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Diffraction de rayons X


Diffraction de rayons X : encyclopédie physique

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La diffractométrie de rayons X (DRX, on utilise aussi souvent l'abréviation anglaise XRD pour X-ray diffraction) est une technique d'analyse basée sur la diffraction des rayons X sur la matière. La diffraction n'ayant lieu que sur la matière cristalline, on parle aussi de radiocristallographie. Pour les matériaux non-cristallins, on parle de diffusion.

L'appareil de mesure s'appelle un diffractomètre. Les données collectées forment le diagramme de diffraction ou diffractogramme.

Sommaire

[modifier] Présentation générale

Qu'est-ce que c'est ?
La diffractomĂ©trie de rayons X est une mĂ©thode d'analyse physico-chimique. Elle ne marche que sur la matière cristallisĂ©e (minĂ©raux, mĂ©taux, cĂ©ramiques, produits organiques cristallisĂ©s), mais pas sur la matière amorphe (liquides, polymères, verres) ; toutefois, la matière amorphe diffuse les rayons X, et elle peut ĂŞtre partiellement cristallisĂ©e, la technique peut donc se rĂ©vĂ©ler utile dans ces cas-lĂ . Par contre, elle permet de reconnaĂ®tre des produits ayant la mĂŞme composition chimique brute, mais une forme de cristallisation diffĂ©rente, par exemple de distinguer les diffĂ©rentes silices (qui ont toutes la mĂŞme formule brute SiO2 : quartz, cristobalite…), les diffĂ©rents aciers (acier ferritique, austĂ©nite…) ou les diffĂ©rentes alumines (qui ont toutes la mĂŞme formule brute Al2O3 : corindon/alumine α, Îł, δ, θ…).
Comment ça marche ?
On prépare l'échantillon sous la forme d'une poudre aplanie dans une coupelle, ou bien sous la forme d'une plaquette solide plate. On envoit des rayons X sur cet échantillon, et un détecteur fait le tour de l'échantillon pour mesurer l'intensité des rayons X selon la direction. Pour des raisons pratiques, on fait tourner l'échantillon en même temps, ou éventuellement on fait tourner le tube produisant les rayons X.
Qui utilise cette technique ?
La technique est utilisĂ©e pour caractĂ©riser la matière. Cela concerne :
  • la recherche : lorsque l'on crĂ©e un nouveau matĂ©riau (souvent des cĂ©ramiques), que l'on veut connaĂ®tre le rĂ©sultat d'une rĂ©action chimique ou physique (par exemple en mĂ©tallurgie, pour reconnaĂ®tre les produits de corrosion ou savoir quel type d'acier on a fabriquĂ©), en gĂ©ologie (gĂ©ochimie) pour reconnaĂ®tre la roche prĂ©levĂ©e Ă  un endroit ;
  • pour le suivi de production dans une usine (contrĂ´le de la qualitĂ© du produit) : dans les cimenteries, les fabriques de cĂ©ramiques…
  • l'industrie pharmaceutique :
    • en recherche : les nouvelles molĂ©cules sont cristallisĂ©es, et les cristaux sont Ă©tudiĂ©s par diffractomĂ©trie de rayons X ;
    • en production : cela sert notamment Ă  vĂ©rifier que l'on n'a pas fabriquĂ© une autre molĂ©cule de mĂŞme formule, mais de forme diffĂ©rente (on parle de polymorphisme)

[modifier] Interaction rayons X-matière

Les rayons X, comme toutes les ondes Ă©lectromagnĂ©tiques, provoquent un dĂ©placement du nuage Ă©lectronique par rapport au noyau dans les atomes ; ces oscillations induites provoquent une réémission d'ondes Ă©lectromagnĂ©tiques de mĂŞme frĂ©quence ; ce phĂ©nomène est appelĂ© diffusion Rayleigh.

Article dĂ©taillĂ© : Interaction rayonnement-matière.

