Recommended
Recommended
More Related Content
Featured
Featured (20)
51115034.pdf
- 4. Application of 2D correlation techniques on PIXE spectra Abdul G. Al Lafi1,*, M. S. Rihawy 2,* Atomic Energy Commission, P.O. Box: 6091, Damascus, Syrian Arab Republic. 1Division of Chemical Technologies, Department of Chemistry, 2 IBA Laboratory, Department of Physics. Abstract A new approach based on two dimensional correlation mapping (2D-CM) and Particle Induced X-ray Emission (PIXE) spectra was successfully applied to describe the diffusion processes of chloride and sulfate ions. The use of hybrid 2D correlation enables a fast comparison of ions diffusion, while multiple perturbation correlation spectroscopy enables the study of compositional factor affecting diffusion. It was shown that by rearranging the same data in different ways, different techniques of 2D-CM could be applied and new information could be obtained. The 2D-CM findings were in line with the classical PIXE results and consistent with the underlying physics of the experiments, which suggest that it will be a powerful and fast data analysis tool for PIXE data. Keywords: Chloride; Sulfate; Particle Induced X-ray Emission (PIXE); two dimensional correlation mapping (2D-CM); Hybrid Correlation. 3
- 5. جدول المحتويات Contents الملخص ........................................................................................................................................................... 2 3 ....................................................................................................................................... ABSTRACT 4 ....................................................................................................................................... CONTENTS 1 . المقدمة ................................................................................................................................................. 5 1.1 . الهدف من الدرسة ................................................................................................................................. 7 2.1 . الجديد في الدرسة .................................................................................................................................. 7 2 . القسم التجريبي ...................................................................................................................................... 7 1.2 . تحضير العينات .................................................................................................................................. 7 2.2 . التحليل بتقنية PIXE ......................................................................................................................................... 9 3.2 . التحليل 2D-CM ............................................................................................................................................ 11 3 . النتائج والمناقشة .................................................................................................................................. 12 1.3 . طريقة 2D-CM العام ة ......................................................................................................................... 12 1.1.3 . التحليل ضمن عمق انعيتة Depth profile .............................................................................................. 12 2.1.3 . تأثير نسبة الماء إلى االسمنت W/C ........................................................................................................ 14 3.1.3 . تأثير نسبة الزمل إلى االسمنت S/C ........................................................................................................ 