Metody badawcze w mineralogii

(klasycznej a także wykorzystywane

w badaniach odpadów)

Makroskopowe oznaczanie minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Makroskopowe oznaczanie minerałów opiera się na badaniu ich

najprostszych własności fizycznych.

Cechy fizyczne minerałów

mechaniczne

optyczne

twardość
łupliwość
przełam

barwa
rysa
przezroczystość
połysk

Makroskopowe oznaczanie minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Twardość -

opór jaki stawia minerał rysującemu go ostrzu. Do oznaczania twardości

minerałów wykorzystuje się skalę Mohsa, składającą się z 10 minerałów

wzorcowych, uporządkowanych według wzrastającej twardości.

Stopień

twardości

Minerał daje się

zarysować

Minerał

wzorcowy

Wzór minerału

Grupa twardości

1

paznokciem bez trudu

talk

Mg

3

[Si

4

O

10

(OH)

2

]

bardzo miękkie

2

paznokciem

gips

Ca[SO

4

]*2H

2

O

3

miedzianym drutem -

łatwo

kalcyt

CaCO

3

miękkie

4

nożem - bez trudu

fluoryt

CaF

2

5

nożem

apatyt

Ca

5

(PO

4

)

3

(OH,F,Cl)

twarde

6

stalą narzędziową

ortoklaz

KAlSi

3

O

8

Minerału nie można zarysować stalą narzędziową

7

rysuje szkło

kwarc

SiO

2

bardzo twarde

8

rysuje szkło – bardzo

łatwo

topaz

Al

2

[SiO

4

(F,OH)

2

]

9

przecina szkło

korund

Al

2

O

3

10

nie daje się niczym

zarysować

diament

C

Makroskopowe oznaczanie minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Łupliwość

- to zdolność minerałów do pękania pod wpływem uderzenia bądź

nacisku, na części ograniczone powierzchniami płaskimi.

Jest to wielkość wektorowa i nie występuje u ciał bezpostaciowych.

Nie posiadają jej też niektóre minerały krystaliczne (kwarc, korund).

Makroskopowe oznaczanie minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Przełam

- polega na pękaniu minerału pod wpływem uderzenia lub nacisku wzdłuż

powierzchni nieregularnych (przeciwieństwo łupliwości).

Rodzaje przełamu ze względu na charakter

powstałej powierzchni :

• nierówny np. muszlowy – wklęsły z ostrymi

nierównościami (kwarc, obsydian),

• równy,

• ziarnisty (kasyteryt, piryt)

• zadziorowaty (minerały włókniste),

• ziemisty (limonit, kaolinit),

• haczykowaty (złoto, srebro, miedź).

Makroskopowe oznaczanie minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Barwa

- to jedna z najważniejszych cech minerałów, często pozwalająca na ich

łatwe oznaczenie. Wyróżnia się minerały barwne, bezbarwne i bezbarwne

zabarwione.

Minerały barwne (idiochromatyczne) posiadają barwę stale występującą

i dla danego minerału charakterystyczną.

Siarka rodzima

Piryt

Grafit,

Malachit

Barwa minerałów idiochromatycznych uwarunkowana jest ich składem
chemicznym i strukturą wewnętrzną. Zawierają one w swym składzie zasadniczym
pierwiastki, dające związki kolorowe np. żelazo, miedź, mangan, chrom, nikiel.

Minerały bezbarwne nie mają charakterystycznej

dla siebie barwy, a w idealnym przypadku żadnej

barwy.

Minerały zabarwione (allochromatyczne) to

minerały bezbarwne, które uzyskały zabarwienie

dzięki domieszkom obcego związku chemicznego,

lub defektom struktury kryształu.

Makroskopowe oznaczanie minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Makroskopowe oznaczanie minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Rysa

jest to barwa sproszkowanego minerału.

Rysę można uzyskać rozcierając minerał na białej,

niepolerowanej płytce porcelanowej.

Minerały barwne dają rysę barwną, choć nie zawsze tej samej barwy co minerał,

np. mosiężno-żółty piryt – zielonkawo-czarną,

stalowoszary hematyt - brunatnoczerwoną.

Minerały bezbarwne i zabarwione dają rysę białą.

Makroskopowe oznaczanie minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Przezroczystość

– zdolność minerałów do przepuszczania promieni świetlnych.

