Strukturní analýza práškových vzorků

Řešitelé: Michal Dušek, Jan Rohlíček, Václav Petříček

Strukturní analýza práškových vzorků slouží ke stanovení atomární struktury u látek, jejichž monokrystaly se nedají připravit anebo je jejich příprava náročná. Každé zrnko práškového vzorku přispívá k celkovému difrakčnímu obrazu, který je pak složen z difrakcí velkého množství náhodně orientovaných mikrokrystalů. Stanovení atomární struktury je u práškových vzorků mnohem obtížnější, než je tomu u monokrystalů, a složitost látek, které se takto dají zkoumat, je omezena. Tento obor krystalografie se však rychle rozvíjí a s novými řešícími postupy a s rostoucí kvalitou práškových difraktometrů roste i obor látek, které se dají práškovou difrakcí zkoumat.

Metoda práškové difrakce bude v Oddělení strukturní analýzy rozvíjena od roku 2011 v návaznosti na nově otevřenou Laboratoř rentgenové difrakce na práškových vzorcích. Cílem je postupně dosáhnout toho, že laboratoř bude využívána externími výzkumnými skupinami pro stanovování atomární struktury z práškových dat, jako je tomu v případě monokrystalů.

Rozvoj metody strukturní analýzy z práškových vzorků bude probíhat v úzké vazbě na program Jana2006. Tento krystalografický systém obsahuje špičkové nástroje v oblasti Rietveldova upřesňování standartních i modulovaných struktur proti práškovým difrakčním datům, ale dosud zaostává v úvodních fázích difrakčního experimentu, jako je indexace práškového záznamu a postupy pro vyřešení fázového problému. V této oblasti jsou praktické zkušenosti nenahraditelné .

Práškový difraktometr instalovaný v Laboratoři rentgenové difrakce na práškových vzorcích bude k měření používat monochromatický paprsek Cu-Kalpha1. Toto poměrně málo dostupné uspořádání sice klade zvýšené nároky na dobu experimentu, ale poskytuje práškový záznam, kde je oproti klasickému primárnímu paprsku s příměsí komponenty alpha2 mnohem méně překryvů. Taková data lze použít i ke stanovení modulovaných struktur. V prvním roce provozu difraktometru bude tato možnost intenzivně testována.

U práškových difrakčních dat je jedním z nejobtížnějších kroků stanovení prvního odhadu struktury. Pro tento účel bude dále rozvíjen program Superflip, který již dnes obsahuje nástroje pro řešení z práškových dat. Dále předpokládáme, že pro první nástřel struktury bude možné v budoucnu využít precesní elektronovou difrakci (viz Projekt elektronového difraktometru), která je v oddělení rozvíjena ve skupině elektronové mikroskopie. Zrnko práškového vzorku se totiž pod elektronovým krystalem může chovat jako monokrystal a s využitím precesní elektronové difrakce je možné jej proměřit a stanovit jeho strukturu. Ta se pak pro dosažení vyšší přesnosti upřesní proti rentgenovým difrakčním datům.

Dalším důležitým tématem bude vývoj metody takzvaných fundamentálních profilových parametrů. Tato metoda umožňuje vypočíst profil práškové difrakce pouze ze znalosti přístrojových parametrů, ale nebyla dosud vyvinuta pro typ námi zakoupeného difraktometru (Empyrean firmy Panalytical) a zejména nebyla vyvinuta pro měření v kapiláře, která jsou pro kvantitativní strukturní analýzu nejzajímavější.

Zájemci o měření a výpočet krystalových struktur z práškových dat jsou vítáni a mohou nás kdykoli kontaktovat.