Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Elektronmikroszonda
Elektronmikorszonda: EMPA, EPMA
Raimond Castaing, francia vegyész az
1950-es évek elején építette (Ph.D. disszertáció)
EMPA egy roncsolásmentes mikroanalitikai
módszer - kismennyiségű szilárd anyag kémiai
összetételének meghatározására
Elemzés helye 1 mikrométeres pontossággal
Mennyiségi és minőségi kémiai analízis
Elektronmikroszonda
•1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram szabályozó, •3/ mintatartó kamra, •4/ mikroszkóp, •5/ spektrométer(ek), •6/ vákuum rendszer.
Nagy energiájú (10-30 keV gyorsító
feszültség, 10-200 nA elektronáram)
fókuszált elektron sugárnyaláb kis
térfogatú (néhány µm3) anyagban
karakterisztikus Rtg-sugarakat generál,
amelyek elemző kristály(ok)on
megtörve és detektorral számolva
[(spektrométer(ek)] megadják a vizsgált
anyag elemi összetételét.
Standard (Rtg-sugár intenzitása, ismert összetétel)
Korrekciószámolás: [ZAF (rendszám, abszorpciós, fluorencens);
Bence-Albee, 1968, (J.Geol., 76, 382-403)]
Felépítése
Cameca - JEOL
Cameca SX100 JEOL 733
Elektron bombázás által keltett
effektusok a vizsgált mintában Elektronsugár energiát veszít
a mintával való kölcsönhatás során, így a detektálható effektusok a minta felszín közeli részéből származik.
Auger elektronok (külső héjak elektonjai)
Bremsstrahlung (vagy “braking” radiation) – folyamatos sugárzás
Hőhatás (fluidzárványok)
Fontos: SE, BSE, X-ray, CL
Gerjesztési körte:
Különböző elektronok
keletkezése és a mintával
való térfogati kölcsönhatása
(torzított ábra)
elektronsugár átmérő:
~1 mikrométer
A minta és az elektronsugár közötti
kölcsönhatás térfogatának nagysága
és alakja a gerjesztett térfogat átlagos
rendszámától és az elektronsugár
gyorsító feszültségétől függ.
Elektronsugár átmérő: ~1 mikrométer.
A mintába jutó elektronok
szóródása és a rtg-sugarak
gerjesztési térfogata erősen
függ a minta kémiai
összetételétől.
Illó-tartalom, Na- és K-
tartalom,
Zónásság, zárványosság
Al Au
Detektorok
hullámhossz diszperzív rendszer (wds)
energia diszperzív rendszer (eds)
Hullámhossz diszperzív
röntgenspektrométer Energia diszperzív röntgendetektor
WDS vs. EDS
Generált rtg-sugár gyűjtés:
Beérkezett rtg-sugár számolás:
Elektronsugár átmérő:
Rtg-sugár felbontás:
Egy időben vizsgált rtg-sugár spektrum:
Zavaró hatások a rtg-spektrumon:
Elemzési (számlási) idő
<0.2%
30%
~2 mikron
szuper
részleges
ritka
változó
(max. 1 min.)
2%
100%
min. 0.05 μm (kvalitatív)
gyenge
teljes
gyakori lehet
~5 sec. (kvalitatív)
Elemzőkristály – (mi lehet?)
Mesterséges, többnyire szerves vagy pszeudokristály
Rutinszerűen kvantitív elemzés F-től (Z=9) U-ig (Z=92) 0.1 m/m% kimutatási határral (fő elemek!).
TAP – Thallium-acid-phthalate,
KAP – Potassium-acid-phthalate,
ADP – Ammonium-dihydrogen-phosphate,
LiF – Lithium-fluoride,
PET - Pentaerythritol,
RAP – Rubidium-acid-phthalate,
ODPB – Lead-octodecamoate,
LDEC (Be-től O–ig, optimális C-re and N-re)
LDEB (Be-től C-ig, optimális Be-re and B-ra)
PC1 (F-, O- és C-re),
PC2 (B-ra)
Bragg-egyenlet
Forrás:
wikilectures
Source:
https://serc.carleton.edu/research_education/geochemsheets/wds.html
Kristály Tartomány
Ka La Ma
TAP F to P Mn to Nb La to Hg
PET Si to Mn Sr to Tb Ta to U
LIF Sc to Rb Te to Np
ODPb B to O Ca to V
21
14
9
15
5
9
25
20
25 23
33 37
Kα1
41
52
57
65 73
83
92 93
Kα1
Kα1
Kα1
Lα1
Lα1
Lα1
Mα1
Mα1
Lα1
Spektrométer
4 spektrométer:
Spektrométer 1: TAP PET LDEC LDEB
Spektrométer 2: TAP LDEC
Spektrométer 3: LIF PET
Spektrométer 4: PET TAP
Spektrométer 5: LIF PET
5 spektrométer:
Elemző kristály Elem tartomány
PET K-alpha lines Si through Cr
L-alpha lines Rb through Eu (Kr-Eu on spectrometer 1)
M-alpha lines Lu through Bi and Th through U
Four PET crystals, two of which are PET-J high reflectivity crystals
TAP K-alpha lines F through Si (O-Si on spectrometer 1)
L-alpha lines Cr through Zr
M-alpha lines of La through Pt
Three TAP crystals
LIF K-alpha lines of Ca through Rb
L-alpha lines of Sb through U
Two LIF crystals
LDE1 K-alpha lines of C through Ne (optimum for O and F)
L-alpha lines of Ca through Ni
LDEC K-alpha lines of Be through O (optimum for C and N)
LDEB K-alpha lines of Be through C (optimum for Be and B)
Megj. átfedés, K-, L-, M-α rtg-vonalak
Pontelemzés EDS rendszerrel
Nem nagypontosságú elemzési adatok,
Elemek csúcsainak átfedése,
Példa #1: Cr-spinell EDS-spektruma (Cr-Ka, Cr-Kb)
Példa #2:
EDS-spektrum kősóba zárt mikroméretű anhidrit zárványról.
