Quantitative determination of rutile versus anatase in heavy minerals by both calibration and Rietveld refinement

Význam tématu

Přesné stanovení poměru polymorfů TiO2 – rutilu a anatase – je klíčové pro jejich různé průmyslové aplikace. Rutile se využívá jako surovina pro výrobu kovového titanu a ve fotovoltaice, zatímco anatase díky své vysoké fotokatalytické aktivitě nachází uplatnění v katalýze a čištění prostředí.

Cíle a přehled studie / článku

Studie popisuje dvě analytické strategie pro kvantitativní určení obsahu rutilu a anatase v mineralogických vzorcích: tvorbu kalibračních křivek založených na intenzitách charakteristických difrakčních reflexí a metodu Rietveldovy refinice. Cílem je vyhodnotit přesnost, citlivost a uživatelskou přívětivost přístrojů Thermo Scientific ARL EQUINOX 100 a 1000.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky: Směsi práškových vzorků rutilu a anatase s předem známým percentuálním složením.
Geometrie měření: Reflektivní režim s Cu Kα zářením.
Čas sběru dat: 20 minut na EQUINOX 100, 10 minut na EQUINOX 1000.
Datové zpracování:

• Kalibrační křivky: Poměr intenzit nejsilnější reflexe rutilu a anatase versus složení.
• Rietveldova refinice: Software MAUD pro zběžné ověření váhových frakcí.
• Kvalitativní analýza: Crystal Impact MATCH! a MDI JADE 2010 s databází ICDD PDF4+.

Použitá instrumentace

Thermo Scientific ARL EQUINOX 100:

• Cu mikrofokusová trubice (50 W) s mirror optikou.
• Křivá poloha citlivá detekce (CPS) měří všechny reflexe najednou.

Thermo Scientific ARL EQUINOX 1000:

• 3 kW generátor a dlouhá trubice s plochými HOPG (002) nebo Ge (111) monochromátory.
• Umožňuje vysoký průtok a vysoké rozlišení.

Hlavní výsledky a diskuse

Oba přístroje vykazují podobné kalibrační křivky pro rutile až do nízkých koncentrací anatase, přičemž EQUINOX 1000 dosahuje detekčního limitu ~0,8 % anatase. EQUINOX 100 umožňuje spolehlivou kvantifikaci nad ~1,5 %. Rietveldova refinice potvrdila vysokou shodu získaných hmotnostních frakcí s referenčními hodnotami (např. 79,9 % vs. 80 % rutile).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí rychlé, přenosné a snadno ovladatelné řešení pro provozní kontrolu ve výrobních linkách i výzkumných laboratořích. Kombinace kalibrace a Rietveldovy refinice minimalizuje chyby při interpretaci dat i při nižších zkušenostech obsluhy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj instrumentace směrem k ještě vyšší citlivosti a rychlosti měření otevře cestu pro on-line sledování kvality surovin a produktů v reálném čase. Integrace strojového učení do vyhodnocení dat může dále zvýšit automatizaci a spolehlivost kvantifikace fázového složení.

Závěr

ARL EQUINOX 100 i 1000 představují efektivní nástroje pro kvantifikaci rutilu a anatase v mineralogických vzorcích. Kalibrační křivka a Rietveldova refinice poskytují komplementární přístup, který zkracuje dobu analýzy a zvyšuje reprodukovatelnost výsledků, zejména v rutinních provozních podmínkách.

Reference

• Thermo Fisher Scientific Inc., Application Note AN41118, 2018
• MDI JADE 2010 software; ICDD PDF4+ databáze
• MAUD software pro Rietveldovu refinici
• Crystal Impact MATCH! pro kvalitativní fázovou analýzu