РЕНТГЕНОСТРУКТУРНИЙ АНАЛІЗ ЧАСТКОВО-КРИСТАЛІЧНИХ ПОЛІМЕРІВ



Мета роботи: 1) Ознайомитись з принципом дії сучасних рентгенівських установок.

2) Ознайомитись з методикою роботи на рентгенівському дифрактометрі ДРФ-2,0 зі сцинтиляційним методом реєстрації рентгенівського випромінювання.

3) Навчитися проводити зйомку дифрактограм, їх розшифровку і визначати деякі структурні характеристики полімерів (розміри кристалітів, ступінь кристалічності тощо)

Прилади та матеріали: Дифрактометр для рентгенівського фазового аналізу ДРФ-2,0, пластмасова кювета з пластиліном для закріплення досліджуваного зразка, полімерний зразок.

 

Теоретичні відомості та опис приладу

Визначення міжплощинних відстаней ( ) кристалічної решітки здійснювали відповідно до рівняння Брегга:

(1)

де – порядок відбиття (у дослідженнях всіх типів полімерів приймається рівним одиниці, тому що структура високомолекулярних сполук має релаксаційний характер),  – кутове положення дифракційного максимуму на профілі розсіювання.

Оцінку розміру кристалітів ( ) в іонній і неіонній формах, здійснювали відповідно до рівняння Шерера:

(2)

при цьому  – кутове розширення дифракційного максимуму, величина якого звичайно визначається на половині висоти (напівширині) максимуму після попереднього відрахування тла й аморфного гало, якщо воно перебуває під дифракційним максимумом; – коефіцієнт, що залежить від форми кристалітів, при цьому якщо їхня форма невідома, то . Величину  визначають по декількох дифракційних лініях (максимумах) з наступним усередненням отриманих значень.

Визначення відносного ступеня кристалічності ( ) здійснювали по методу Метьюза, в основі якого лежить зіставлення площі дифракційних максимумів, що характеризують кристалічну структуру аморфно-кристалічного полімеру, ( ), із загальною площею дифракційної кривої в обраному інформаційному кутовому інтервалі ( ), що включає основну дифракційну картину для всієї серії полімерів:

(3)

Будова та принцип роботи

Дифрактометр являє собою комплекс апаратури, призначений для проведення робіт з якісного та кількісного фазового аналізу.

Рентгенографічні дослідження на дифрактометрі здійснюються шляхом отримання від досліджуваних зразків дифрактограм, що являють собою графічну залежність кутового розподілу інтенсивності дифракційних максимумів.

Дифрактометр (рис.1) складається з високовольтного джерела живлення, гоніометричного пристрою та електронно-обчислювального пристрою.

Високовольтне джерело живлення.

Рис.1. Рентгенівський апарат ДРФ-2,0.

В якості високовольтного джерела живлення рентгенівської трубки використовується уніфіковане джерело живлення ВИП-2-50-60М, технічний опис та інструкція з експлуатації АПУ2.087.002 ТО.

Рентгенівський гоніометричний пристрій ГУР-12.

Рентгенівський гоніометричний пристрій ГУР-12 (в подальшому гоніометр) призначений для вимірювання кутів дифракції і, у відповідності до цього, для приведення в рух детектора випромінювання та узгодженого з ним руху зразка.

Електронно-обчислювальний пристрій.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Рис.2. Гоніометр ГУР-12. Кінематична схема

 

В дифрактометрі застосований уніфікований електронно-обчислювальний пристрій ЭВУ-1-1, технічний опис та інструкція з експлуатації АУ2.390.006 ТО.

Схема електричних з’єднань дифрактометра.

Для підключення дифрактометра необхідна трифазна сітка напругою 220/380В. До сітки з лінійною напругою 380В приєднується ВИП-2-50-60М, підключення всіх кабелів відбувається в строгій відповідності з маркуванням при вимкненому дифрактометрі. Заземлення відбувається за допомогою провідника перерізом, не меншим від 3 мм2. Опір контуру заземлення не повинен перевищувати 0,5 Ом.

Схема електрична рентгенівського гоніометричного пристрою (рис.2.).

Гоніометричний пристрій забезпечує синхронний рух зразка та лічильника в прямому (кнопка ПРЯМОЙ) та зворотному напрямках за допомогою двигуна М2.

