Methodisches Vorgehen bei der Rietveld-Analyse

2009 gründete die GDCh-Fachgruppe Bauchemie einen Arbeitskreis „Rietveld-Analytik“, welcher von Prof. Dr. J. Plank (TU München) geleitet wird (Bild 1). Ziel ist die Entwicklung eines Protokolls für das methodische Vorgehen bei der Rietveld-Analyse von Zementen, welches erlaubt, dem tatsächlichen Phasengehalt möglichst zielsicher nahezukommen (Bild 2). Zusätzlich zu den bekannten Anlei­tungen zur Rietveld-Analytik sollen neben der Verfeinerungsstra­tegie auch Probenvorbereitung und Prä­­-
parationstechniken be­-rücksichtigt werden. Außerdem soll ein Bewusstsein für die Leistungsfähigkeit und Grenzen dieser Methode geschaffen werden.

Beim ersten Treffen des Arbeitskreises im November 2009 wurde beschlossen Untergruppen zu bilden, die sich mit folgenden Themenkomplexen beschäftigen:

– Probenvorbereitung/Präparation

– Geräteparameter

– Phasenidentifikation

– Verfeinerungsstrategie.

Ziel der ersten Arbeitsperiode war, die Grundlagen für ein Protokoll zur methodischen Vorgehensweise zu erarbeiten. Am 13.04.2010 fand das zweite Treffen an der TU München mit Teilnehmern aus Hochschule und Industrie statt. Dabei wurden erste Ergebnisse ausgetauscht. Die Gruppe „Probenvorbereitung/Präparation“ legte dar, dass kommerzielle ­Zemente für die
Rietveld-Analyse unter Umständen zu grobkörnig sind und somit eine Probenvorbereitung stattfinden muss. Als Aufbereitungstechniken benutzen die Arbeitskreismitglieder Kugelmühlen, Scheibenschwingmühlen, eine Kryomühle und eine Stabmühle. In der folgenden Arbeitsperiode soll der Einfluss der verschiedenen Aufbereitungstechniken auf die Kornverteilung und daraus resultierend auf das Ergebnis der Rietveld-Analytik untersucht werden. Ziel ist, die Korngröße der Zemente auf Bereiche zwischen 1 und 10 µm zu reduzieren, ohne empfindliche Phasen wie Gips oder Bassanit zu verändern (z.  B. durch Entwässern).

Von der Gruppe „Geräteparameter“ wurde eine Übersicht über die bei den Arbeitskreismitgliedern vorhandene Geräteausstattung erstellt. Es wurde gefunden, dass die eingesetzten Software-Programme unterschiedliche Gerätekonfigurationen zur Erstellung der Fundamentalparameter benötigen. In der nächsten Arbeitsperiode sollen die für einige Rietveld-Programme wichtigen Konfigurationen (z.  B. Geometrie von Blendensystemen) ermittelt werden.

Die Gruppe „Phasenidentifikation“ stellte eine Übersicht über die aus der Literatur verfügbaren Strukturbeschreibungen vor. In der kommenden Periode soll das Problem der Signalkoinzidenz zwischen einzelnen Phasen untersucht werden. Des Weiteren soll herausgefunden werden, wie die im Zement vorkommenden Modifikationen einzelner Klinkerphasen zielsicher identifiziert werden können und welche Strukturbeschreibungen für deren Rietveld-Analyse am besten geeignet sind.

Die Gruppe „Verfeinerungsstrategie“ legte einen ersten Protokollentwurf vor. Bei dessen Erarbeitung wurde festgestellt, dass es unterschiedliche Ansprüche an die Genauigkeit einer Rietveld-Analyse gibt, die sich unter anderem aus industriellen und akademischen Fragestellungen ergeben. In der Industrie besteht die Aufgabe der Rietveld-Analyse vornehmlich in der Überprüfung der Gleichmäßigkeit einer laufenden Produktion von z. B. Zement, um bei Unregelmäßigkeiten eingreifen zu können. Dabei ist die Geschwindigkeit, mit der eine Analyse durchgeführt werden kann, von großer Bedeutung. Im Gegensatz dazu werden bei akademischen Fragestellungen sehr unterschiedliche Proben analysiert, so dass die Verfeinerungsmethoden den stark variierenden Proben anzupassen sind. Der vorgestellte Protokollentwurf, der eine Basisanalytik ohne manuelle Eingriffe in die Verfeinerungsstrategie darstellt, wird in der kommenden Periode so weit ausgearbeitet, dass damit Zemente, welche die Gruppe „Probenvorbereitung“ zur Verfügung stellt, analysiert werden können. Weiterhin sollen Protokolle entwickelt werden, die a) manuelle Eingriffe und Anpassungen der Verfeinerungsstrategie zulassen und b) zusätzliche analytische Ergebnisse, wie beispielsweise von selektiven Anreicherungsverfahren (Salicylsäureauszug etc.) oder von thermogravimetrischen bzw. nasschemischen Methoden, integrieren. Es ist geplant, die endgültigen Protokolle in einer wissenschaftlichen Zeitschrift zu publizieren.

Das nächste Treffen des Arbeitskreises findet im Vorfeld der Jahrestagung der GDCh-Fachgruppe Bauchemie am 06.10.2010 beim VDZ in Düsseldorf statt. Am 07.10.2010 ehrt die Fachgruppe den Begründer der Methode, Dr. Hugo Rietveld
(Bild 3), mit der Verleihung der Hans-Kühl-Medaille der Gesellschaft Deutscher Chemiker. Der Arbeitskreis „Rietveld-Analytik“ steht Mitgliedern der Fachgruppe Bauchemie, aber auch Gästen offen. Nähere Auskünfte sind bei der GDCh-Geschäftsstelle (ulrike.bechler@gdch.de) oder beim Koordinator des Arbeitskreises (roland.sieber@bauchemie.ch.tum.de) erhältlich.