La longueur d'onde des rayons X Ă©tant de l'ordre de grandeur des distances interatomiques (quelques angström), les interfĂ©rences des rayons diffusĂ©s vont ĂŞtre alternativement constructives ou destructives. Selon la direction de l'espace, on va donc avoir un flux important de photons X, ou au contraire très faible ; ces variations selon les directions forment le phĂ©nomène de diffraction X.

Ce phénomène a été découvert par Max von Laue (Prix Nobel en 1914), et longuement étudié par sir William Henry Bragg et son fils sir William Lawrence Bragg (prix Nobel commun en 1915),

Les directions dans lesquelles les interfĂ©rences sont constructives, appelĂ©es « pics de diffraction Â», peuvent ĂŞtre dĂ©terminĂ©es très simplement par la formule suivante, dite loi de Bragg :

2 d \sin \theta = n \cdot \lambda

avec

  • d = distance interrĂ©ticulaire, c'est-Ă -dire distance entre deux plans cristallographiques ;
  • θ = demi-angle de dĂ©viation (moitiĂ© de l'angle entre le faisceau incident et la direction du dĂ©tecteur) ;
  • n = ordre de rĂ©flexion (nombre entier) ;
  • λ = longueur d'onde des rayons X.

Comme les plans cristallographiques peuvent être repérés par les indices de Miller {hkl}, on peut indexer les pics de diffraction selon ces indices.

Article dĂ©taillĂ© : ThĂ©orie de la diffraction sur un cristal.

[modifier] Applications de la DRX

[modifier] Identification de phases cristallines

[modifier] Principes de l'identification des phases

L'idĂ©e d'utiliser la diffraction des rayons X pour identifier une phase fĂ»t dĂ©veloppĂ©e au dĂ©but du XXe siècle de manière indĂ©pendante par Albert Hull[1],[2] en 1919 d'une part, et par Peter Debye et Paul Scherrer d'autre part[3]. En raison de la guerre, la publication et la diffusion des journaux scientifiques Ă©tait difficile ; chronologiquement, c'est Hull qui publia le premier ses travaux , mais la mĂ©thode porte le nom de Debye et Scherrer.

Une poudre formée d'une phase cristalline donnée va toujours donner lieu à des pics de diffraction dans les mêmes directions, avec des hauteurs relatives à peu près constantes. Ce diagramme de diffraction forme ainsi une véritable signature de la phase cristalline. Il est donc possible de déterminer la nature de chaque phase cristalline au sein d'un mélange (mélange de poudre ou échantillon massif polyphasique), à condition d'avoir auparavant déterminé la signature de chaque phase.

La dĂ©termination de cette signature peut se faire soit de manière expĂ©rimentale (mesure d'un produit pur dans des conditions idĂ©ales), soit par simulation numĂ©rique Ă  partir de la structure cristallographique connue — structure ayant elle-mĂŞme pu ĂŞtre dĂ©terminĂ©e par diffraction X (cf. ci-dessous). Cette signature est consignĂ©e dans une fiche sous la forme d'une liste de pics ; la position en 2θ est convertie en distance interrĂ©ticulaire d par la loi de Bragg, afin d'avoir une valeur indĂ©pendante de la longueur d'onde des rayons X (et donc du type de source de rayons X utilisĂ©e). L'intensitĂ© I de chaque pic est exprimĂ©e en pourcent %, parfois en pourmille ‰, 100 % (ou 1 000 ‰) Ă©tant la hauteur du pic le plus intense. Cette liste de pics est souvent dĂ©signĂ©e par le terme « liste de d—I Â» . On constitue ainsi des bases de donnĂ©es, et le diagramme mesurĂ© sur le produit inconnu est comparĂ© de manière informatique Ă  toutes les fiches de la base de donnĂ©es. La base de donnĂ©es la plus complète Ă  l'heure actuelle (2004) est la Powder diffraction file (PDF) de l'ICDD (ex-JCPDS : Joint committee on powder diffraction standards, ex- comitĂ© E4 de l'ASTM), avec plus de 150 000 fiches (dont cependant de nombreuses redondances).