Példa #3:
EDS-spektrum a Jewel Cave falán megjelenő barna mállási kéregről.
Megj. erős Fe,
gyenge Mn csúcs,
továbbá
agyagásványra és
szerves eredetű
anyagra utaló
elemek csúcsa.
WDS vonalmenti (integrált pont) elemzés
WDS spektrométerrel
vonalmenti (integrált
pont) elemprofil az
egyes elemekről,
elemek
mennyiségének
változása, korreláció,
kvantitatív elemzés
Ni Cr
Si Mn
Területi elemzés (Rtg-térképezés)
WDS pontos területi összetétel meghatározását teszi lehetővé egy-egy elemre.
Ez több, mint egy adott terület kémiai változékonyságának, egyes elemek eloszlásának a bemutatása.
Ca eloszlása az ordoviciumi Moretown Formáció (Plainfield, Massachusetts) gránátjában és környezetében.
Komplex metamorf fejlődéstörténet: gránát magja S-alakban elrendezett primer zárványokat tartalmaz, ami korábbi szöveti elem. A gránát Ca-ra homogén. A gránát összetételének hirtelen változása (Ca csökkenése) a korábbi szöveti elem drámai kimaradásával kapcsolatban van. Ezt követi egy egylépcsős vagy egy kétlépcsős metamorf fejlődéstörténet, ami zárványmentes és Ca növekedést, majd csökkenést mutat.
Rtg-elemtérképezés: gránát
Simultaneous imaging of BSE, together with Ca, Mg and Mn distributions.
Fényes: vas-gazdag, vázkristályos Cr-ötvözet, szabálytalan Al-ötvözet foltok, intersticiális üveg
Rtg-elemtérképezés: kohászati salak
(max: vörös, min: fekete)
Fe Kα O Kα
Al Kα Cr Kα Si Kα
BSE Z
Visszaszórt elektron felvételek
BSE felvételek tónusa a gerjesztett anyag átlagos rendszámától függ, értékes információ az anyag összetételének vátozékonyságáról. A BSE detector fényre érzékeny, így nem látható, ha a minta meg van világítva. A BSEI térbeli érzékenysége gyenge, BSE a felszín közeléről származik.
BSE felvétel nagy, zónás olivinről (Fe-
gazdag perem), a környezetében
kőzetüvegben vázkristályok
BSE felvétel
klinopiroxénben
ortopiroxén
szételegyedési
lamelláról
(Backscattered Electron Imaging, BSEI)
Fe/Mg arányában erősen
változó turmalin kvarc és káliföldpát mellett gránitban.
BSE felvételek
Szöveti elemzés:
Spinell lherzolit (Simcoe,
Cascade) Si és
alkáliában gazdag
olvadékkal átitatva, ami a
spinell megolvadásához,
majd kristályosodásához
vezetett.
BSE felvétel kvarc környezetében
kőzetüvegbe fagyott kristályokról.
BSE felvétel
Az elemi
összetétel
különbsége
színekkel
fokozható.
DolomitFe-Mn-tartalmú dolomitKalcit Dolomit-ankerit oszcillációs zónásság A1: Kalcit; A2: (FeO+MnO:0.84); A3: (3.08)
AnkeritFe-dolomitDolomitKalcit Kalcit-dolomit oszcillációs zónáság Dolomit Fe-tartalmú dolomitAnkerit;
másodlagos kalcit
BSE felvételek
Karbonát anyagú repedéskitöltés granitoidban (Bátaapáti)
Másodlagos elektron felvétel – ALAK!
Pásztázó elektron mikroszkóp (Scanning electron microscopy, SEM)
(Secondary Electron Imaging (SEI)
Textil Kuprit
Globigerina és részlete
Kis energiájú
másodlagos elektronok
által generált kép a minta
felületéről, fényesebb
részletek nagy elektron
emisszióra utalnak.
Felület és morfológia
elemek tanulmányozása
nagy részletességgel,
elemzésre alkalmatlan
helyek kiválasztása
Kullancs száj Hókristály Vesekő
Olvadt OH-apatit Kaolin Aeroszol
SEM felvételek
Szennyeződés Felületi egyenetlenség
Gleccser Folyó Szél
SEM felvételek
Kősó kiválás
kalciton az
elektronsugár
hatására
felrobbant
fluidum
zárványok sós
vízéből.
Bátaapáti
Hőhatás
Katódlumineszcencia (Cathodoluminescence Imaging, CLI)
Nyomelemek (Mn2+ és Fe2+ eloszlása, zónásságot,
Mn2+ katódlumineszcenciát okoz, Fe2+ viszont nem.
(balra fent)
Sávos, 3 generációs kalcit
repedéskitöltés (1N). A kalcit gyakran
reduktív körülmények között válik ki és
különböző mennyiségű Mn2+-t és Fe2+-t
tartalmaz
(jobbra fent)
SEM image of same area. Zónásság.
(jobbra lent)
SEM image részlet.
(balra lent)
CL image. A kalcit generációk színe
erősen különbözik.
Kalcit1 Mn-tartalmú, Kalcit3 Mn-mentes.
Összefoglalás
EMPA egy roncsolás mentes mikroanalitikai
módszer kismennyiségű szilárd anyag kémiai
összetételének meghatározására
használható
Elemzés helye 1 mikrométeres pontossággal
Mennyiségi és minőségi analízis