16 2.3 . طريقة 2D-CM الهجينة ....................................................................................................................... 18 3.3 . طريقة 2D-CM المتعددة االضطراب ....................................................................................................... 19 4 . االستنتاجات والتوصيات واألعمال المستقبلية ............................................................................................. 21 5 . المراجع العلمية ..................................................................................................................................... 23 4
- 7. فيها لبس من خالل تعيين عصابات االمتصاص المقترة مع بعضها البعض بشكل انتقائي ( selectively coupled ) باليات تفاعل ،مختلفة والقدر على تعيين تسلسل ظهور القمم الطيفية [ 914 ] ٠ على الرغم من التطبيقات الناجحة لمطيافية االرباط الخطي الثنائي البعد على مجموعة واسعة من التقنيات الطيفية التحليلية إال أن تطبيقها لتحليل البيانات الناتجة عن إشارة أشعة X قليل جدًا [ 1517 ] ٠ على حد ،علمنا لم تستعمل هذه الطريقة بعد لتحليل البيانات الناتجة عن تقنيات األشعة اتسينية المشتتة ،للطاقة بما في ذلك الغلورة باألشعة السينية (( X-ray fluorescence (XRF ) ، وانبعاثات األشعة السينية الناتجة عن الجسيمات المشحونة (( particle induced X-ray emission (PIXE ) ، والتحليل الميكروي بمسبار اإللكترون ( electron ( probe microanalysis (EPMA .) تقوم مطيافية االرتباط الخطي الثنائي البعد بتعزيز تعيين اتجاه تفيدات الشدة الطيفية لقمة واحدة أو تسلسل التغييرات بين قمم مختلفة في أطياف PIXE .مختلفة وعالوة على ،ذلك وبعد النظر في الغميزة الفريدة في أن تقنية PIXE يمكن تشفيلها بشكل متواقت ( simultaneously ) مع غيرها من تقنيات التحليل بالحز االيونية ( ion beam analysis techniques ) للحصول على المزيد من المعلومات العنصرية في عيذة [ 18 ] ، فيمكن لتقنية 2DCM أن تكون أكنز قيمة للحصول على معلومات على المستوى ،الجزيئي وذلك عند تطبيق تقانات تحليلية أخرى على العينة .ذاتها إن التفاعالت الكيميائية المختلفة لأليونات مع البنية اإلسمنتية هي السبب الرئيسي للتدهور ( deterioration .) يدخل أيوني الكلوريد والكبررتات معًا في عملية كرينة ( carbonation process ) الهياكل اإلسمنتية صما يسبب التفاعالت الكيميائية الضار . كما أن وجود أيونات الكلوريد في الخرسانة ،المسلحة من أمالح إزلة الجليد أو في البيائت البحرية وعملية ،الكدرنة ومن ثاني أكسيد الكدرون من الغالف الجوي هي العاملة الرئيسي لبدء تآكل الحديد ( 19 ] ( steel corrosion ] . فضال عن ،ذلك فإن وجود أمالح الكبريتات إما في األرض أو في مياه الخلط أو في البيائت المالحة يؤثر بشكل كبير على متانة .الخرسانة ،ولذلك فإن صالحية الهياكل الخرسانية تعتمد بشدة على عمليات انتقال ،األيونات والتي تحدث داخل المسام في .الخرسانة وهذا هو السبب في تكريس العديد من الجهود لتطوير أساليب تحليلية لنوصيف عمليات انتشار األيونات في الهياكل .الخرسانية 6
- 9. مباشرة بعد انتهاء عدلية ،الترطيب استعملت حاويات بالستيكية كبير من أجل غمر عينات اإلسمنت المحضرة في مياه البحر (كمصدر قوي أليونات الكلودرد )والكبرتات خالل أكنر من تسعة .أشهر حصل على مياه البحر من البحر ،المتوسط من شاطيء مدينة جبلة .السورية غمرى العينات بكمية كبير من ماء البحر ( 20 )لتر من أجل إهمال تغير تركيز مكونات ماء البحر نتيجة انتشار االيونات أو .التبخر رفعت العينات المغموير في وقدت الحق في الحاويات المملوءة بدماء البحر وترت لتجف لدمدة عشر ،أيام ومن ثم قطعت باالتجاه العرضي من أجل درسة توزعات االنتشار القطرية للكلوريد والكبريتات ضمن الدمقطع العرضي المتعرض لدماء البحر (انظر الشكل 1 .)أدناه ،وأخير طلي سطح العينات بطبقة رقيقة من الكدرون (أقل من 50 )نانومتر ليمنع تأثيرت الشحن المحلي للحزمة األيونية المستعملة في تحليل العناصر ضمن .الخالء استعملت منظومة CC7650 من شركة Quorum Technologies ،البريطانية للطلي بالكرون والمتوفرة في محبر المسرع .