Від електродвигуна СД-54 з числом обертів 2,24 об/хв., обертання передається двом шестерням 1 і 2, а потім через пару 3 і 4 черв’яку 5, який передає обертання колесу 6, жорстко зв’язаному з детектором. Колесо 7, в свою чергу, жорстко зв’язане з колесом 6 і через колесо 8, 9 і 10 забезпечує синобертання утримувача зразка з кутовою швидкістю, вдвічі меншою швидкості детектора.

Зупинка двигуна здійснюється кнопкою СТОП. Для запобігання механічних пошкоджень існує кінцевий вимикач В2, що розмикає коло двигуна при проходженні лічильником граничних кутів дифракції 00 і 150.

Під час руху лічильника через кожні 0,050 та 0,50 відбувається замикання контактів В3, пов’язаних зі схемою відмітки кутів.

Обертання зразка навколо осі, перпендикулярній площині зразка, здійснюється двигуном М1, встановленим на утримувач зразка.

Двигун вмикається та вимикається кнопкою ЗРАЗОК.

Система водного охолодження.

Анод рентгенівської трубки під час роботи охолоджується протічною водою з водопроводу. З цією метою шланги водного охолодження під’єднуються згідно рис. до високовольтного джерела живлення та рентгенівської трубки. Для автоматичного відімкнення високої напруги при раптовому припиненні струму води передбачено гідроблокування, розташоване у високовольтному джерелі живлення. Гідроблокувальний пристрій має послідовно з’єднані нормально замкнені та нормально розімкнені контакти, через які напруга подається на контактор, що вмикає високу напругу. При досягненні швидкості води, порядку 3 л/хв, нормально розімкнені контакти замикаються. При засмічуванні системи охолодження тиск води в ній збільшується, і нормально замкнені контакти розімкнуться. При цьому висока напруга автоматично вимикається. Гідроблокувальний пристрій регулюється за допомогою гвинта на потрібні границі спрацювання. При значному опорі у водостоку (при великій довжині чи малому діаметрі труб), нормально замкнені контакти на блокуванні можуть бути розімкнені. В цьому випадку необхідно вжити заходів щодо покращення водостоку.

 

Порядок виконання роботи

1. Увімкнути охолодження ДРФ-2,0 (проточна водопровідна вода) і перевірити тиск води вмиканням установки в електричну мережу. Якщо не вмикається звуковий сигнал (дзвоник), тоді тиск достатній.

2. Увімкнути високу напругу, і спочатку ступінчасто, а потім плавно змінювати опір резистора, встановити робочі параметри установки: 20 кВ і 10мА – для рентгенівської трубки.

3. Увімкнути в мережу електронно-обчислювальний пристрій ЕОП і записуючий пристрій КСП.

4. Подати високу напругу ЕОП після 20-хвилинного прогріву ДРФ-2,0 ( =20 кВ, =10мА).

5. За допомогою пластиліну помістить зразок в кювету і встановити останню у гоніометр ГУР-12.

6. Зняти захисну заслінку рентгенівської трубки.

7. Встановити кут ковзання рентгенівських променів (2θ=100).

8. Увімкнути двигун протягування діаграмної стрічки КСП.

9. Увімкнути мітку діаграмної стрічки (через 0,50) і двигун повороту гоніометру.

10. Після запису рентгенограми вимкнути блок установки в оберненому порядку.

Контрольні запитання

1. Що таке рентгенівське випромінювання? Його види і способи отримання.

2. Використовуючи блок схему, розповісти принцип роботи дифрактометра ДРФ-2,0.

3. Який зміст кристалографічних індексів (індекси Мілера)?

4. В чому сутність метода порошків (полікристалів) рентгеноструктурного аналізу?

5. Як визначити ступінь кристалічності і розміри кристалітів для частково-кристалічного полімерів?


Література

1. Я.С. Уманский, А.К. Трапезников, А.И. Китайгородский Рентгенография, ГНТИМЛ, М., 1951, Гл.1, §1-6; Гл.2, §1; Гл.4, §2,3; Гл.5; Гл.6, §1..

2. Б.Я. Пинес Лекции по структурному анализу, Издательство Харьковского ГУ, Харьков, 1967, Гл.1, §1-3; Гл.3, §4..

 


Лабораторна робота №9


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 931;