Minerały bezbarwne zwykle są przezroczyste.

• przezroczyste (kryształ górski, halit, kalcyt, gips),
• półprzezroczyste i przeświecające – przepuszczają światło zwłaszcza w pobliżu

krawędzi kryształu (szmaragd),

• nieprzezroczyste (magnetyt, piryt, grafit).

Makroskopowe oznaczanie minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Połysk

to zjawisko wywołane odbiciem fal świetlnych od powierzchni

minerałów. Połysk może być różny na powierzchni przełamu i na ścianie

kryształu.

Rodzaje połysku:

• szklisty (ściany kwarcu, pow. łupliwości halitu)

• tłusty (siarka rodzima, przełam kwarcu, bursztyn)

• perłowy (serycyt)

• jedwabisty (azbest, gips włóknisty)

• metaliczny (metale rodzime, siarczki metali - piryt, galena)

• diamentowy (diament, cyrkon)

Makroskopowe oznaczanie minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Inne cechy:

• smak (halit ),

• magnetyzm (magnetyt),

• znaczny ciężar właściwy (magnetyt, galena, baryt),

• zapach (siarka, galena),

• reakcja z kwasem solnym (kalcyt, aragonit, malachit)
CaCO

3

+ 2HCl

→ CaCl

2

+ H

2

O + CO

2

Metody badawcze w mineralogii…

Mikroskop optyczny - polaryzacyjny

Budowa mikroskopu
polaryzacyjnego:

Jak wykonuje się preparat mikroskopowy?
wycięcie płytki około 30x25 mm z próbki skały

Metody badawcze w mineralogii…

Mikroskop optyczny - polaryzacyjny

szlifowanie do uzyskania płaskiej

powierzchni płytki

Metody badawcze w mineralogii…

Mikroskop optyczny - polaryzacyjny

 naklejenie płytki na szkiełko podstawowe

(żywicą epoksydową)

 zeszlifowanie

przyklejonej

płytki

do

grubości około 0,02 mm

 przyklejenie

szkiełka

nakrywkowego

(balsam kanadyjski)

Jak wykonuje się preparat mikroskopowy?

Metody badawcze w mineralogii…

Mikroskop optyczny - polaryzacyjny

PODSTAWOWY PODZIAŁ MINERAŁÓW

Nieprzezroczyste

(badania w świetle odbitym)

Przezroczyste

(badania w świetle przechodzącym)

Metody badawcze w mineralogii…

Mikroskop optyczny - polaryzacyjny

Metody badawcze w mineralogii…

Mikroskop optyczny - polaryzacyjny

JEDEN POLARYZATOR :

•

pokrój minerału (kształt)

• barwa
• pleochroizm (wielobarwność)
• relief (kontur ziarna)
• łupliwość
• zbliźniaczenia
DWA POLATYZATORY:
• barwy interferencyjne
• wygaszanie światła

CECHY MINERAŁÓW OBSERWOWANE POD MIKROSKOPEM

Automorficzny,

barwny

i

pleochroiczny

staurolit. Jeden polaryzator.

K-skaleń

kwarc

Na-plagioklaz

Ca-plagioklaz

piroksen

amfibol

biotyt

oliwin

ultra-
zasadowe

zasadowe

obojetne

obojętne

kwaśne

Skała

głębinowa

wylewna

sjenit

granit

granodioryt

trachit

riolit

riodacyt

to

n

a

lit

d

a

c

y

t

dioryt

andezyt

gabro

bazalt

melafir

diabaz

perydotyt

dunit

% obj.

80

SKAŁY MAGMOWE

Metody badawcze w mineralogii…

Mikroskop optyczny - polaryzacyjny

Metody badawcze w mineralogii…

Mikroskop optyczny - polaryzacyjny

Riolit.

Andezyt.

Bazalt.

Skały magmowe wylewne

Dwa nikole,
skrzyżowane

Charakterystyka składu

fazowego (mineralnego) oraz

charakterystyka parametrów

sieciowych minerałów

Metody badawcze w mineralogii…

Dyfraktometr rentgenowski (XRD)

Rentgenografia strukturalna – (Analiza

dyfraktograficzna - RTG) – wykorzystuje

zjawisko dyfrakcji promieni rentgenowskich

na sieciach kryształów.

