Elektronmikorszonda: EMPA, EPMA

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Elektronmikorszonda: EMPA, EPMA"

Fanni Pásztorné
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 Elektronmikroszonda

2 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

3 Felépítése Standard (Rtg-sugár intenzitása, ismert összetétel) Korrekciószámolás: [ZAF (rendszám, abszorpciós, fluorencens); Bence-Albee, 1968, (J.Geol., 76, )] 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, na elektronáram) fókuszált elektron sugárnyaláb kis térfogatú (néhány µm 3 ) anyagban karakterisztikus Rtg-sugarakat generál, amelyek elemző kristály(ok)on megtörve és detektorral számolva [(spektrométer(ek)] megadják a vizsgált anyag elemi összetételét.

4 Cameca - JEOL Cameca SX100 JEOL 733

5 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

6 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.

7 Al Au 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

8 Detektorok hullámhossz diszperzív rendszer (wds) energia diszperzív rendszer (eds) Hullámhossz diszperzív röntgenspektrométer Energia diszperzív röntgendetektor

9 WDS vs. EDS Generált rtg-sugár gyűjtés: Beérkezett rtg-sugár számolás: Elektronsugár átmérő: Rtg-sugár felbontás: Egy időben vizsgált rtgsugár spektrum: Zavaró hatások a rtgspektrumon: Elemzési (számlási) idő <0.2% 30% ~2 mikron szuper részleges ritka változó (max. 1 min.) 2% 100% min μm (kvalitatív) gyenge teljes gyakori lehet ~5 sec. (kvalitatív)

10 Elemzőkristály 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)

Spektrométer 4 spektrométer: 21 Kα1 37 52 14 Kα1 25 33 Lα1 9 Kα1 15 25 Lα1 41 57 5 Kα1 9 20 Lα1 23 Kristály Tartomány K L M

11 Spektrométer 4 spektrométer: 21 Kα Kα Lα1 9 Kα Lα Kα Lα1 23 Kristály Tartomány K L M 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 Lα Mα1 ODPb B to O Ca to V Mα

12 5 spektrométer: Spektrométer 1: TAP PET LDEC LDEB Spektrométer 2: TAP LDEC Spektrométer 3: LIF PET Spektrométer 4: PET TAP Spektrométer 5: LIF PET Elemző kristály PET Elem tartomány 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

13 Pontelemzés EDS rendszerrel Nem nagypontosságú elemzési adatok, Elemek csúcsainak átfedése, Példa #1: Cr-spinell EDS-spektruma (Cr-Ka, Cr-Kb)

14 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.

15 WDS vonalmenti (integrált pont) elemzés Ni Si Cr Mn WDS spektrométerrel vonalmenti (integrált pont) elemprofil az egyes elemekről, elemek mennyiségének változása, korreláció, kvantitatív elemzés

Ca eloszlása az ordoviciumi Moretown Formáció (Plainfield, Massachusetts) gránátjában és környezetében.

16 Területi elemzés (Rtg-térképezés) WDS pontos területi összetétel meghatázását 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.

17 Rtg-elemtérképezés: gránát Simultaneous imaging of BSE, together with Ca, Mg and Mn distributions.

18 Rtg-elemtérképezés: kohászati salak (max: vörös, min: fekete) Fényes: vasgazdag, vázkristályos Cr-ötvözet, szabálytalan Al-ötvözet foltok, intersticiális üveg BSE Z Si Kα Fe Kα Cr Kα O Kα Al Kα

A BSE detector fényre érzékeny, így nem látható, ha a minta meg van világítva.

19 Visszaszórt elektron felvételek (Backscattered Electron Imaging, BSEI) 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 klinopiroxénben ortopiroxén szételegyedési lamelláról BSE felvétel nagy, zónás olivinről (Fegazdag perem), a környezetében kőzetüvegben vázkristályok

(Simcoe, Cascade) Si és alkáliában gazdag

20 BSE felvételek Fe/Mg arányában erősen változó turmalin kvarc és káliföldpát mellett gránitban. Szöveti elemzés: Spinell lherzolit (Simcoe, Cascade) Si és alkáliában gazdag olvadékkal átitatva, ami a spinell megolvadásához, majd kristályosodásához vezetett.

21 BSE felvétel BSE felvétel kvarc környezetében kőzetüvegbe fagyott kristályokról. Az elemi összetétel különbsége színekkel fokozható.

22 BSE felvételek Karbonát anyagú repedéskitöltés granitoidban (Bátaapáti) Dolomit Fe-Mn-tartalmú dolomit Kalcit Dolomit-ankerit oszcillációs zónásság A1: Kalcit; A2: (FeO+MnO:0.84); A3: (3.08) Ankerit Fe-dolomit Dolomit Kalcit Kalcit-dolomit oszcillációs zónáság Dolomit Fe-tartalmú dolomit Ankerit; másodlagos kalcit

Másodlagos elektron felvétel (Secondary Electron

(Scanning electron microscopy, SEM) Kis energiájú

felületéről, fényesebb részletek nagy elektron

Textil Kuprit Felület és morfológia elemek

23 Másodlagos elektron felvétel (Secondary Electron Imaging (SEI) Pásztázó elektron mikroszkóp (Scanning electron microscopy, SEM) Kis energiájú másodlagos elektronok által generált kép a minta felületéről, fényesebb részletek nagy elektron emisszióra utalnak. Textil Kuprit Felület és morfológia elemek tanulmányozása nagy részletességgel, elemzésre alkalmatlan helyek kiválasztása Globigerina és részlete

24 SEM felvételek Kullancs száj Hókristály Vesekő Olvadt OH-apatit Kaolin Aeroszol

25 SEM felvételek Szennyeződés Felületi egyenetlenség Gleccser Folyó Szél

26 Hőhatás Kősó kiválás kalciton az elektronsugár hatására felrobbant fluidum zárványok sós vízéből. Bátaapáti

A kalcit gyakran reduktív körülmények között váli k ki és különböző mennyiségű Mn 2+ -t és Fe 2+ -t tartalmaz (jobbra fent) SEM

27 Katódlumineszcencia (Cathodoluminescence Imaging, CLI) Nyomelemek (Mn 2+ és Fe 2+ eloszlása, zónásságot, Mn 2+ katódlumineszcenciát okoz, Fe 2+ viszont nem. (balra fent) Sávos, 3 generációs kalcit repedéskitöltés (1N). A kalcit gyakran reduktív körülmények között váli k ki és különböző mennyiségű Mn 2+ -t és Fe 2+ -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.

28 Összefoglalás EMPA egy roncsolás mentes mikroanalitikai módszer kismennyiségű szilárd anyag kémiai összetételének meghatározására használható Elemzés helye 1 mikrométeres pontossággal Mennyiségi és minőségi analízis

Hasonló dokumentumok

Röntgen-gamma spektrometria

Röntgen-gamma spektrometria Röntgen-gamma spektrométer fejlesztése radioaktív anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű meghatározására Szalóki Imre, Gerényi Anita, Radócz Gábor Nukleáris Technikai Intézet