األيوني يعتمد مبدأ الجهاز على التبخير الحدرري للغدرفيت (قضبان غرفيت عالي )النقاوة على سطح .العينات يظهر الشكل 1 مواقع الحزمة ،الدمتعاقبة التي تبلغ مساحة كل منها 2 * 2 مم ، عبر العينة من مركز العينة نحو .سطحها حضر اثنان من المكررت وقيست بتقنية PIXE من أجل تقييم الخطأ في التدركيز التي حصل .عليها الجدول 1 : خصائص العينات اإلسمنتية المحضرة والمستعملة في .الدرسة C (g) W (g) S (g) نسبة الرمل إلى اإلسمنت (S/C) نسدة الماء إلى ١ إلسمشت ٩ اس رمز العبنة 733.9 82.6 183.5 3 0.45 WI|C=0٠45 المجموعة األولى تأثير نسبة الدماء إلى W|C)^^٦١ 714.3 107.1 178.6 3 0.60 W|C=0٠60 695.7 130.4 173.9 3 0.75 W|C=O٠75 674.2 101.1 224.7 3 0.45 S|C=3 المجموعة الثانية تأثير نسبة الرمل إلى اإلسمدت C) 733.9 82.6 183.5 4 0.45 SاC=4 775.2 69.8 155.0 5 0.45 SاC=5 8
- 10. عص عينة ا ،إل ٠٠ X ماصا كاشف عالنة اإلسمنت مرتدة يفعة حزمة البروتون 2 * 2 mm2 كاشف ۴٠٠ ٠ سس ۶٠ ' 1 ١ حيه ٩ ح ا برلتون 1 لي بروتونات الشكل 1 : طريقة االعتيان لإلسمنت والقياس بتقنية PIXE 2.2 . التحليل بتقنية PIXE وضعت عينات اإلسمنت في الخالء على حامل ،عينات مثبت على ناقل عينات آلي Goniometer ، بمحوري حركة مؤتمتة ( 0 , ٠ ) ، من أجل التبديل بين العينات المشععة بالحزمة والتحكم بزوية ورود الحزمة على سطح .العينة باإلضافة إلى ،ذلك يمكن تشغيل نظام ناقل العينات الزوي باستعمال خيار " patch Mode ، والذي يمكن من تحديد التركيز العنصرية ضمن مقطع سطح العينة من خالل أتمتة الحركة خطوة بخطوة وتحصيل أطياف PIXE المقابلة في كل .'خطوة استعملت حزمة بروتونات بطاقة 1 MeV وتيار 5 nA ، حيث أسقطت على سطح العينات بشكل .عمودي نحصل على بقعة حزمة البروتون بأبعاد 2 mm باستعمال مجموعتين من محددات الحزمة الموضوعة على خط .الحزمة يمكن تحريك العينات أفقيا بخطوات 2 mm عبر الحزمة من جهة إلى ،أخرى وذلك باستعمال ناقل العينات اآللي (انظر الشكل 1 .) في كل ،خطوة تجمع أطياف األشعة السينية المحرضة للحصول على معلومات توع العمق العنصرية المطلوبة على طول منحى .االنتشار قيست السحنة مباشرة على سطح العينات باستعمال منظومة مكامل ،شحنة وكانت السحنة المجمعة هي 2 C في كل ،خطوة األمر الذي يتطلب حوالي 5 دقائق كزيدن للتجدديع في كل ،خطوة وما يقارب اتساعة فقط لكاندل .العينة استعمل كاشف السيليكون المنجرف الليثيوم ( 165 — Si(Li) DSG type PGP-3O ) والمزود بنافذة Be ذات سماكة 25.4 ميكرون و FWHM مقيس بقيمة 158 eV عند الطاقة 5.9 keV من أجل تجديع أطياف PIXE . يوضع الكاشف على زوية 135 درجة مع محور اتجاه الحزمة ويبعد وجهه األمامي 15 مم عن .العينات سسجلت البيانات على جهاز كددبيوتر مزود بمحلل متعدد األقنية MCA باستعمال برمجية MCDWIN إصدار 2.87 . v من شركة FAST COMTEC ، .أتدانيا يدكن 9
- 11. تشغيل نظام تجديع البيانات باستعمال خيار Batch acquisition mode ، حيث سمح بالحصول على مجموعة من أطياف PIXE بسهولة لفقاط محددة بشكل مسبق على .العينة يجري توضيع بقعة الحزمة بشكل آلي على نقاط ،متتابعة للحصول على معلومات توع العمق العنصرية عبر السطح ،المحلل ويقوم النظام تلقائيًا بتجميع األطياف .الموافقة جرى تحليل بيانات PIXE بواسطة برنامج GUPIX باستعمال خيار batch mode ، الذي يسمح وبكفاءة من توفير الكثير من الوقت عند تحليل العديد من أطياف العينات ذات النوع .ذاته ،وأخيدر يولد البرنامج ملفات الخدج لنتائج قيم التدركيز العنصرية للعناصر .المدروسة وقد لخصدئى الشروط التجريبية لتحضدير العينات في الشكل 2 . الشكل 2 : ملخص تحضير العينات ومعالجة البيانات ومبادئ التحليل الثنائي البعد 10