Każda

substancja

krystaliczna

ma

charakterystyczną dla siebie strukturę

atomową, która warunkuje pojawienie się

określonego

właściwego

dla

danej

substancji obrazu dyfrakcyjnego.

Metody badawcze w mineralogii…

Dyfraktometr rentgenowski (XRD)

2 d sin

θ = n λ

Warunek Bragg’a

Metody badawcze w mineralogii…

Dyfraktometr rentgenowski (XRD)

λ - długość wyemitowanej fali
rentgenowskiej,
d - odległość między płaszczyznami
w krysztale, która powoduje
dyfrakcję promieni,
Θ - kąt dyfrakcji

Metody badawcze w mineralogii…

Dyfraktometr rentgenowski (XRD)

Warunek Bragg’a:

n

λ=2d*sinΘ

gdzie

Przygotowanie próbki:

– preparat proszkowy
(zmielony materiał)

– preparat orientowany
(zawiesina minerałów
ilastych)

Metody badawcze w mineralogii…

Dyfraktometr rentgenowski (XRD)

Identyfikacja minerałów obecnych w próbce

polega na porównaniu otrzymanego

dyfraktogramu z eksperymentalnymi

i wyliczonymi dyfraktogramami minerałów

i substancji organicznych

(~150 000, baza danych:

International Center of Difraction Data ICDD)

Metody badawcze w mineralogii…

Dyfraktometr rentgenowski (XRD)

Metody badawcze w mineralogii…

Dyfraktometr rentgenowski (XRD)

Spektroskopia – nauka o powstawaniu i interpretacji
widm powstających w wyniku oddziaływań wszelkich
rodzajów promieniowania na materię rozumianą jako
zbiorowisko atomów i cząsteczek.

Metody badawcze w mineralogii…

Metody spektroskopowe

Spektroskopia w podczerwieni

Metody badawcze w mineralogii…

Metoda wykorzystująca absorpcję promieniowania podczerwonego przez cząsteczki.
Oscylacje atomów cząsteczki są ściśle związane z jej strukturą, czyli z rodzajem
drgających atomów jej geometrią oraz stałymi siłowymi wiązań chemicznych.

Interpretacja widm w podczerwieni

3600 – 2800 cm

-1

– pasma absorpcyjne związane z drganiami grup zawierających H

2300 – 2100 cm

-1

– obszar potrójnych wiązań

1800 – 1500 cm

-1

– obszar podwójnych wiązań

1500 – 600 cm

-1

– obszar pojedynczych wiązań (pasma pochodzące od drgań

charakterystycznych konkretnych molekuł)

Spektroskopia w podczerwieni

Metody badawcze w mineralogii…

Przygotowanie próbek

Ciecze:

• pomiary wykonuje się bezpośrednio w kuwetach z NaCl lub KBr;
• badaną ciecz umieszcza się pomiędzy płytkami z NaCl lub KBr.

Próbki stałe:

• probki w ilości 0,5 – 1 mg rozdrabnia się do ziaren nie większych niż 2 μm;
• miesza się z ok. 100 mg sproszkowanego bromku potasu;
• wykonuje się pastylki o średnicy 0,5 – 1,5 mm;
lub
• proszek miesza się z płynną parafiną i nanosi na powierzchnię NaCl bądź KBr;

Metody badawcze w mineralogii…

Spektroskopia w podczerwieni

cem.msu.edu

Bazy danych widm w podczerwieni:
Pouchert CJ, The Aldrich Library of IR Spectra, Aldrich Chemical,
Milwaukee, 1981
baza IRUG (

http://www.irug.org/

) lub

http://rruff.info/

Metody badawcze w mineralogii…

Spektroskopia w podczerwieni

Zastosowanie:

Chemia – do określenia struktury molekuł,

Mineralogia – identyfikacja i badania strukturalne minerałów,

Konserwacja zabytków – badania malowideł ściennych, spoiw oraz

wypełniaczy.

Spektroskopia Ramana (inaczej: spektroskopia ramanowska) -

technika spektroskopowa polegająca na pomiarze

promieniowania rozproszenia Ramana, tj. nieelastycznego

rozpraszania fotonów.

Metody badawcze w mineralogii…

Spektroskopia Ramana

Spektroskopia ramanowska (podobnie

jak spektroskopia absorpcyjna w

podczerwieni) należy do technik badania

widm oscylacyjnych materiałów.

