Método de preparación de muestras pulverulentas para su análisis en un difractómetro de rayos X de monocristal.

El método consiste en moler una muestra del sólido a analizar para alcanzar un tamaño de partícula comprendido entre 1 y 50 micras, formar una pasta (1) homogénea consistente mediante adición y mezclado del sólido molido con un líquido de mayor densidad que el agua, introducir la pasta en una cámara (2) y comprimirla hasta eliminar parcialmente el líquido mezclado y obtener así una barrita de muestra consistente. Finalmente se extrae dicha barrita de la cámara (2) y se pega con resina en la punta de un capilar de vidrio de tamaño adecuado para su análisis en el difractómetro de rayos X de monocristal. Generalmente la cámara (2) utilizada es tubular abierta en sus bases, y la compresión de la pasta (1) dentro de la cámara (2) se realiza mediante émbolos (4) introducidos a través de dichas bases abiertas

Método de preparación de muestras pulverulentas para su análisis en un difractómetro de rayos X de monocristal.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método de preparación de muestras sólidas en forma de polvo para ser analizadas mediante difracción de rayos X, en concreto mediante un difractómetro de rayos X de monocristal.

Antecedentes de la invención

Un difractómetro de rayos X consiste en un emisor de radiación que emite un haz de rayos X sobre una muestra a analizar, y un receptor que localiza la radiación que ha sido difractada y calcula los ángulos de difracción. De esta forma se pueden obtener tablas tabuladas en donde se recogen los ángulos de difracción específicos para cada compuesto cristalino, lo que permite reconocer los compuestos cristalizados que constituyen una muestra.

Desde que Laue en los primeros años del siglo XX descubrió que los rayos X eran adecuados para la determinación espacial de los átomos en los sólidos, la difracción de rayos X ha constituido una de las armas más valiosas para el análisis y determinación de los sólidos. Desde el principio, la técnica se dividió en dos ramas fundamentales: la difracción de rayos X de monocristal y la de polvo.

La primera permite la determinación de la situación de los átomos en el sólido y por lo tanto el análisis estructural de los sólidos. Por lo tanto es la técnica perfecta con la que se puede obtener la composición química de un compuesto y cómo se distribuyen los átomos del mismo en el espacio, o sea su estructura. A pesar de los grandes progresos hechos desde el descubrimiento de la difracción de rayos X de monocristal, sigue siendo indispensable para su uso que la muestra sólida sea monocristalina, y por lo general obtener un monocristal con esas características es muy complicado.

Paralelamente al descubrimiento por Laue de la difracción de rayos X de monocristal, Bragg determinó que si en lugar de ser un monocristal el que se analiza con rayos X es una muestra de sólido pulverulento la información que se obtiene es debida a los planos espaciales en donde se sitúan los átomos pero no se puede saber exactamente en que parte del plano están los átomos situados, eso tiene tres consecuencia importantes:

Los átomos de un mismo compuesto químico se pueden disponer en el espacio de formas diferentes dando lugar a diferentes fases cristalinas del mismo compuesto químico. El ejemplo típico es el carbono: tanto el diamante, como el grafito, como la antracita tienen la misma composición, átomos de carbono, aunque distribuida en las tres direcciones del espacio de forma diferente, por lo tanto cada uno de esos sólidos son fases cristalinas del carbono.

Por lo tanto la difracción de rayos X de polvo permite diferenciar fases cristalinas entre sí, siendo la técnica por antonomasia empleada para dicha determinación. Sin duda las propiedades del diamante son claramente diferentes a las del grafito, por lo que conocer la fase cristalina de un compuesto químico es realmente importante.

Además, la difracción de rayos X de polvo aporta una ventaja sobre la de monocristal, y es que la preparación de las muestras no tiene mucha dificultad ya que obtener un sólido en forma de polvo es muy fácil. Por lo tanto a lo largo de los últimos años se han empleado ambas técnicas cuando ha sido posible: la difracción de rayos X de monocristal con muestras mono cristalinas cuando se quería saber la estructura absoluta de los mismos; la difracción de rayos X de polvo con muestras pulverulentas, cuando solo se quería identificar la fase o las fases cristalinas que componen un sólido.

Debido a la facilidad con la que se prepara una muestra para difracción de rayos X de polvo, esta técnica se ha establecido como una rutina en todos los centros que precisen el control y caracterización de los sólidos.