- 12. 3.2 . التحليل 2D—CM سبب تأنير االضطدرب ،الخارجي ستتغير األطياف المقامسة (أطياف PIXE في هذه )الددرسة للنظام بطررئق انتقائية وغير اذتقائية [ 21 ] . يحدث التعديل االنتقائي ( selective modification ) عندما يؤثر االضطرب على مالمح الطيف في قيم مختلفة للمتغيدرت (طاقات األشعة )اتسينية بدرجات ،مختلفة وبالتالي سيتم تعزيز الدقة .الطيفية ونظرر لالختالف في معدل انتشار أيونات الكلوريد والكبريتات فضال عن اختالف تركيب العينات اإلسمننية ستتغير أطياف PIXE بشكل .ائتقائي ومن جهة ،أخرى يحدث التعديل غير االنتقائي عندما يؤثر االضطدرب على جميع خصائص الطيف بشكل متماثل وبالتالي لن يتم الحصول على معلومات .جديدة وقد ينشأ التأثير غير االنتقائي من العناصر الموجودة في اتماء واتمركبات األخرى المستعملة في تحضير عينات األسمنت ويشمل أيضا ارفاع درجة الحرارة وتغير الكثافة أثناء القياسات بسبب فقدان المواد .المتطايرة صححت جميع األطياف باستعمال حزمة برمجيات غوبيكس ( 7 ] ( GUPIX software package ] ، وقد نعمت باستعمال وظيفة التنعيم SavitzkyGolay من الدرجة الثانية لمتعدد الحدود وباستعمال 15 ،نقطة وأخيدر طبعت على أساس المساحة تحت القمة عند 3.69 keV والتي تعود للندمط .- ٨ .للكالسيوم والتطبيع ضروري إلزلة التأثيرت غير المرغوب ،فيها بدما في ذلك الجمع بين االختالفات االنتقائية وغير االنتقائية ،للشدة والضوضاء ( noise ،) وتقلبات خط األسادس ( baseline fluctuations ،) وتحوالت الطاقة ( X-ray energy shifts ،) والتغيرت في عرض القمم ( bandwidth changes ) في مجموعة البيانات ،األصلية األمر الذي قد يعقد أطياف التربط الثنائي البعد [ 23 — 21 ] . استعدمل برامج 2DShige اإلصدار 1.3 (شيجيكي ،موددتا جامعة كوانزي — ،غاكوين 2005 — 2004 ) لتوليد خرائط االرباط الثنائي البعد (المتزمن ( synchronous ) وغير المتزمن ( asynchronous .)) أخذ طيف PIXE للعينة ذات التركيز األعلى أليوني الكلوريد والكبريتات كطيف مرجعي ( Reference spectrum ) وتتألف. أطياف التربط الثنائي البعد (المتزمن وغير )المتزمن من قمم متقاطعة موجبة (المبينة في المناطق )البيضاء وسالبة (المبينة في المناطق )الرمادية في كل من الخدرئط المتزامنة وغير ،المتزامنة ويمكن تفسيرها بقاعدة نودا ( 9 ] ( Noda's rule ] . وقد جرى تسليط الضوء على العالقات الرياضية المستعدملة في حسابات 2D والمعالجات المسبقة للبيانات والتقنيات المستطة في التحاليل الثنائية البعد في الشكل 2 . 11
- 13. 3 . النتائج والمناقشة نحصل على نوعين من خدرئط التوربط هما المتزمن وغير المتزمن من التحليل الثنائي البعد بالطريقة العادمة ( generalized 2D correlation analysis .) وتوفر الخريطة المتزمتة ( synchronous map ) معلومات عن التشابه بين ردود اإلشارت على االضطرب وهو معدل انتشار األيونات في الدورسة .الحالية وتتالف من قمم ذاتية ( auto-peaks ) تظهر على القطر ( diagonal ) وقمم متقاطعة ( cross-peaks ) تظهر في المواقع خارج القطر ( off-diagonal .) تكون القمم الذاتية دائمًا موجبة وتحدد اإلشارت التي تخضع للتغيرت مع االضطررب الخارجي ومن. جهة ،أخرى تكون القمم المتقاطعة موجبة إذا تغيرت اإلشارتان في االتجاه ذاته (إما زبادة أو )نقصان وتكون سالبة فيما عدا ذلك [ 24 ] . وتحدد الخريطة غير المتزمتة ( asynchronous map ) االختالفات في شدة اإلشارة التي ال ترتبط ارتباطا متزمتًا وتتألف. من قمم متقاطعة فقط عند مواضع خادج القطر وتظهر عغدما تكون شدة اإلشارتين الديناميكيتين خارج الطور ( out of phase ) (إما تسارع أو .)تأخر وتكون القمة المتقاطعة ذات اإلحداثيات ا ال و 2 ^ موجبة إذا كانت شدة اإلشار تتغير في ا ال قبل ذلك في 2 ^ وتكون سالبة إذا كان العكس هو الصحيح [ 24 ] . تعطي إشارت القمم المتقاطعة في كل من الخرائط المتزمفة وغير المتزمفة معلومات عن الترتيب التسلسلي للتغيدرت في قمم محددة [ 8 ] . طبقت أساليب مختلقة من 2D-CM على أطياف PIXE ، في المنطقة التي تحدث فيها معظم التغييدرت أثناء االنتشار .وقد شرحت في الققدرت .التالية 1.3 . طريقة 2D-CM العامة رتبت أطياف PIXE بطررئق مختلقة لتمكين تقصي تأنير عامل واحد . فقد أخذت أطياف لعينة واحدة ورتبت كتابع للمسافة من السطح لتمكين نقصي ملف االنتشار في .العمق من جهة ،أخرى رتبت األطياف من خالل النظر فقط لطيف على المسافة ذاتها من السطح ولكن لعينات إسمنتية مختلقة ذات نسب متقاوتة من ماءا اسمنت أو دمل ا اسمنت لتمكين استخدرج العالقة بين التكوين وانتشار األيونات . 1.1.3 . التحليل ضمن عمق العينة Depth profile أخذت عينة اسمنتية محضر بتسبة ماء إلى االسمنت 45 . c=o ا w ونسبة رمل إلى االسمنت 3 = c ا s وغمرت في مياه البحر لمدة تسعة أشهر وجرى مسحها بالبروتون من السطح إلى العمق كل 2 مم على طول سلمك ،العينة وذلك للحصول على توركيز األيونات عبر السطح .المعرض وقد نوقشت مسبقا ملقات انتشار األيونات ،المدروسة أي أيونات الكلوريد والكبرتات [ 20 ] وتظهر نتائج التحليل الثنائي البعد في المناطق التي تستجيب فيها العناصر في الشكل 3 . يوجد في الخررئط المتزمتة من 12
