El documento describe la técnica de difracción de rayos X para la identificación y cuantificación de minerales. Explica que los rayos X se utilizan para iluminar muestras cristalinas y que la difracción de los rayos produce patrones que revelan información sobre la estructura cristalina de los minerales presentes. También describe los componentes clave de un difractómetro de rayos X y cómo se usa esta técnica para analizar muestras de minerales.

1. DIFRACTOMETRIA DE RAYOS X
IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE MINERALES POR
DIFRACCIÓN DE RAYOS X
ORIGEN DE LOS RAYOS X
Fueron descubiertos en 1895 por W.K. Roentgen cuando experimentaba
en la Universidad Alemana de Wurzburg con tubos de rayos catódicos
provistos de un par de electrodos de metal entre los cuales pasaba
corriente directa en alto voltaje.
Los rayos X generados son RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS
cuyo rango de longitudes de onda está comprendido aproximadamente
entre 0.01 a 100 A. los rayos X utilizados en difracción se
encuentran en el intervalo de 0.5 a 2.5 A.

2. TUBOS DE RAYOS X
Los tubos de difracción de rayos X son de alta intensidad en
casi vacío, conteniendo un filamento de tungsteno y anticátodo
metálico enfriado por refrigeración con agua además de
ventanas de Berilio para una alta transmisión de rayos X. estos
tubos trabajan generalmente entre 15 a 40 mA en 40 KV.
FUENTE DE ALTA TENSIÓN
La fuente corresponde a un transformador de alto voltaje en el
rango entre 30 a 60 KV mejor seleccionado por un reóstato
autotransformador de pasos, o un transformador continuamente
variable.

3. FENÓMENO DE DIFRACCIÓN DE RAYOS X
En 1912, un grupo excepcional de científicos residía en Munich, entre
otros el Profesor Paul von Groth (El padre de los cristalógrafos), W.K.
Roentgen y A. Sommerfeld. Asociados a Roentgen un grupo de personas
trabajando en investigación experimental sobre la naturaleza y
propiedades de los rayos X: Von Angerer media la energía de tal
radiación; Bassler, su polarización; y Friedrich, la distribución azimutal de
su intensidad.
La difracción por un cristal como una rejilla tridimensional nunca
había sido considerada. Su intuición óptica llevó a LAUE a predecir
efectos de difracción utilizando rayos X. obteniéndose las primeras
fotografías de difracción de cristales de sulfato de cobre. ESTO ERA
UNA PRUEBA EXPERIMENTAL DE LA NATURALEZA PERIODICA DE
LOS CRISTALES Y LA NATURALEZA ONDULATORIA DE LOS
RAYOS X. al mismo tiempo había nacido el METODO DE LAUE.

4. 0,5 mm
Arena con abundante magnetita , cuarzo y feldespatos.
ARENA - PLAYA DE AREQUIPA

5. Patrón de
difracción de rayos
X de Laue(1912) :
Monocristal de
Halita
Mo/35KV/20mA
2 horas
Retro-reflexión
Película-
monocristal : 3cm
Lab.
Espectrometría
(1980)

6. Patrón de
difracción de
rayos X de Laue :
Monocristal de
Muscovita
Mo/35KV/20mA
2 horas
Retro-reflexión
Lab.
Espectrometría

7. LEY DE BRAGG
En 1913, poco tiempo después del descubrimiento de Laue,
BRAGG encontraba una interpretación geométrica, simple de
difracción de rayos X por una cristal. Usando una analogía a una
reflexión especular, el demostraba que las condiciones para que
un haz monocromático sea difractado debe cumplir la Ley de
Bragg que establece:
nλ = 2dSenθ
Donde n es un entero (orden de la reflexión) λ, es la longitud de
onda de los rayos X, d la distancia interplanar entre planos
atómicos sucesivos en el cristal, y θ el ángulo entre el plano
atómico y ambos flujos incidentes y reflejados.