L'intérêt de cette méthode est qu'elle permet de distinguer les différentes formes de cristallisation d'un même composé (par exemple pour la silice, distinguer le quartz de la cristobalite). Cependant, elle ne peut généralement pas permettre d'identifier des composés amorphes. Cette technique est donc complémentaire de l'analyse élémentaire.

La procĂ©dure d'identification des phases se fait en deux Ă©tapes : une Ă©tape de recherche dans une base (search), puis une confrontation des fiches probables avec ce qui est possible chimiquement (match) ; on parle donc frĂ©quemment de search/match pour dĂ©signer cette procĂ©dure.

Au final, c'est l'utilisateur qui dĂ©termine si un produit est prĂ©sent ou pas : en raison des possibilitĂ©s de confusion (plusieurs produits très diffĂ©rents pouvant avoir des signatures très proches), un algorithme automatisĂ© ne peut pas prendre seul la dĂ©cision. C'est en dernier ressort la compĂ©tence de l'utilisateur, son habiletĂ© et sa connaissance de l'Ă©chantillon qui interviennent.

Dans certains domaines, on veut simplement savoir si l'on n'a que la ou les phases prévues et pas d'autre (— notamment, problème des polymorphes) dans le suivi de la production pharmaceutique. Dans ce contexte, il suffit d'établir une liste de pics sur le diffractogramme du produit inconnu, que l'on compare à une liste de pics établie sur le diffractogramme d'un produit étalon (c'est-à-dire dont la composition chimique est maîtrisée).

[modifier] Problèmes rencontrés

Dans le cas d'un produit rĂ©ellement inconnu et dont on cherche Ă  identifier toutes les phases, on est confrontĂ© principalement Ă  trois problèmes :

  • l'Ă©cart de la signature d'un produit par rapport Ă  sa signature thĂ©orique ou idĂ©ale :
    • la position en 2θ des pics d'une phase peuvent ĂŞtre dĂ©calĂ©s :
      • problème d'alignement du diffractomètre,
      • problème de hauteur de la surface de l'Ă©chantillon ;
      • problème de variation des paramètres de la maille cristalline, en raison des contraintes ou de la solution solide — produit non pur,
    • les hauteurs relatives des pics ne sont que rarement respectĂ©es :
      • orientation prĂ©fĂ©rentielle,
      • nombre de cristallites insuffisants pour avoir une bonne statistique,
      • superposition de pics ;
  • le mĂ©lange des pics est parfois complexe, avec des superpositions ;
  • il faut comparer le diffractogramme avec plusieurs centaines de milliers de fiches de rĂ©fĂ©rence.

[modifier] Algorithmes manuels d'identification des phases

[modifier] Méthode d'Hanawalt

Le premier algorithme fut inventĂ© par Hanawalt en 1936[4],[5],[6]. Ă€ l'Ă©poque, les fiches de rĂ©fĂ©rence Ă©taient sous forme papier. Hanawalt regroupa les fiches dont le pic principal (dit « pic Ă  100 % Â») Ă©taient au mĂŞme endroit (ou plus prĂ©cisĂ©ment dans une mĂŞme zone 2θ restreinte), les catĂ©gories ainsi crĂ©es Ă©tant classĂ©es par ordre croissant de position 2θ ; puis, dans une catĂ©gorie de fiches, il regroupa les fiches dont le second pic le plus intense Ă©taient au mĂŞme endroit, classant de mĂŞme les sous-catĂ©gories, et dans une sous-catĂ©gorie, il classa les fiches par ordre de position du troisième pics le plus intense. Pour dĂ©pouiller un diffractogramme, il procĂ©dait donc ainsi :

  • on dĂ©terminait les trois pics les plus intenses, et on recherchait dans la liste d'Hanawalt la ou les fiches pouvant correspondre ;
  • le premier produit Ă©tant identifiĂ©, on Ă©liminait les trois pics considĂ©rĂ©s et on recommençait.