Może być stosowana zarówno do gazów,

cieczy, jak i ciał stałych.

Technika ta jest komplementarna do

spektroskopii w podczerwieni.

Metody badawcze w mineralogii…

Spektroskopia Ramana

Rodzaje pasm obserwowanych

w widmie Ramana:

Pasma Rayleigha - powstające na skutek
oddziaływania fotonów padającego
promieniowania o częstości ν

0

, nie

pasujących do poziomów energetycznych
cząsteczki.
Pasma Stokes’owskie - gdy cząsteczka po
oddziaływaniu z promieniowaniem
przenosi się na wyższy poziom oscylacyjny
i rozproszony foton ma energię mniejszą o
różnicę energii poziomów oscylacyjnych
hν.
Pasma antystokesowskie - jeśli przed
oddziaływaniem z promieniowaniem
molekuła znajdowała się na wzbudzonym
poziomie oscylacyjnym, to oddziaływanie
przenosi ją na podstawowy (zerowy)
poziom oscylacyjny.

Dlatego prawie wyłącznie stosuje się lasery:
Lasery argonowe (jony Ar+): linie 488 oraz 514,5 nm;
Lasery kryptonowe (jony Kr+): linie 530,9 oraz 647,1 nm;
Lasery He-Ne: linia 632,8 nm;
Diody laserowe: 785 oraz 830 nm;
Lasery Nd:YAG: 1024 nm (532 nm przy wykorzystaniu drugiej
harmonicznej)

Metody badawcze w mineralogii…

Spektroskopia Ramana

Natężenie pasm ramanowskich
jest

bardzo

słabe

(0,001%

natężenia wiązki rozpraszanej).
W

celu

uzyskania

sygnału

ramanowskiego należy stosować
źródła

monochromatyczne

o

dużym natężeniu.

Metody badawcze w mineralogii…

Spektroskopia Ramana

Spektroskopia
mikroramanowska

Metody badawcze w mineralogii…

Spektroskopia Ramana

Zjawisko fluorescencji:

Wzbudzając niektóre próbki światłem
zielonym, niebieskim bądź fioletowym
możemy indukować przejścia elektronowe,
które z kolei mogą wywołać świecenie
fluorescencyjne.
Powstające w ten sposób tło fluorescencyjne
przysłania linie ramanowskie.
Aby zminimalizować fluorescencję stosuje się
w takich przypadkach wzbudzanie
promieniowaniem o większej długości fali,
której energia nie pokrywa się z energią
przejść elektronowych.

Widma ramanowskie antracenu
uzyskane przy wzbudzaniu laserem
argonowym, linia 514,5 nm (A), oraz
laserem Nd:YAG, linia 1064 nm (B)

Metody badawcze w mineralogii…

Spektroskopia Ramana

Zastosowanie:

Chemia – do określenia struktury molekuł,

Mineralogia a w szczególności gemmologia – identyfikacja

i badania strukturalne minerałów, badanie wrostków w minerałach.

Konserwacja zabytków – badania malowideł ściennych, spoiw oraz

wypełniaczy.

Metody badawcze w mineralogii…

Spektroskopia Ramana

Metody badawcze w mineralogii…

Badania TG i DTA

Analiza termograwimetryczna – TG
polega na rejestrowaniu zmian masy
próbki w funkcji temperatury.

Gdy

ciężar próbki zmieni się w skutek
wydzielania produktów gazowych lub
utleniania to z krzywej TG można
dokładnie odczytać zmianę masy.

Termiczna analiza różnicowa – DTA
pomiar zmian własności fizycznych i
chemicznych próbki w zależności od
temperatury.

Zmianom temperatury

towarzyszy zwykle pochłanianie lub
wydzielanie się energii.

Metody badawcze w mineralogii…

Badania TG i DTA

Krzywa termiczna różnicowa DTA odwzorowuje reakcje endo- i egzotermiczne
zachodzące w próbce w trakcie jej ogrzewania. Są one rejestrowane jako różnice
między temperaturą próbki a temperaturą wzorca, którym najczęściej jest tlenek
glinu obojętny termicznie w zakresie 0 - 1500°C.