Para poder obtener resultados a partir de ambas técnicas se han diseñado a lo largo de los años aparatos específicos para cada una de ellas cada vez más precisos, fiables y sensibles. En general debido a que con la difracción de rayos X de monocristal obtenemos toda la información estructural posible de un sólido, es posible por simplificación de la misma obtener su difractograma de polvo; lo contrario no es posible. Durante mucho tiempo, debido a la baja sensibilidad de los difractómetros de monocristal, a su lenta velocidad de toma de datos y a su elevado precio, se consideraba una aberración emplearlos para obtener difractogramas de muestras pulverulentas.

Sin embargo, las nuevas generaciones de difractómetros de rayos X de monocristal con detectores CCD, presentan una elevada sensibilidad y velocidad de toma de datos, lo que permite que sea posible obtener un difractograma de rayos X de una muestra pulverulenta de menos de 1 mg de peso, con una calidad razonable para la mayor parte de las necesidades (identificación de fases, determinación de mezcla de componentes, etc.) en un tiempo más corto que con un difractómetro de rayos X especialmente diseñado para polvo. Eso permite que un instrumento concebido para el análisis de un monocristal se pueda emplear también para el análisis de un sólido microcristalino. El secreto de poder obtener un adecuado difractograma de polvo mediante uno de monocristal radica fundamentalmente en la perfecta calibración y buen estado del instrumento y sobre todo en la óptima preparación de la muestra a medir. Hasta el momento no existe ningún método general que permita de una forma cómoda y conveniente, con una mínima cantidad de producto, preparar una muestra sólida de forma reproducible y que de esa forma de lugar a un difractograma de polvo reproducible, óptimo en intensidad y anchura de picos, y con mínima dispersión.

En general, la forma más corriente es disponer el polvo en un capilar que se sitúa en la cabeza goniométrica del difractómetro de monocristal. Este método es simple y conveniente cuando sólo se requiere obtener un difractograma de una muestra que sólo sirva para una evaluación superficial y simple de la misma. Pero adolece de grandes problemas, entre otros:

Para evitar estos problemas se han propuesto distintas soluciones entre las que destacan: embeber la muestra en una gota de aceite especial, diluirla en un polímero, etc. Todas estas soluciones adolecen de problemas y cuanto menos son complicadas y poco reproducibles.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un método de preparación de muestras pulverulentas para la obtención de su difractograma de polvo mediante su análisis en un difractómetro de rayos X de monocristal, según la reivindicación 1. Realizaciones preferidas del método y del sistema se definen en las reivindicaciones dependientes.

El método comprende una serie de etapas. En primer lugar, se debe moler una muestra del sólido a analizar para alcanzar un tamaño de partícula comprendido entre 1 y 50 micras, utilizando para ello el tamiz del tamaño adecuado. Se ha calculado teóricamente que el tamaño...

1. Método de preparación de muestras pulverulentas para su análisis en un difractómetro de rayos X de monocristal, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla del sólido molido y del líquido se realiza utilizando una espátula pequeña y hasta que la pasta (1) no se cuartee ni se pegue a la espátula cuando se la presiona con la misma.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cámara (2) utilizada es tubular abierta en sus bases, y porque la compresión de la pasta (1) dentro de la cámara (2) se realiza mediante sendos émbolos (4) introducidos a través de dichas bases abiertas.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la compresión de la pasta (1) dentro de la cámara (2) se realiza en dos fases sucesivas; una primera fase con una fuerza comprendida entre 0,5 Kgf y 4 Kgf hasta eliminar parcialmente el líquido mezclado y posteriormente una segunda fase con una fuerza comprendida entre 5 Kgf y 10 Kgf hasta obtener una barrita (5) de muestra consistente.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el líquido utilizado para obtener la pasta (1) comprende al menos uno de los compuestos seleccionados del siguiente grupo: olefinas saturadas de alto peso molecular, siliconas, alquenos insaturados de alto punto de ebullición, moléculas polifluoradas de alto punto de ebullición, líquidos fónicos y líquidos inorgánicos.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la resina utilizada en dicho método se selecciona de entre resinas de base cianoacrílica, epoxídica, poliestérica, vinílica o etilénica.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las paredes de la cámara (2) son de vidrio transparente.