- 14. انشكل 3 )(أ و ،)(ج قمم ذاتية ( auto peaks ) عند 1.7 و 3.58 و 3.76 كيلو إلكترون ،فولط وقمم متقاطعة موجبة ( positive cross-peaks ) ترط القمم عند ( 2.3 , 1.25 ) (و 2.6 , 1.25 ) (و 45 . ا , 1.7 ) (و 3.4 , 2.3 ) (و 3.4 , 2.6 ) (و 3.76 , 2.3 ) (و 4.04 , 2.3 ) (و 3.76 , 2.6 ) و ( 4.04 , 2.6 ) كيلو إلكترون .فولط ويوجد أيضًا قمم متقاطعة سالبة ترط القمم عند ( 1.45 ، 2.3 ) و ( 1.45 ، 2.6 ) و ( 1.7 ، 1.25 ) و ( 2.3 ، 1.7 ) و ( 2.6 ، 1.7 ) كيلو إلكترون .فولط أما في الخراط غير المتزمتة من الشكل 3 )(ب و ،)(د فيوجد قمم متقاطعة موجبة تربط القمم عند ( 1.25 ، 2.3 ،) ( 1.25 ، 2.6 ،) ( 1.7 ، 1.45 ،) ( 2.3 ، 3.4 ) و ( 3.4 , 2.6 ) كيلو إلكترون فولط . يوجد أيضا قمم متقاطعة سالبة ترط القمم عند , 1.45 ) ( 2.3 و ( 2.6 , 1.45 ) و ( 3.76 , 2.3 ) (و 4.04 , 2.3 ) و ( 3.76 , 2.6 ) و ( 4.04 , 2.6 ) كيلو إلكترون فولط . تدل إشارات القمم المتقاطعة إلى أن عناصر Ca و Si و Al تتغير في االتجاه ذاته ولكن في االتجاه المعاكس للعائصر K و Mg و Cl و S . ،وهنا واستنادًا إلى مبادئ الفضاء األساسية والتكوين العنصري للخليط اإلسمنتي ومياه ،البحر فمن المعروف أن انتشار األيونات ينخفضى مع زيادة المسافة من سطح .العينة وبالتالي فإن تركيز كل من Cl ،Mg ،K و S تنخفضى مع زبادة العمق في .العينة الشكل 3 : الخرائط الثنائية البعد المتزامنة ( c)،(a ) و انآلمتزامتة ( d)،(b ) ألطياف PIXE بداللة العمق لعينة اإلسمنت المحضرة بالنسب ( 3 = w/c=o.45, s/c ) بعد تسعة أشهر من الغمر في ماء .البحر ومن الئمهم أيضا تحديد تريب تغير ،القمم والذي يمكن الحصول عليه من إشارات القمم المتقاطعة في كل من الخرائط المتزمنة وغير المتزمتة وفقا لقاعدة تودا [ 9 , 8 ] ، من خالل النظر في المناطق المختلفة ألطياف PIXE . يمكن استخالصى الزيادة 13
- 16. (a) 4 3.5 3 2.5 2 1.5 X-ray energy, keV 1.5 I 2 □ 2.5 = 3 I 3.5 4 4 3.5 3 2.5 2 1.5 X-ray energy, keV الشكل 4 : ( a ) و(م الخريطتان المتزمتة والآلمتزمنة ألطياف PIXE المجمعة عند المسافة ذاتها لعينات اإلسمنت ذات النسبة ذاتها للرمل إلى اإلسمنت ( 3 = A/C ) ولكن بنسب متفاوتة للماء إلى اإلسمنت w/c في مجال الطاقة من 1 إلى 5 كيلو إلكترون فولط 2.5 2 1.5 2.5 2 1.5 X-ray energy, keV X-ray energy, keV الشكل 5 : ( a ) و(م الخريطتان المتزمتة والآلمتزمنة ألطياف PIXE المجمعة عند المسافة ذاتها لعينات اإلسمنت ذات النسبة ذاتها للرمل إلى اإلسمنت ( 3 = A/C ) ولكن يتنسب متفاوتة للماء إلى اإلسمنت w/c في مجال الطاقة الموافق لأليوتين المدروسين 15
- 17. وكان من المثير لالهتمام أنه في الخريطة غير المتزمتة من الشكل 5 ،)(ب يوجد قمة ارتباط عند 2.02 كيلو إلكترون فولط والتي يمكن عزوها إما إلى عغصر الغوسفور أو كقمة الهروب لم-." لعنصر .الكالسيوم يوفر ذلك في كلتا الحالتين دليال على القدر العالية د 2DCM في فك القمم المتداخلة بشكل .كبير 3.1.3 . تأثير نسبة الرمل إلى االسمنت S/C يبين الشكل 6 خريطتي 2DCM ألطياف PIXE لعينات اسمنت لها النسبة w/c ذاتها ولكن خلطت مع نسب s/c متفاوتة . وبعد غمر هذه العينات في مياه البحر لمدة تسعة ،أشهر جمعت أطياف PIXE ، وأخذت فقط األطياف على المسافة ذاتها من السطح لدرسة انتشار .األيونات تحدث معظم التغيرات عند 1.7 ( K) 3.6 ، (S)2.3 ،(Si ) و 3.8 ( Ca ) كيلو إلكترون فولط مع وجود قمة ذات شدة أقل بكثير عغد 2.6 ( Cl ) كيلو إلكترون ويشير.فولط ذلك إلى أن زيادة نسبة الرمل تقيد انتشار أيونات الكلوريد بسبب ارباط الكلوريد الذي تساهم به زيادة نسبة الكالسيوم والسيليكون في .الرمل وقد ذكر الباحث هوبس [ 32 ] في األدبيات العالمية بأن انتشار الكلوريد في اإلسمنت يتعلق بمعامل انتشار ( diffusion coefficient ) الكلوريد في الربلت وبحسب درسته فإن النتائج المالحظة في الدرسة الحالية توحي بأن الرملت المستعمل له معامل انتشار أصغر من معامل انتشار .