Piec

Próbka
wzorcowa

Próbka
badana

Belka wagi

Badania TG i DTA

Metody badawcze w mineralogii…

Endotermy – ugięcia krzywej DTA ku dołowi, są związane z:
- dehydratacją (utratą wody higroskopijnej H

2

O),

- dehydroksylacją (utratą grup OH np. z minerałów ilastych),
- przemianami polimorficznymi minerałów (przemiana kwarcu α w kwarc β),
- rozkładem termicznym węglanów,
- dysocjacją termiczną np. syderytu,
- niszczeniem struktury minerałów.
Egzotermy – ugięcia krzywej DTA
ku górze, są związane z:
- spalaniem substancji organicznej,
- utlenianiem np. Fe

2+

do Fe

3+

,

- powstawaniem nowych minerałów

Badania TG i DTA

Metody badawcze w mineralogii…

Krzywa terograwimetryczna TG odwzorowuje zmiany masy próbki w funkcji
temperatury. Zmiany te polegają na ubytku masy próbki w skutek:

• dehydratacji i dehydroksylacji ,

• spalania materii organicznej,

• termicznego rozkładu węglanów.

Zmiany polegające na przybytku
masy próbki są rzadsze i związane
z utlenianiem Fe

2+

do Fe

3+

.

Badania TG i DTA

Metody badawcze w mineralogii…

Zastosowanie:

Umożliwia interpretację składu mineralnego pod względem

jakościowym i ilościowym.

Głównie wykorzystywana w analizie minerałów ilastych.

Duże znaczenie w przemyśle ceramicznym.

Badanie właściwości spoiw – konserwacja zabytków

Katodoluminescencja

Metody badawcze w mineralogii…

Metoda wykorzystująca emisję światła
widzialnego podczas przeskoku elektronu ze
stanu wysokoenergetycznego do stanu niżej
energetycznego

Katodoluminescencja

Metody badawcze w mineralogii…

- obecność metali przejściowych np. Mn, Cr
- pierwiastki ziem rzadkich
- defekty w sieci krystalicznej
- aktynidy np. UO

2

- metal ciężkie np. Pb
- półprzewodniki

Co powoduje luminescencję?

nhm.ac.uk

FAZY BOGATE W Fe NIE WYKAZUJĄ

LUMINESCENCJI !!

Katodoluminescencja

Metody badawcze w mineralogii…

http://mineralsciences.si.edu/facilities/cl.htm

płytka cienka bez szkiełka nakrywkowego

Badany materiał

Przykład zastosowania urządzeń wykorzystujących
mat. katodoluminescencyjne

Półprzewodniki

Znajdowanie charakterystyk; pomiar długości fali
emitowanego światła; analiza zanieczyszczeń i
defektów

Włókna szklane

Wykrycie zmian współczynnika załamania; wykrycie
defektów

Materiały
fluoroscencyjne

Pomiar długości fali emitowanego światła; identyfikacja
emitującej światło powierzchni

Materiały
ceramiczne

Analiza rozmieszczenia granic ziaren i defektów

Minerały, kamienie

Analiza rozlokowania defektów; analiza
niejednorodności strukturalnej; rozkład naprężeń

Stal

Analiza inkluzji tlenu

Próbki biologiczne

Obserwacja

Katodoluminescencja

Metody badawcze w mineralogii…

Zastosowanie:

Mikroskop elektronowy

Metody badawcze w mineralogii…

• SEM – scanning electron microscopy

• TEM – transmission electron microscopy

• Przystawka EDS

Skaningowy mikroskop elektronowy

Metody badawcze w mineralogii…

Wiązka elektronów bombarduje próbkę, skanując jej powierzchnię linia po
linii. Pod wpływem wiązki elektronów próbka emituje różne sygnały (m. in.
elektrony wtórne - SE, elektrony wstecznie rozproszone - BSE,
charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie), które są rejestrowane za
pomocą odpowiednich detektorów, a następnie przetwarzane na obraz próbki
lub widmo promieniowania rentgenowskiego.

próba

Elektrony wtórne (SE).

