elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/geokémia_környezettudomány-bsc... · 2019. 5. 4. ·...
TRANSCRIPT
![Page 1: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/1.jpg)
Elektronmikroszonda
![Page 2: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/3.jpg)
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
![Page 4: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/4.jpg)
Cameca - JEOL
Cameca SX100 JEOL 733
![Page 5: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 6: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/6.jpg)
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.
![Page 7: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/7.jpg)
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
![Page 8: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/8.jpg)
Detektorok
hullámhossz diszperzív rendszer (wds)
energia diszperzív rendszer (eds)
Hullámhossz diszperzív
röntgenspektrométer Energia diszperzív röntgendetektor
![Page 9: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/9.jpg)
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)
![Page 10: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/11.jpg)
Source:
https://serc.carleton.edu/research_education/geochemsheets/wds.html
![Page 12: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/12.jpg)
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:
![Page 13: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/13.jpg)
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
![Page 14: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/14.jpg)
Pontelemzés EDS rendszerrel
Nem nagypontosságú elemzési adatok,
Elemek csúcsainak átfedése,
Példa #1: Cr-spinell EDS-spektruma (Cr-Ka, Cr-Kb)
![Page 15: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/15.jpg)
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.
![Page 16: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/16.jpg)
WDS vonalmenti (integrált pont) elemzés
WDS spektrométerrel
vonalmenti (integrált
pont) elemprofil az
egyes elemekről,
elemek
mennyiségének
változása, korreláció,
kvantitatív elemzés
Ni Cr
Si Mn
![Page 17: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/17.jpg)
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.
![Page 18: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/18.jpg)
Rtg-elemtérképezés: gránát
Simultaneous imaging of BSE, together with Ca, Mg and Mn distributions.
![Page 19: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/19.jpg)
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
![Page 20: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/20.jpg)
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)
![Page 21: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/21.jpg)
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.
![Page 22: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/22.jpg)
BSE felvétel kvarc környezetében
kőzetüvegbe fagyott kristályokról.
BSE felvétel
Az elemi
összetétel
különbsége
színekkel
fokozható.
![Page 23: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/23.jpg)
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)
![Page 24: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/24.jpg)
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
![Page 25: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/25.jpg)
Kullancs száj Hókristály Vesekő
Olvadt OH-apatit Kaolin Aeroszol
SEM felvételek
![Page 26: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/26.jpg)
Szennyeződés Felületi egyenetlenség
Gleccser Folyó Szél
SEM felvételek
![Page 27: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/27.jpg)
Kősó kiválás
kalciton az
elektronsugár
hatására
felrobbant
fluidum
zárványok sós
vízéből.
Bátaapáti
Hőhatás
![Page 28: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/28.jpg)
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.
![Page 29: Elektronmikroszondalrg.elte.hu/oktatas/Geokémia_Környezettudomány-BSc... · 2019. 5. 4. · Elektronmikroszonda •1/ elektron ágyú •2/ elektron oszlop, lencsék, elektronáram](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060819/6098c3d74fe07c19d27fffbb/html5/thumbnails/29.jpg)
Összefoglalás
EMPA egy roncsolás mentes mikroanalitikai
módszer kismennyiségű szilárd anyag kémiai
összetételének meghatározására
használható
Elemzés helye 1 mikrométeres pontossággal
Mennyiségi és minőségi analízis