شناسایی مواد
شناسایی مواد مجموعهای از روشهای تجربی است که برای تعیین ساختار، ترکیب و ریزساختار مواد به کار میرود و شواهدی را ارائه میدهد که چگونگی ساخت یک ماده را به چگونگی رفتار آن مرتبط میسازد.
Definition
شناسایی مواد عبارت است از تعیین تجربی ساختار، ترکیب، ریزساختار و حالت شیمیایی یک ماده با استفاده از پراش، میکروسکوپ، طیفسنجی و روشهای مرتبط، به منظور درک و پیشبینی خواص آن.
Scope
این حوزه تکنیکهای اصلی برای بررسی مواد را پوشش میدهد: روشهای پراش که ساختار بلوری و فاز را آشکار میسازند، میکروسکوپ الکترونی که ریزساختار را تصویربرداری کرده و ترکیب را در مقیاسهای کوچک تحلیل میکند، و روشهای طیفسنجی که حالت شیمیایی و پیوندها را شناسایی میکنند. این بخش به آنچه هر تکنیک اندازهگیری میکند، مقیاسهای طولی که به آن دسترسی دارد، و چگونگی ترکیب روشهای مکمل برای ساختن یک تصویر ساختاری و شیمیایی کامل از یک ماده میپردازد.
Sub-topics
Core questions
- ساختار بلوری و فاز یک ماده چگونه تعیین میشود؟
- ریزساختار و ترکیب موضعی چگونه تصویربرداری و تحلیل میشوند؟
- حالت شیمیایی و پیوندها چگونه شناسایی میشوند؟
- تکنیکهای مکمل چگونه در مقیاسهای طولی مختلف ترکیب میشوند؟
Key concepts
- قانون براگ و پراش
- شناسایی فاز
- میکروسکوپ الکترونی
- ریزتحلیل
- تحلیل شیمیایی طیفسنجی
- شناسایی چندتکنیکی
Key theories
- پراش به عنوان ابزاری برای بررسی ساختار
- هنگامی که امواج با طول موج قابل مقایسه با فاصله بین اتمی از یک بلور پراکنده میشوند، تنها در زوایایی که توسط قانون براگ تعیین شدهاند، به طور سازنده تداخل میکنند، بنابراین الگوهای پراش مستقیماً آرایش تناوبی اتمها و فازهای موجود را کدگذاری میکنند.
- تصویربرداری و طیفسنجی در مقیاسهای مختلف
- میکروسکوپ الکترونی ریزساختار را تا مقیاس اتمی تصویربرداری میکند و از طریق اشعه ایکس و الکترونهای گسیل شده، ترکیب موضعی را اندازهگیری میکند، در حالی که روشهای طیفسنجی حالت شیمیایی و پیوندها را گزارش میدهند؛ ترکیب این تکنیکها ساختار و شیمی را از سطح توده تا سطح اتمی حل میکند.
Clinical relevance
شناسایی در سراسر شیمی مواد ضروری است: این فرآیند تأیید میکند که سنتز فاز مورد نظر را تولید کرده است، ریزساختاری را که خواص را کنترل میکند آشکار میسازد، خرابی و تخریب را تشخیص میدهد، و بازخورد ساختاری و شیمیایی لازم برای توسعه و کنترل مواد در تحقیقات و تولید را فراهم میآورد.
History
مشاهده پراش اشعه ایکس توسط بلورها توسط فون لاوه در سال ۱۹۱۲ و فرمولبندی قانون پراش توسط براگها، اساس شناسایی ساختاری را بنا نهاد. اختراع میکروسکوپ الکترونی توسط روسکا در دهه ۱۹۳۰ تصویربرداری را بسیار فراتر از حد نوری گسترش داد، و توسعه بعدی طیفسنجیهای الکترونی و اشعه ایکس، ابزاری جامع برای بررسی مواد به شیمیدانان داد.
Key figures
- William Lawrence Bragg
- Max von Laue
- Ernst Ruska
Related topics
Seminal works
- leng2013
- callister2018
Frequently asked questions
- چرا معمولاً برای شناسایی یک ماده به بیش از یک تکنیک نیاز است؟
- هر روش جنبه خاصی را در مقیاس طولی خاصی بررسی میکند: پراش ساختار بلوری متوسط را ارائه میدهد، میکروسکوپ ریزساختار و ترکیب موضعی را نشان میدهد، و طیفسنجی حالت شیمیایی را مشخص میکند. درک کامل معمولاً نیازمند ترکیب چندین روش است تا اطلاعات مکمل آنها همپوشانی داشته و یکدیگر را تأیید کنند.
- رابطه بین شناسایی مواد و شیمی تجزیه چیست؟
- آنها همپوشانی قوی دارند. شیمی تجزیه بر تعیین ترکیب و غلظت تأکید دارد، در حالی که شناسایی مواد علاوه بر آن بر ساختار و ریزساختار نیز تأکید میکند. بسیاری از ابزارها و اصول مشترک هستند، و شناسایی را میتوان به عنوان شیمی تجزیه کاربردی در ساختار و خواص مواد در نظر گرفت.