Elektrony wstecznie
rozproszone (BSE)

Charakterystyczne
promieniowanie
rentgenowskie

Wiązka
elektronów
pierwotnych

~10 nm

1 – 2

µm

2 – 5

µm

Skaningowy mikroskop elektronowy

Metody badawcze w mineralogii…

Budowa mikroskopu elektronowego

Mikroskop skaningowy składa się z:

• działa elektronowego, gdzie wytwarzana

jest wiązka elektronów,

• kolumny, w której następuję przyspieszanie

i ogniskowanie wiązki elektronów,

• komory próbki, gdzie ma miejsce interakcja

elektronów wiązki z próbką,

• zestawu detektorów odbierających różne

sygnały emitowane przez próbkę

• systemu przetwarzania sygnałów na obraz.

Skaningowy mikroskop elektronowy

Metody badawcze w mineralogii…

Obraz oglądany w SEM jest obrazem wirtualnym
skonstruowanym na bazie sygnałów emitowanych
przez próbkę. Dzieje się to poprzez zeskanowanie
linia po linii prostokątnego obszaru na powierzchni
próbki.
Obszar skanowania odpowiada fragmentowi próbki
oglądanemu na obrazie. W każdym momencie czasu
wiązka oświetla tylko jeden punkt w obszarze
skanowania. Przemieszczanie się wiązki od punktu
do punktu wywołuje zmiany w generowanym przez
nią

sygnale.

Zmiany

te

odzwierciedlają

zróżnicowanie próbki w poszczególnych punktach.
Sygnał

wyjściowy

jest

więc

serią

danych

analogowych, które w nowoczesnych mikroskopach
są przetwarzane na serię wartości liczbowych, z
których tworzony jest obraz cyfrowy.

100 µm

Elektrony wtórne - SE (secondary
electrons) – elektrony wyrzucone
z

wewnętrznych

powłok

elektronowych (zwykle K) atomów
próbki

na

skutek

zderzeń

niesprężystych

z

elektronami

pierwotnymi (elektronami wiązki).
W

obrazie

uzyskanym

dzięki

elektronom

wtórnym

kontrast

związany jest z topografią próbki.
Obszar

wzbudzenia

leży

blisko

powierzchni,

dlatego

więcej

elektronów wtórnych może uciec z
punktów na szczycie wierzchołka, niż
z punktów na dnie zagłębienia.

Skaningowy mikroskop elektronowy

Metody badawcze w mineralogii…

Partie wypukłe są jasne, natomiast partie wklęsłe

są ciemne. Obrazy SE wyglądają podobnie jak

odpowiadające im obrazy w świetle widzialnym

(w skali szarości).

gsc.nrcan.gc.ca

Skaningowy mikroskop elektronowy

Metody badawcze w mineralogii…

Elektrony wstecznie rozproszone – BSE
(backscattered electrons) są to pierwotne
elektrony (elektrony wiązki), które na
skutek zderzeń sprężystych z jądrami
atomów

próbki

zostały

„odbite”

z

powrotem od próbki.

W obrazach BSE kontrast jest wynikiem

różnicy średniej liczby atomowej pomiędzy
poszczególnymi punktami próbki. Obszary
próbki zawierające jądra pierwiastków o
wysokiej liczbie atomowej rozpraszają
wstecznie więcej elektronów dzięki czemu
są odwzorowywane na obrazach BSE jako
miejsca

jaśniejsze.

Właściwie

zinterpretowane obrazy BSE dostarczają
ważnych informacji o zróżnicowaniu składu
próbki.

Żużel Ni (Szklary) – zdjęcie BSE

Skaningowy mikroskop elektronowy

Metody badawcze w mineralogii…

Promieniowanie rentgenowskie
Do

powstania

promieniowania

rentgenowskiego prowadzą dwa typy
oddziaływania elektronów wiązki z
ciałem stałym:
(1)

rozpraszanie

na

jądrach

atomowych,

prowadzące

do

powstania

ciągłego

widma,

promieniowania rentgenowskiego,
(2) jonizacja wewnętrznych powłok
elektronowych atomu prowadząca
do

powstawania

widma

charakterystycznego.

Transmisyjny mikroskop elektronowy

Metody badawcze w mineralogii…

Elektronowy mikroskop transmisyjny - rejestrowane są
elektrony przechodzące przez próbkę. Próbka w takim
mikroskopie musi być cienką płytką o grubości mniejszej od
0,1 mikrometra.

Można uzyskać obraz o rozdzielczości kilku nm.

