Dispersión total

Técnica analítica de dispersión total o análisis de la función de distribución de pares

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Materiales desordenados

El análisis de la función de dispersión total o distribución en pares (PDF, del inglés Pair Distribution Function) es una técnica analítica que puede proporcionar información estructural de los materiales desordenados mediante el uso del patrón completo de XRD de polvo. Se determinan la dispersión de Bragg y la dispersión difusa subyacente. La técnica de la función de distribución de pares también se conoce como análisis de dispersión total. A partir de los picos de Bragg en un difractograma de rayos X, se puede deducir el orden de rango largo de los átomos. El orden de rango corto, es decir, la estructura atómica local, está presente en las características amplias y menos bien definidas en el difractograma. Esta estructura local se describe cuantitativamente mediante la función de distribución de pares atómicos.

Aplicaciones del análisis de la función de distribución de par (PDF)

El análisis de la función de distribución de pares se aplica a la caracterización estructural de los materiales que están intrínsecamente desordenados. Dichos materiales pueden ser amorfos, mal cristalinos, nanocristalinos o nanoestructurados. Por lo general, estas muestras son lo siguiente:

  • Nanopolvos
  • Cristales
  • Polímeros
  • Compuestos farmacéuticos
  • Líquidos

La propia función de PDF también la utiliza la industria farmacéutica como una huella digital de materiales amorfos. Otras áreas atractivas de la investigación química en estado sólido para el análisis de PDF incluyen el estudio de materiales relacionados con la energía: Materiales para celdas de combustible de óxido sólido (SOFC, del inglés Solid Oxide Fuel Cells), materiales magnéticos, MOF, ceolitas y materiales de baterías de litio.

Determinación y análisis de la función de distribución de pares (PDF)

A partir del difractograma de rayos X medido, la llamada función de estructura se determina siguiendo los pasos iniciales de reducción de datos básicos. Luego, la función de distribución de pares atómicos radiales se calcula mediante una transformación de Fourier. La función de distribución de pares describe la probabilidad de encontrar dos átomos separados por una cierta distancia en el material en investigación. Luego, se utiliza el software para encontrar el modelo estructural que mejor se ajuste a la función determinada de PDF.

Requisitos para las mediciones de la función de distribución de pares (PDF)

Para obtener la resolución espacial deseada para la estructura atómica local, se debe realizar la adquisición de datos para el análisis de PDF:

  • Hasta los ángulos de difracción lo más altos posible (gran rango Q)
  • Uso de rayos X de longitud de onda corta (radiación de alta energía)
  • Con muy buenas estadísticas de conteo
  • Con supresión de fondo óptima.

Debido a estos exigentes requisitos, la técnica hasta hace poco casi exclusivamente se basó en los haces de rayos X de alta calidad que están disponibles en fuentes de radiación de sincrotrón. En la práctica, a menudo es difícil y requiere mucho tiempo tener acceso a tales instalaciones a gran escala. Por lo tanto, es altamente deseable e incluso se requiere realizar la preselección de las muestras candidatas en el laboratorio de investigación con anticipación.

Soluciones de Malvern Panalytical para el análisis de la función de distribución de pares (PDF) en el laboratorio

La plataforma de difracción de rayos X multipropósito Empyrean se puede configurar para experimentos de dispersión total para el análisis en PDF.

La configuración utiliza:

  • Tubo de rayos X de plata o molibdeno
  • Espejos de enfoque del haz incidente o un sistema de colimación con hendidura
  • Rotor capilar
  • Detector de píxeles híbridos (GaliPIX3D), detector de línea (X'Celerator)
  • Kit antidispersión para supresión de fondo.

Se ha prestado mucha atención para lograr un fondo limpio y uniforme, que es esencial para obtener resultados significativos en materiales muy desordenados o completamente amorfos.

Los datos experimentales obtenidos con los sistemas analíticos Malvern permiten la comparación con los resultados de sincrotrón. Los datos sin procesar medidos se pueden procesar y analizar más a fondo con paquetes de software de análisis de PDF que están disponibles como freeware.