Cette mĂ©thode porte aussi le nom de « mĂ©thode ASTM Â»[7].

Cependant, il fallait aussi prendre en compte les possibles superpositions de pics, donc la possibilité qu'un pic appartenant à une phase déjà identifiée appartienne également à une autre phase. De fait, l'identification devenait extrêmement complexe au-delà d'un mélange de trois phases, et était peu performante pour détecter les phases présentes en faible quantité, c'est-à-dire générant des pics de faible hauteur.

[modifier] Méthode Fink

La méthode Fink[8] fut développée par W. Bigelow et J. V. Smith de l'ASTM au début des années 1960, qui lui donnèrent le nom de William Fink, un référent du JCPDS. L'idée est de considérer les quatre pics les plus intenses d'une fiche, d'appliquer toutes les permutations possibles, puis de classer toutes ces solutions par ordre de d croissant. Lors d'une recherche, l'opérateur prend la première valeur de d rencontrée sur le diffractogramme, puis cherche dans l'index les fiches auxquelles ce pic pourrait appartenir. Les autres pics de chaque fiche sont ensuite confrontés au diffractogramme.

[modifier] Algorithmes informatiques d'identification des phases

L'informatique a permis d'automatiser les procĂ©dures manuelles, notamment avec des algorithmes de recherche automatique de pics et des comparaisons avec les fiches sous formes Ă©lectroniques. Elle a aussi permis d'amĂ©liorer l'algorithme, en multipliant les comparaisons possibles au lieu de se contenter des trois pics les plus intenses. Elle a aussi permis de croiser les informations sur les pics avec des informations sur la composition chimique (recherche dite « boolĂ©enne Â» car elle utilise des opĂ©rations logiques du type « et Â», « non Â» et « ou Â»).

Les premiers programmes sont apparus au milieu des annĂ©es 1960, avec des limitations inhĂ©rentes Ă  la qualitĂ© des diffractogrammes et aux capacitĂ©s de calcul des ordinateurs : les programmes devaient considĂ©rer des possibilitĂ©s d'erreur importantes sur les valeurs de d et de I.

M. C. Nichols[9],[10] adapte ainsi l'algorithme d'Hanawalt en 1966. G. G. Johnson Jr. et V. Vand adoptent quant Ă  eux une approche rĂ©solument nouvelle en 1965[11],[12] : ils comparent de manière systĂ©matique toutes les fiches de la base de donnĂ©e avec la liste de d–I extraite du diffractogramme, et donnent une note Ă  la fiche (FOM, figure of merit). Les fiches de la base de donnĂ©es sont donc classĂ©es par ordre de note de correspondance, puis les « meileurs Ă©lèves Â» sont affichĂ©s (typiquement, on affiche les 50 premiers), classĂ©s selon le nombre de pics communs Ă  la fiche et Ă  la liste de d–I extraite du diffractogramme, puis selon la note.

En 1982, le fabriquant Philips dĂ©veloppe un algorithme propriĂ©taire (non publiĂ©) basĂ© sur la mĂ©thode des moindres carrĂ©s[13] : la note pour chaque fiche est calculĂ©e en fonction de l'Ă©cart entre les pics de la fiche de rĂ©fĂ©rence et la liste de d–I extraite du diffractogramme.

