diffraction data using simulated annealing. J. Appl. Crystallogr. 33 (3), 899-908 (2000).
- Macrae, C. F., et al. Mercury: visualization and analysis of crystal structures. J. Appl. Crystallogr. 39 (3), 453-457 (2006).
- Mittemeijer, E. J., Welzel, U. . Modern Diffraction Methods. , (2012).