Umożliwia obserwację próbki w skali atomów

Transmisyjny mikroskop elektronowy

Metody badawcze w mineralogii…

Mikroskop transmisyjny pozwala uzyskać obraz
dyfrakcyjny próbki (dyfrakcja elektronowa).

Cechy obrazu dyfrakcyjnego pojedynczego kryształu:
• regularne ułożenie refleksów,
• natężenie refleksów proporcjonalne do czynnika strukturalnego,
• położenie refleksów odpowiada odległościom
międzypłaszczyznowym.

Analizy w mikroobszarze

Metody badawcze w mineralogii…

• Analizy ilościowe - skład chemiczny punktu w minerale

wielkość punktu 1-100 mikronów

• Analizy jakościowe

• Obrazy powierzchni lub najbardziej zewnętrznej warstwy

minerału

Mikrosonda elektronowa

Metody badawcze w mineralogii…

Umożliwia wykonanie

analizy chemicznej

pojedynczego minerału

(analiza ilościowa lub

półilościowa) a także

uzyskanie obrazu

powierzchni płytki

cienkiej (obraz BSE)

 rozmiar analizowanego punktu ~ 1 µm

 próg wykrywalności dla pierwiastków głównych ok 0,5 % wag. dla

pierwiastków śladowych około 200 ppm

Mikrosonda elektronowa

Metody badawcze w mineralogii…

Przygotowanie próbki:
Analizowana

płytka

cienka

powinna

być

napylona materiałem przewodzącym np. grafit
lub złoto w celu odprowadzenia prądu z jej
powierzchni

Płytka cienka bez szkiełka nakrywkowego

Mikrosonda elektronowa

Metody badawcze w mineralogii…

 pracuje w warunkach
‘wysokiej’ próżni 10

-5

Pa

 analizy minerałów o liczbie
atomowej większej od Fluoru

 w próbkę uderza wiązka
elektronów o napięciu ~15 –
30 kvol i natężeniu 4 – 200 nA

Mikrosonda elektronowa

Metody badawcze w mineralogii…

Spektrometr

rentgenowski

rejestruje

charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie.
Zadaniem spektrometru jest zliczenie impulsów
promieniowania rentgenowskiego i posegregowanie
ich.
Spektroskopia promieni rentgenowskich może być
przeprowadzona dwiema metodami:
(1)metoda

dyspersji

energii

promieniowania

rentgenowskiego

(Energy

Dispersive

X-Ray

Spectroscopy - EDS) – analizowana jest energia fali
promieniowania rentgenowskiego,

− metoda dyspersji długości fali promieniowania
rentgenowskiego (Wavelenght Dispersive X-Ray
Spectroscopy - WDS) – analizowana jest długość fali
promieniowania . Stosuje się spektrometr promieni
rentgenowskich z kryształem analizującym.

Mikrosonda elektronowa

Metody badawcze w mineralogii…

Czas trwania analizy – kilka sekund
Umożliwia rozpoznanie fazy mineralnej

Analizy EDS – analizy jakościowe (półilościowe)

Mikrosonda elektronowa

Metody badawcze w mineralogii…

Analizy WDS – analizy ilościowe

SiO

2

48,932

49,339

TiO

2

1,359

1,188

Al

2

O

3

7,358

7,433

FeO

14,112

14,065

MnO

0,317

0,291

MgO

13,733

13,952

CaO

11,487

11,486

Na

2

O

1,163

0,987

K

2

O

0,334

0,305

Total

98,795

99,046

Czas trwania analizy – kilka do kilkunastu

minut.

Umożliwia dokładne określenie składu

chemicznego minerału.

Wynik analizy w % wagowych

Mikrosonda elektronowa

Metody badawcze w mineralogii…

Mapy rozmieszczenia pierwiastków

Obrazy rentgenowskie mogą być
prezentowane jako mapy. Wiązka
analityczna skanuje analizowany
obszar

punkt

po

punkcie.

Spektrometr jest ustawiany tak,
aby

rejestrował

punkt

na

analizowanym

obszarze,

gdy

wykryje

impuls

rentgenowski

o energii charakterystycznej dla
danego

pierwiastka.

W

ten

sposób

powstaje

mapa

odwzorowująca

rozmieszczenie

tego pierwiastka w badanym
obszarze.

iron

nickel

oxygen

sulfur

50 µm