L'amĂ©lioration rĂ©cente la plus importante a eu lieu en 1986[14],[15],[16], avec le programme commercial Eva (suite logicielle DIFFRAC-AT, puis DIFFRACplus) de la sociĂ©tĂ© Socabim, une PME française travaillant essentiellement pour le fabriquant Siemens. Cet algorithme propriĂ©taire (non publiĂ©) reprend la logique de Johnson et Vand ; cependant, il ne se contente pas d'extraire une liste de pics du diffractogramme, mais compare chaque fiche avec le diffractogramme lui-mĂŞme pour donner une note Ă  la fiche (mieux la fiche correspond au diffractogramme, plus la note est basse). Les fiches de la base de donnĂ©es sont donc classĂ©es par ordre de correspondance, puis les « meileurs Ă©lèves Â» sont affichĂ©s (typiquement, on affiche les 50 premiers) ; l'utilisateur superpose ensuite les fiches (reprĂ©sentĂ©es sous la forme de bâtons) au diffractogramme pour dĂ©terminer les fiches qu'il retient. Ainsi, l'algorithme utilise la totalitĂ© des points mesurĂ©s, et notamment la ligne de fond, au lieu de se contenter d'une liste restreinte de sommet de pics ; il prend en compte la superposition des pics (si le bâton d'une fiche se trouve dans une zone oĂą le signal est au-dessus de la ligne de fond, peu importe qu'il soit seul ou qu'il y ait d'autres bâtons) et permet de dĂ©tecter les phases minoritaires. D'autres sociĂ©tĂ©s ont par la suite dĂ©veloppĂ© des algorithmes similaires.

[modifier] Analyse quantitative

[modifier] Méthode des surfaces de pic

La thĂ©orie indique que dans un mĂ©lange, la surface nette des pics d'une phase (dite aussi « intensitĂ© intĂ©grale Â») est propotionnelle Ă  la concentration de la phase moyennant un terme d'absorption : les rayons X sont absorbĂ©s par la matière selon une loi de Beer-Lambert, donc 1 % d'un matĂ©riau donnĂ© ne donne pas le mĂŞme signal selon les 99 % restant.

On peut donc Ă©crire une loi de la forme :

c_i = m_i \cdot I_i \cdot A

oĂą

  • ci est la concentration de la phase i ;
  • Ii est l'intensitĂ© intĂ©grale d'un pic donnĂ© de i ;
  • mi est un coefficient d'Ă©talonnage, une constante de du couple appareil/phase ;
  • A est le terme d'absorption, qui est le mĂŞme pour toutes les phases (puisque l'on travaille en rayonnement monochromatique).

Le coefficient d'étalonnage évolue avec l'âge de l'appareil, et notamment le vieillissement du tube à rayons X.

On peut s'abstraire de l'absorption de deux manières (mĂ©thodes de Chung) :

  • en introduisant un Ă©talon interne : si l'Ă©chantillon est sous forme de poudre, on peut mĂ©langer une quantitĂ© donnĂ©e et connue d'une phase de stable r, et l'on travaille alors en rapport d'intensitĂ© et de concentration :
\frac{c_i}{c_r} = \frac{m_i \cdot I_i \cdot A}{m_r \cdot I_r \cdot A} = \frac{m_i}{m_r} \cdot \frac{I_i}{I_r}
  • en utilisant une Ă©quation supplĂ©mentaire : si toutes les phases soient mesurables et mesurĂ©es), la somme des concentrations est Ă©gale Ă  100 %, on a alors autant d'Ă©quations que d'inconnues.

Ces deux méthodes permettent également de s'abstraire du veillissement du tube.

Si les Ă©chantillons sont quasiment identiques, on peut considĂ©rer que le terme d'absorption est toujours le mĂŞme et se contenter d'intĂ©grer celui-ci dans le coefficient d'Ă©talonnage. Cependant, cette mĂ©thode devient erronĂ©e si l'on sort d'une gamme de concentrations restreinte, et il faut refaire l'Ă©talonnage rĂ©gulièrement pour prendre en compte le vieillssement du tube, ou bien dĂ©terminer la variation d'intensitĂ© pour la corriger, mĂ©thode dite de « correction de dĂ©rive Â» (drift correction).

