Microdiffractometre Bruker Siemens (GADDS)

Raffinement de spectres de rayons X par la méthode Rietveld

Microscopie électronique (SEM) équipé de détecteurs EDS et WDS

Microdiffractometre Bruker Siemens (GADDS)

Photo du GADDS

La diffraction des rayons X est une technique de microanalyse permettant la détermination de toutes les phases cristallisées (minéraux, protéine, molécule de synthèse). Cette technique est basée sur la comparaison du spectre obtenu par diffraction à un spectre obtenu sur un échantillon le plus pur possible et contenu dans une banque de donnée internationale.

Principe de la méthode :

On expose une poudre de l’échantillon à analyser à un rayonnement X monochromatique (en général la raie Kα du cuivre). Ce rayonnement est diffusé par l’échantillon.
Les rayons diffusés subissent des interférences destructives si ils ne sont pas en phase. Par contre, lorsque ces rayons respectent la loi de Bragg, il y a interférence constructive.

nλ = 2 d sin θ (loi de Bragg)

où n est l’ordre de la réflexion, λ est la longueur d’onde du rayonnement incident, d est la distance entre 2 plans successifs et θ est l’angle entre le rayonnement et les plans du cristal.

L’échantillon se trouvant sous la forme d’une poudre, l’ensemble des plans représentatifs de la structure seront statistiquement présent.

Particularité du GADDS par rapport aux autres types de diffractomètres :

Le GADDS présente comme avantage par rapport aux autres techniques de microdiffraction d’intégrer le spectre sur une surface. Ce qui augmente la précision et diminue le temps de mesure.

Raffinement de spectre de rayons X par la méthode Rietveld

La méthode Rietveld est une méthode de raffinement des spectres de rayons X permettant :

Pour l’analyse quantitative, cette méthode présente comme avantage par rapport à la méthode du comptage de point :

Limitation de la méthode :

Le raffinement qui consiste à calculer un spectre théorique le plus proche possible du spectre observé, est effectué en utilisant l’équation :

Où Y_ic est l’intensité calculée en un point, Y_ib est l’intensité calculée de background en ce point, G_ik la fonction normalisée du profile du pic, I_k est l’intensité de la K^ème réflexion contribuant à l’intensité au point i et p représente les phases possibles présentes dans l’échantillon.

Le background Y_ibpeut être calculé à l’aide d’une série de fonctions mathématique.  Nous utiliserons dans le cadre de ce tp une polynomiale de cinquième ordre.

Le profile des pics G_ikest lui aussi calculé à l’aide d’une fonction mathématique.  Dans le cadre de ce tp, nous utiliserons la plus simple qui est la fonction Voigt.

L’intensité I_kest calculée à l’aide de l’équation :

I_k=SM_kL_k|F_k|²P_kA_kE_k

Où S est le facteur d’échelle, M_k est le facteur de multiplicité, L_k est le facteur de polarisation (constante instrumentale), F_k est le facteur de structure, P_k est le facteur qui tient compte des orientations préférentielles, A_k est le facteur d’absorption et E_k est le facteur d’extinction de pics.

Microscopie éléctronique (SEM) équipé d'un détecteur EDS et WDS

Photo du microscope électronique du laboratoire

La microscopie électronique est une technique de microanalyse permettant une analyse chimique qualitative et quantitative de particule aussi petite que 5µm.

Principe de la méthode :

Un canon à électrons (filament de tungstène) produit par chauffage avec un courant de A un faisceau d’électrons.  Ce faisceau est accéléré par l’application d’une tension d’accélération de 5 à 40kV.
Il est ensuite focalisé par une série de lentilles magnétiques.
Enfin, 2 paires de bobines de balayage vont imprimer une déflexion rapide du faisceau permettant un balayage selon X et Y d’une portion de la surface de l’échantillon.

Lorsque le faisceau électronique entre en contact avec la surface de l’échantillon, les électrons réagissent avec la matière pour produire :

• Des électrons rétrodiffusés :

 

Electrons qui subissent une collision élastique lors du contact avec l’échantillon.

La quantité d’électrons rétrodiffusés augmente avec le numéro atomique ce qui nous donne une image présentant un contraste chimique.

• Des électrons secondaires :

 

Electrons éjectés des atomes de l’échantillon par les électrons du faisceau.

Leurs très faibles énergies ne leur permettent de traverser qu’une faible couche de matière (quelques nm) ce qui permet d’obtenir des informations sur le relief.

Image en électron rétrodiffusé d'une lave du Sorik Marapi	Image en éléctron secondaire de microcristaux de Jarosite

•  Les rayons X :

Rayonnement produit par l’éjection d’un électron des couches intérieures de l’atome.  Le vide ainsi formé est comblé par une transition électronique depuis les couches extérieures de l’atome. 

Les transitions électroniques engendrent des émissions de rayons X d’énergies caractéristiques de l’atome.  C’est cette énergie qui permet de connaître la composition chimique.