اإلسمنت فدق مهم آخر بين الشكل 4 والشكل 6 هو ظهور نمط مميز هو نمط البرسيم رباعي الورقة -( fourleaf clover pattern ) في الخريطة المتزمتة ونمط القرشة ( butterfly pattern ) في الخرطة غير المتزمنة في المنطقة من 3.6 إلى 3.8 .كيلو إلكترون .فولط ويدل ذلك على انزياح في موقع القمة (من طاقة أقل إلى )أعلى مع انخفاض طفيف في الشدة [ 33 , 12 ] بغما يتفق مع زيادة نسبة الكالسيوم (وبالتالي زبادة المساحة تحت قمة الكالسيوم وتغير )شكلها الذي يأتي من الرمل على شكل سيليكات ثنائية الكالسيوم و سيليكات ثالثية الكالسيوم و ألومينات ثالثية الكالسيوم [ 34 ] . 4 3.5 3 2.5 2 1.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 X-ray energy, keV X-ray energy, keV الشكل 6 : ( a ) و(م الخريطتان المتزامنة والآلمترمنة ألطياف PIXE المجمعة عند المسافة ذاتها لعينات اإلسمنت ذات النسبة ذاتها للماء إلى اإلسمنت ( 45 . w/C=O ) ولكن بتسب متفاوتة للرمل إلى اإلسمنت s/c في مجال الطاقة من 1 إلى 5 كيلو إلكترون فولط 16
- 18. في المنطقة الممير لأليونات ،المدروسة في الخريطة المتزمتة في الشكل 7 ،)(أ يوجد قمة ذاتية واحدة عند 1.7 ( Si ) كيلو إلكترون فولط وقمة متقاطعة سالبة عند ( 2.3 ، 1.7 ) كيلو إلكترون .فولط يوجد في الخريطة غرر المتزمتة من الشكل 7 ،)(ب قمة متقاطعة موجبة عند ( 2.3 ، 1.7 ) كيلو إلكترون فولط وقمة متقاطعة سالبة عند ( 2.6 ، 1.7 ) كيلو إلكترون .فولط مما يشير إلى أن الكبريدت يأتي أساسا من ،اإلسمنت وهذا هو السبب في أنه يتغير بشكل أبطأ من السيليكون الذي يأتي أداسا من .الرمل ظهرت قمة الكلورد في الخريطة غرر المتزمتة مما يشير إلى أن اتشثار الكلورد يتعلق باألضطراب ،الخارجي أي نسبة الرمل إلى االسمنت s/c . (a) 2.5 2 1.5 X-ray energy, keV < - 2 ن (b) 2.5 2 1.5 X-ray energy, keV 2.5 الشكل 7 : ( a ) و(م الخريطتان المتزمتة والآلمتزمنة ألطياف PIXE المجمعة عند المسافة ذاتها لعينات اإلسمنت ذات النسبة ذاتها للماء إلى اإلسمنت ( 45 . w/C=O ) ولكن بنسب متفاوتة للرمل إلى اإلسمنت s/c في مجال الطاقة الموافق لأليوتين المدروسين وخلصت الدرسة إلى أن زيادة نسبة الرمل تؤدي إلى خرسانة إسمتتية أكثر مقاومة التشثار أيونات الكلوررد من زيادة نسبة .الماء حيث يؤثر العامل األخير بشكل رئيسي عن طرق تغيير بئى المسام ( pore structures ) مما يسمح لأليونات باالتشثار بشكل أكثر .فعالية 17
- 19. 2.3 . طريقة 2D—CM الهجينة طريقة أخرى لتسليط الضوء على تأنير تركيب العينات ولمقارة تأنير نسبة الدماء إلى اإلسمنت w/c ونسبة الرمل إلى االسمنت s/c على انتشار أيونات الكلوزدد وأيونات ،الكبريتات هي استعدمال مفهوم االرتباط الثنائي البعد الهجين ( hybrid 2d 35 — 37 ] ( correlation ] . إن طيف التربط الهجين مفيد السنكشاف التشابه /و أو االختالف بين نظامين أو .عمليتين يسمح هذا المفهوم للتحليل المباشر من مجموعتي العينات المعروضة في الفقرتين .السابقتين ولن نناقش هنا سوى الخريطة المتزمنة للكشف عن التزمن ( synchronicity ) بين المجموعتين الطيفيتين .المنفصلتين ويبين الشكل 8 خريطة االرتباط الثنائي البعد الهجين المتزمتة حيث يمثل المحور x—axis) x )(الدحور )األفقي أطياف PIXE عند نسبة s/c مختلفة بينما يمثل المحور z ( z—axis )(المحور )الرأسي أطياف PIXE عند نسبة W/c .مختلفة 2.5 2 1.5 X-ray energy, keV Effect of s/c ratio الشكل 8 : مقارنة بين تأثير نسبة الماء إلى االسمنت ونسبة الرمل إلى االسمنت عتد انتشار األيوائت في عينات .االسمنت مفهوم االرتباط الثنائي البعد الهجين لوحظت على طول ممحور x (تغيير النسبة s/c ) من الشكل 8 ، أرع قمم ارتباط عند 2.3 و 1.7 و 1.5 و 1.25 كيلو إلكترون فولط تعزى إلى Sij S و Al و Mg على .التوالي ولوحظت على طول المحور Z (تغيير النسبة w/c ) أربعة قمم عند 18