[modifier] Rapport d'intensité de référence

Si l'on choisit une mĂ©thode de prĂ©paration de rĂ©fĂ©rence avec un Ă©talon interne donnĂ©, il est possible d'Ă©tablir un coefficient d'Ă©talonnage par dĂ©faut ; c'est la mĂ©thode dite RIR, pour « rapport d'intensitĂ© de rĂ©fĂ©rence Â» (reference intensity ratio).

La mĂ©thode qui fait rĂ©fĂ©rence est la suivante :

  • on prĂ©pare l'Ă©chantillon sous forme de poudre ;
  • on le mĂ©lange avec 50 % de corindon (alumine α-Al2O3) et on le mesure ;
  • on fait le rapport entre le pic le plus grand de la phase et le pic le plus grand de corindon.

Ce rapport d'intensité est appelé I/Icor, et constitue le coefficient d'étalonnage de référence.

Si maintenant on considère les Ă©quations ci-dessus, on a, comme ci = ccor :

\frac{c_i}{c_{cor}} = 1 = \frac{m_i}{m_{cor}} \cdot \frac{I_i}{I_{cor}}

soit

\frac{m_i}{m_{cor}} = \frac{1}{(I/I_{cor})_i}

Dans le cas gĂ©nĂ©ral ci ≠ ccor, on a donc :

\frac{c_i}{c_{cor}} = \frac{1}{(I/I_{cor})_i} \cdot \frac{I_i}{I_{cor}}

En faisant le rapport pour deux phases i et j, on obtient :

\frac{c_i}{c_j} = \frac{(I/I_{cor})_j}{(I/I_{cor})_i} \cdot \frac{I_i}{I_j}

On voit alors que les concentration et intensité du corindon disparaissent des formules. On peut donc mesurer l'échantillon inconnu sans ajouter de corindon et utiliser tout de même les coefficients d'étalonnage établis avec le corindon.

Cette mĂ©thode est dite « semi-quantitative Â» car il n'est pas possible de dĂ©finir l'erreur commise sur la mesure. En effet, comme les Ă©chantillons de rĂ©fĂ©rence n'ont pas la mĂŞme nature que l'Ă©chantillon inconnu et n'ont pas subit la mĂŞme prĂ©paration, il n'est pas possible d'utiliser l'Ă©cart type obtenu sur l'Ă©talonnage pour avoir une estimation de l'erreur. Par ailleurs, l'Ă©cart type sur l'Ă©talonnage n'est en gĂ©nĂ©ral pas fourni.

[modifier] Méthode de Rietveld

On peut Ă©galement faire de la quantification par la mĂ©thode de Rietveld : on part de concentrations arbitraires, et on simule le diffractogramme que l'on obtiendrait, en utilisant la thĂ©orie de la diffraction. Puis, on ajuste les concentrations afin de rapprocher le diffractogramme simulĂ© du diffractogramme mesurĂ© (mĂ©thode des moindres carrĂ©s).

La méthode de Rietveld est une méthode sans étalon, mais elle nécessite d'acquérir un diffractogramme sur une grande plage angulaire avec une bonne précision (donc une mesure longue), alors que la méthode de l'intensité intégrale permet de ne mesurer que des plages de quelques degrés autour des pics intéressants. Mais la méthode de Rietveld est la seule exploitable si l'on ne peut pas utiliser de pic isolés (problèmes de superposition de pics).

Pour obtenir informatiquement le spectre thĂ©orique voulu, l'expĂ©riementateur peut affiner plusieurs paramètres :

  • Les paramètres de maille
  • Le taux de cristallinitĂ©
  • La forme des pics (Gaussien ou Lorentzien) et ajustant le coefficient eta.
  • La forme du pied des pics (Coefficients de Caglioti)
  • Le bruit de fond (polynome de degrĂ© 5 en gĂ©nĂ©ral)
  • Le dĂ©calage d'origine
  • Le facteur d'Ă©chelle

[modifier] Mesure de contraintes

Si le cristal est comprimé ou étiré, les distances interréticulaires varient. Ceci entraîne une variation de la position des pics.