8. FUNDAMENTO DE LA DIFRACTOMETRÍA DE RAYOS X
LEY DE BRAGG
2θ

9. Cuando se utiliza la Ley d Bragg hay que tener en cuenta dos
hechos geométricos importantes que son:
-El haz incidente, la normal al plano reflectante y el haz
difractado son siempre coplanares.
-El ángulo entre el haz difractado y el haz transmitido es
siempre 2θ; este es conocido como ángulo de difracción y es
usualmente medido experimentalmente.

10. 2 cm
Fragmentos de rocas monzogranito con fenocristales de
feldespatos y diseminaciones de biotita, cloritas, y óxidos.
INTRUSIVO MINSUR – PUNO-AGREGADO POLICRISTALINO

11. 2 cm
Fragmentos de roca lutita arcillosa con óxidos de hierro.
AMOTAPE – PIURA – Agregado Policristalino

12. DIFRACCION DE AGREGADOS POLICRISTALINOS
CAMARA DEBYE-SHERRER
Desarrollado en 1916 por Debye y Sherrer en Alemania. La cámara
tiene geometría cilíndrica y la película fotográfica está colocada sobre
a superficie interior y la muestra en polvo (malla -325) colocada
generalmente dentro de capilares muy finos (0.3 – 0.5 mm. diámetro)
de borato de litio. La muestra está conectada por una polea a un motor
de tal manera que puede girar a una velocidad constante a fin de tener
una distribución isotrópica de la muestra. Cámara de 5.73cm., es
frecuentemente utilizado.
Los diagramas son obtenidos cuando rayos X monocromáticos inciden
sobre la muestra y los conos de haces difractados interceptan a la
película que después del revelado aparecen cono arcos de
circunferencia o rectas dependiendo del ángulo de difracción.
De la interpretación de estos diagramas se obtiene información sobre
identificación de compuestos y estructura.

13. Diagrama de Debye -Sherrer(1916) de un agregado policristalino
- CuKalfa/Ni - 35KV/15 mA, 4horas
Lab. Espectrometría
Ley de Bragg : 2dsenθ = nλ
λRX Cámara de Debye -Sherrer

14. DIFRACTOMETRO RAYOS X
El difractometro de rayos X es una consecuencia del
espectrómetro de ionización utilizado por Bragg alrededor de
1913 para dispersar un espectro de rayos X en sus longitudes de
onda por medio de un cristal de distancia interatómica “d”
conocida. Sin embargo por su débil sensibilidad el espectrómetro
de ionización tubo poco éxito en medir reflexiones de muestra de
polvos; quedando buen tiempo confinado a los laboratorios de
investigación hasta que Friedman por alrededor de 1943
desarrolla un diseño que permite la construcción de
difractómetros comerciales.

15. El difractómetro es un instrumento que utiliza un haz de radiación
monocromática que al incidir sobre un polvo (agregado policristalino)
produce haces difractados que obedecen a la Ley de Bragg. Estos
haces son detectados por tubos proporcionales o de centelleo de alta
sensibilidad permitiendo una evaluación gráfica (DIFRACTOGRAMA) o
el uso de un microprocesador para evaluar las distancias interatómicas
e intensidades relativas permitiendo realizar ANALISIS ESTRUCTURAL
Y ANALÍTICO.
PARTES PRINCIPALES:
Fuente de alta tensión.
Tubos de rayos X
Sistema de refrigeración con agua a presión
Goniómetro
Detector
Analizador de pulsos
Registrador/Microprocesador

16. CONFIGURACIÓN DEL DIFRACTÓMETRO DE RAYOS X (DRX)
PC
Filtro NiAnticátodo de Cu
nλ = 2dSenθ

17. PREPARACIÓN DE MUESTRAS PARA DIFRACTOMETRIA DE
RAYOS X
Para muestras sólidas se debe realizar una preparación
mecánica (chancado, cuarteado, secado a 105ºC y pulverización)
hasta polvo (malla -325); colocándola (1 a 5 gramos) luego en
porta muestras cilíndricos o rectagulares con espátula y presión
moderada hasta obtener una superficie suficientemente plana de
tal manera que se pueda cumplir la Ley de Bragg en la forma
mas correcta.
Para agregados policristalinos como aleaciones o materiales
deben cortarse en láminas (2cm x 4cm) y limpiar la superficie.
En algunos casos hay que realizar separaciones físicas o
químicas de tal manera que durante la irradiación se tenga la
mejor información.