- 21. Water/Cement ratio الشكل 9 : شدة االرتباط الالمتزمن بين انتشار أيوني الكلوريد والكبريتات في عينات االسمنت عند المسافة ذاتها من .السطح )(أ تأثير تمسية الماء إلى االسمنت و )(ب تأثير نسبة الرمل إلى .االسمنت تكون إشار قمة التدربط عند ( 2.3 , 2.6 ) كيلو إلكترون فولط موجبة في الخريطة المتزمنة وسالبة في الخريطة غير ،المتزمفة مما يدل على أن كال من عنصري Cl و S يتغير في االتجاه ذاته ولكن خادج الطور ( out of phase ) على طول سمك ،العينة وأن التغير في أيونات الكبريت يحدث قبل التغير في أيون الكلوريد . ويرجع ذلك جزئيًا إلى تركيز أيونات الكبريتات األخفض في مياه البحر بالمقادرة مع تركيز أيونات الكلوريد ولكن قد يوحي ذلك إلى أن التغير يحدث بآليات .مختلقة فمن المرروف جيدا أن أيونات الكبرتات تتفاعل مع مكونات االسمنت وشبب في تدهور في حين أن أيونات الكلوريد تتتشر في ً االسمنت وتتقاعل مع الحديد [ 39 ] . وكدما يتبين من الشكلين 9 )(أ و ،)(ب فإن شدة االرباط غير المتزمن الجزئي بين إشارت أيونات الكلوررد والكبريتات تتناقصن مع زبادة الفسبة w/c أو s/c أو بعبارة أخرى عن طرق تخفيض محتوى اإلسمنت في .الخليطة إن االرتباط غير المتزمن هو مقياس لمقامة العينات اإلسمنتية لهجوم مياه ،البحر ويشير إلى أن انتشار كل من األيونين ينخفضن بزيادة نسبة اإلسمنت وأن زبادة نسبة الرمل إلى االسمنت يؤدي إلى المزيد من تقاعل الكبريتات بدال من االنتشار مثل أيونات الكلورد . كانت شدة االرتباط في حال تغيير نسبة الماء إلى االسمنت أعلى بكثير من شدتها حال.في تغيير نسبة الرمل إلى االسمنت محما يدل على أن زيادة نسبة الماء تزيد من االنتشار والتفاعل الكيميائي ررما سبب زبادة حجم المسام في الخرسانة اإلسمنتية [ 40 ] . 20
- 22. وقد استعملت طريقة االرباط المتعدد االضطراب أيضا في رسم ملف العمق ( depth profiles ) عن طريق إعادة تريب البيانات كتابع للمسافة من .السطح وتمثل كل مجموعة من البيانات أطياف PIXE على ذات المسافة من سطح العينة ولكن بنسب w/c أو s/c متغير . وتظهر النتائج اإلجمالية في الشكلين 10 )(أ و )(ب بداللة المسافة عن .السطح x10T* (b) The correlation peak at (2.6, 2.3) eV w 10 ج- II - ; 0 ٩ -5"، 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 The centre ٠ distance, mm The edge (a) The correlation peak at (2.6, 2.3) keV >0 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 distance, mm ٠٠ Theedge 012345 The centre الشكل 10 : شدة االرباط الالمترمن بين انتشار أيوني الكلوريد والكبريتات في عينات االسمنت بداللة المسافة من .السطح )(ًا تأثير نسبة الماء إلى االسمنت و )(ب تأثير نسبة الرمل إلى .االسمنت تعد قمة التربط غير المتزمن هنا مقياسا لتأثير نسبة الدماء أو الرمل على معدل انتشار كل من أيوني الكلوريد .والكبريتات تقتدح مقارنة الشكلين 10 )(أ و )(ب بأن الدماء يلعب دور أكثر أهمية من الرملة في زبادة كل من االنتشار والتفاعل الكيميائي لأليونات حيث أن شدة االرباط أعلى بكثير في الشكل 10 )(أ من الشكل 10 .)(ب ويمكن استنتاج أن زيادة نسبة اإلسمنت في عينات الخرسانة تقلل من انتشار أي من األيونات بسبب البتية االكثر ،كثافة وبالتالي الحصول على بغية إسمتتية أكثر مقاومة ( more resistance .) ويمكن تطبيق هذه الطريقة لتقصي تأثير أي إضافات أخرى على الخالئط اإلسمنتية مثل البوليمارت وغيرها من المواد األخرى [ 25 ] . 4 . االستنتاجات والتوصيات واألعمال المستقبلية طبقت طريقة رسم خرائط االرتباط الخطي الثنائي البعد ( 2D—CM ) بنجاح لتحليل أطياف انبعاث األشعة السينية المحرضة بالجسيمات المشحونة ( PIXE ) آخذين سلوكيات انتشار الكلويرد والكبريتات في عينات االسمنت .كمثال تدمكن إعادة ترتيب 21
- 24. 5 . المراجع العلمية 1. H. Mehrer, Direct Diffusion Studies, in: Diffusion in Solids: Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007, pp. 209-236. 2. A.S. Clough, P.M. Jenneson, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 139 (1998) 51-57. 3. J.L. Campbell, Particle-Induced X-Ray Emission: PEXE, in: Y.Wang, M. Nastasi (Eds.) Handbook of Modern Ion Beam Materials Analysis, Materials Research Society,Warrendale, Pennsylvania, 2009, pp. 231-245. 4. S.A.E. Johansson, J.L. Campbell, K.G. Malmqvist, Particle-Induced X-Ray Emission Spectrometry (PIXE), JohnWiley & Sons, Inc, New York, 1995. 5. S.A.E. Johansson, International Journal of PIXE, 02 (1992) 33-46. 6. G. Calzolai, S. Tapinassi, M. Chiari, M. Giannoni, S. Nava, G. Pazzi, F. Lucarelli, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms,417 (2018) 51-55. 