En mesurant les déplacement des pics, on peut en déduire la déformation de la maille, et donc, à partir des coefficients élastiques, la contrainte résiduelle dans le matériau.

En faisant varier l'orientation de l'échantillon par rapport au vecteur de diffraction (bissectrice entre faisceau incident et faisceau détecté), on peut mesurer la variation de cette contrainte selon l'orientation de l'échantillon, et donc déterminer le tenseur des contraintes.

Article dĂ©taillĂ© : DĂ©termination du tenseur des contraintes par diffraction de rayons X.

[modifier] Mesure de la texture

Une des hypothèses de la diffraction de poudre avec géométrie de Bragg-Brentano est que toutes les orientations cristallines doivent être respectées. En effet, comme le vecteur de diffraction est toujours perpendiculaire à la surface de l'échantillon, un plan (hkl) ne peut donner un pic que s'il existe des cristallites dont le plan (hkl) est parallèle à la surface.

Si l'Ă©chantillon n'est pas isotrope, alors certains plans donneront des pics moins Ă©levĂ©s, d'autres plus Ă©levĂ©s qu'une poudre isotrope. Par ailleurs, si l'on incline l'Ă©chantillon, le nombre de cristallites dont le plan (hkl) diffracte va varier ; ainsi, en mesurant la hauteur de deux pics pour plusieurs orientations de l'Ă©chantillon, on peut dĂ©terminer l'orientation globale des cristallites, c'est-Ă -dire la texture.

[modifier] Détermination de structures cristallographiques

À partir des intensités diffractées et de la relation inverse (réseau réciproque - réseau réel), il est possible, à partir d'une série d'images de diffraction, de déterminer l'arrangement tridimensionnel des atomes d'une structure cristalline. Cette méthode a pris une importance considérables ces dernières années pour la détermination de la structure des protéines biologiques.

Ă€ l'aide d'un logiciel (par exemple Denzo), il est possible de dĂ©terminer les axes et centres de symĂ©trie d'un cristal et de proposer le système cristallin le plus probable parmi les sept existants (triclinique, monoclinique, orthorhombique, trigonal, tĂ©tragonal=quadratique, hexagonal, cubique). C'est ensuite Ă  l'utilisateur de choisir le groupe d'espace le plus appropriĂ© : le système choisi est gĂ©nĂ©ralement celui qui a la plus haute symĂ©trie afin d'avoir la meilleure rĂ©solution (c'est gĂ©nĂ©ralement Ă  la fin de l'analyse, lorsque toutes les positions atomiques sont dĂ©terminĂ©es que peut ĂŞtre prĂ©cisĂ© le groupe d'espace). Des paramètres de maille sont alors proposĂ©s.

Le facteur de fiabilitĂ© R (reliability) permet de calculer le degrĂ© de fiabilitĂ© de la maille proposĂ©e par rapport Ă  la structure cristalline rĂ©elle. Quand il atteint une valeur suffisamment faible cela signifie que le modèle de maille est acceptable ; on peut alors passer Ă  l'Ă©tape suivante c'est-Ă -dire l'intĂ©gration des intensitĂ©s diffractĂ©es et l'affinement des paramètres de maille.

Les amplitudes diffractées sont caractéristiques de la nature et de la position des atomes, en fait de la densité électronique en tout point de la maille. Plus exactement, espace réel (de la structure cristalline) et réciproque (des directions de diffraction) sont liés par transformation de Fourier. Malheureusement, une partie importante de l'information est perdue lors de la collection des images de diffraction, puisque seule la norme des intensités complexes est mesurable par les détecteurs. Les phases, qui portent une part très importante de l'information structurale, sont perdues et doivent êtres déterminées (expérimentalement et/ou informatiquement). Il est nécessaire d'intégrer un grand nombre de “ taches ”, correspondant à l'intensité des réflexions sur le réseau cristallin.