18. Difractómetro de rayos X

19. VELOCIDAD Y RANGOS DE BARRIDO EN DRX
De acuerdo al tipo de fases que se desea resolver se puede
seleccionar velocidades de 6, 2, 1, ½, ¼, 1/8, 1/16, grados por
minuto. Una velocidad estándar es de 2 grados/min.
Los intervalos de barrido varían entre 3 a 50 ó 3 a 90 grados en 2θ;
dependiendo de los tipos de compuestos que se desea determinar.
INTERPRETACIÓN DE DIFRACTOGRAMAS DE RAYOS X
Obtenido el DIFRACTOGRAMA se determinan las distancias
interplanares (usando la Ley de Bragg) e intensidades relativas
(áreas bajo el pico) de cada uno de los picos generados por los
distintos planos atómicos de los cristales que forman la muestra.

20. APLICACIONES DE LA DRX
•IDENTIFICACIÓN DE FASES COMPONENTES DE
MUESTRAS UTILIZANDO FICHAS ASTM.
•DETERMINACIÓN DE ESTRUCTURAS CRISTALINAS
•CUANTIFICACIÓN DE FASES COMPONENTES

25. DETERMINACIÓN DE ESTRUCTURAS CRISTALINAS
La estructura cristalina de una sustancia tipifica su patrón de difracción
(DIFRACTOGRAMA), o más específicamente la forma y tamaño de
la celda unitaria es determinado por las posiciones angulares de
las líneas de difracción, y la distribución espacial de los átomos
dentro de la celda unitaria, es determinado por las intensidades
relativas de los picos o líneas.
ESTRUCTURA CRISTALINA DIFRACTOGRAMA
Celda Unitaria Posiciones de picos
Posiciones Atómicas Intensidades de picos
.

26. La determinación de una estructura desconocida se realiza en
tres etapas:
(1) La forma y tamaño de la celda unitaria son calculadas de las
posiciones angulares de los picos del difractograma
(2) El número de átomos por celda unitaria es calculada de la forma y
tamaño de la celda unitaria, la composición química del espécimen
y su medida de densidad.
(3)Finalmente, las posiciones de los átomos dentro de la celda
unitaria es deducida de las intensidades relativas (IR) de las líneas
de difracción.
IR = IFI2
H Lp
Donde F es el factor de estructura, H factor de multiplicidad y Lp
factor de polarización de Lorentz

28. DETERMINACIÓN DE LA
ESTRUCTURA DEL ORO
Parámetros de red:
a, b, c
α ,β,
Posiciones atómicas

30. ESTRUCTU-
RA DE LA
MONTMO-
RILLONITA

31. Efecto de red
expandible en
montmorillonita

32. DRX :
Roca de caja
techo-
Orcopampa
40KV/35ma
Cu Kalfa/Ni
Lab.
Espectromet
ría
>Cuarzo+pirofilita+cuarzo+diáspora

33. Zona de alteración hidrotermal argílica de Ilabaya en
margen derecho del río del mismo nombre

34. >>Alunógeno (Al2(SO4)3.16H2O +
Halotriquita (FeAl2(SO4)4.22H2O +yeso
DRX : Muestra
Colpar - Ilabaya

35. DRX :
Roca de caja
techo-
Orcopampa
40KV/35ma
Cu Kalfa/Ni
Lab.
Espectrometría
>Cuarzo+pirofilita+cuarzo+diáspora

36. DIFRACTOGRAMA DE RAYOS
Muestra: Cenizas del volcán
Sabancaya

37. Curva cuantitativa de fase mineral