7. J.L. Campbell, N.I. Boyd, N. Grassi, P. Bonnick, J.A. Maxwell, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 268 (2010) 3356-3363. 8. I. Noda, Applied Spectroscopy,47 (1993) 1329-1336. 9. I. Noda, Y. Ozaki, Two-Dimensional Correlation Spectroscopy:Applications in Vibrational and Optical Spectroscopy,Wiley,Chichester, 2004. 10. H. Huang, X. Ding, C. Zhu, Z. He, Y. Yu, Analytical Chemistry, 85 (2013) 2161-2168. 11. A.G. Al-Lafi, J.N. Hay, Journal of Applied Polymer Science, 134 (2017)44378. 12. A.G. Al-Lafi, J.N. Hay, Thermochimica Acta, 612 (2015) 63-69. 13. A.G. Al-Lafi, Polymer Degradation and Stability, 105 (2014) 122-133. 14. A.G. Al-Lafi, Polymer for Advanced Technology, 25 (2014) 9-15. 15. H.C. Choi, S.R. Ryu, H. Ji, S.B. Kim, I. Noda, Y.M. Jung, The Journal of Physical Chemistry B, 114 (2010) 10979-10985. 16. H.C. Choi, Y.M. Jung, I. Noda, S.B. Kim, The Journal of Physical Chemistry B, 107 (2003) 5806 5811. 17. H.C. Choi, S.B. Kim, Y.M. Jung, Journal of Molecular Structure, 799 (2006) 91-95. 18. C. Jeynes, M.J. Bailey, N.J. Bright, M.E. Christopher, G.W. Grime, B.N. Jones, V.V. Palitsin, R.P. Webb, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 271 (2012) 107-118. 19. P. Taylor, P. Tennis, K. Obla ,P. Ram, T.V. Dam, H. Dylla, Durability of Concrete, Transportation Research BoardWashington, D.C., 2013. 23
- 25. 20. M.S. Rihawy, M. Alwazzeh, K. Abbas, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 415 (2018.30-25 ( 21. M.A. Czarnecki, Applied Spectroscopy, 52 (1998) 1583-1590. 22. M.A. Czarnecki, Applied Spectroscopy, 54 (2000) 986-993. 23. M.A. Czarnecki, Applied Spectroscopy, 53 (1999) 1392-1397. 24. I. Noda, Vibrational Spectroscopy, 60 (2012) 146-15.3 25. J. Zuquan, S. Wei, Z. Yunsheng, J. Jinyang, L. Jianzhong, Cement and Concrete Research, 37 (2007) 1223-1232. 26. Z. Shi, M.R. Geiker, K.D. Weerdt, T.A. 0stnor, B. Lothenbach, F. Winnefeld, J. Skibsted, Cement and Concrete Research, 95 (2017) 205.216 27. M. Maes, N.D. Belie, Cement and Concrete Composites, 53 (2014) 59-72. 28. J. Condor, K. Asghari, D. Unatrakarn, Energy Procedia, 4 (2011) 5267-5274. 29. W. Xuebing, P. Zhihua, S. Xiaodong, C. Yangyi, L. Weiqing, Journal of Wuhan University of Technology-Material Science Edition, 32 (2017) 358-364. 30. E. Mohsein, W. Tang, H. Cui, Materials, 10 (2017) 372-387. 31. T. Zhang, O.E. Gjarv, Cement and Concrete Research, 26 (1996) 907-917. 32. D.W. Hobbs, Cement and Concrete Research, 29 (1999) 19.1998-95 33. S. Morita, H. Shinzawa, I. Noda, Y. Ozaki, Journal of Molecular Structure, 799 (2006) 16-22. 34. A.F. Ledesma, F.H.B. Santana, L.B. Galindo, J.A.A. Alatorre, J.L.R. Sil, Revista Odontologica Mexicana 20 (2016) e182-e186. 35. Y. Wu, J.-H. Jiang, Y. Ozaki, J. Phys. Chem. A 106 (2002) 2422-2429. 36. Y. Wu, F. Meersman, Y. Ozaki, Macromolecules, 39 (2006) 1182-1188. 37. Y. Wu, F. Meersman, K. Heremans, Y. Ozaki, Journal of Molecular Structure 799 (2006) 134-140. 38. H. Shinzawa, K. Awa, I .Noda, Y. Ozaki, Applied Spectroscopy, 67 (2013) 163-170. 39. M. Balonis, B. Lothenbach, G.L. Saout, F.P. Glasser, Cement and Concrete Research, 40 (2010) 1009-1022. 40. P. Halamickova, R.J. Detwiler, D.P. Bentz, E.J. Garboczi, Cement and Concrete Research, 25 (1995) 790-802. 24
- 26. SYRIAN ARAB REPUBLIC ATOMIC ENERGY COMMISSION (AECS) DAMASCUS, P.O.BOX 6091 )(ي Report on Scientific Informatic Study Department of Chemistry Application of 2D correlation techniques on PIXE spectra Dr. Abdul G. Al-Lafi Dr. M. S. Rihawy AECS -C RSS 1196 June 2018