Pour les petits composĂ©s (mailles contenant peu d'atomes), des procĂ©dures ab initio ont Ă©tĂ© mises au point. Par contre, pour des composĂ©s de masse molaire (ou poids molĂ©culaire) plus importante, on utilise des mĂ©thodes :

  • de dĂ©rivation aux atomes lourds ;
  • anomales ;
  • ou bien de remplacement molĂ©culaire, quand la structure (de l'unitĂ© asymĂ©trique) est partiellement connue.

Par itérations successives, il est alors possible de déterminer les phases manquantes, et par là même d'affiner la structure cristallographique du composé.

[modifier] Annexes

[modifier] Bibliographie

  • MĂ©thodes physiques d'Ă©tude des minĂ©raux et des matĂ©riaux, J.-P. Eberhart, Ă©d. Doin Ă©diteurs, 1976
  • Elements of X-ray Diffraction, B. D. Cullity, Ă©d. Addison-Wesley, 1956
  • Introduction to X-ray Powder Diffraction, R. Jenkins, R. L. Snyder, Ă©d. Wiley Interscience, 1996
  • A computerized powder identification system, G. G. Johnson Jr., V. Vand, Ind. Eng. Chem vol. 59, p19, 1965
  • A Fortran II program for the identification of X-ray powder diffraction patterns, M. C. Nichols, UCRL-70078, 1966
  • A new minicomputer search/match/identify program for qualitative phase analysis with the powder diffractometer, W. N. Schreiner, C. Surdukowski, R. Jenkins, J. Appl. Crystallogr. vol. 15, pp 513–523, 1982
  • Using digitized X-ray powder diffraction scans as input for a new PC-AT Search/match program, P. Caussin, J. Nusinovici, D. W. Beard, Adv. X-Ray Anal. vol. 31, pp 423–430, 1988
  • Powder diffraction, J. Ian Ianford, D. LouĂ«r, Rep. Prog. Phys. vol. 59, pp 131—234, 1996
  • Chemical Analysis by X-Ray Diffraction, J. D. Hannawalt, H. W. Rinn et L. K. Fevel, Ind. Eng. Chem., Anal. Ed. 10, pp 457–512, 1938
  • A New Method of Chemical Analysis, A. W. Hull, J. Am. Chem. Soc. 41, pp 1168–1195, 1919
  • [pdf] Autobiography, A. W. Hull, Fifty Years of X-Ray Diffraction, IUCr
  • [pdf] Personal Reminescences, P. Scherrer, Fifty Years of X-Ray Diffraction, IUCr
  • [pdf] Fast residual stress mapping using energydispersive synchrotron X-ray diffraction, Alexander M. Korsunsky, Steve P. Collins, R. Alexander Owen, Mark R. Daymond, SaĂŻda Achtioui et Karen E. James 2002

[modifier] Articles connexes

  • Simulation de profil

[modifier] Liens externes

[modifier] Références

  1. ↑ A New Method of Chemical Analysis, A. W. Hull, J. Am. Chem. Soc. 41, pp 1168–1195, 1919
  2. ↑ [pdf] Autobiography, A. W. Hull, Fifty Years of X-Ray Diffraction, IUCr
  3. ↑ [pdf] Personal Reminescences, P. Scherrer, Fifty Years of X-Ray Diffraction, IUCr
  4. ↑ Elements of X-ray Diffraction, B. D. Cullity, éd. Addison-Wesley, 1956, p 379
  5. ↑ Introduction to X-ray Powder Diffraction, R. Jenkins, R. L. Snyder, éd. Wiley Interscience, 1996, p335
  6. ↑ Chemical Analysis by X-Ray Diffraction, J. D. Hannawalt, H. W. Rinn et L. K. Fevel, Ind. Eng. Chem., Anal. Ed. 10, pp 457–512, 1938
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  8. ↑ Introduction to X-ray Powder Diffraction, R. Jenkins, R. L. Snyder, éd. Wiley Interscience, 1996, p341
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