Лекция РФА

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ИЗУЧЕНИЯ МИНЕРАЛОВ
1
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ВЕЩЕСТВЕННОГО
СОСТАВА МИНЕРАЛОВ
2
РЕНТГЕНОВСКИЙ МИКРОАНАЛИЗ
Понятие «качественный анализ» означает
идентификацию присутствия элемента
в данном образце или идентификацию
минералов по определенным элементам,
которые они содержат.
3
РЕНТГЕНОВСКИЙ МИКРОАНАЛИЗ
Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) с
электронным зондом (электронный микрозондовый
анализ) представляет собой метод химического
анализа небольшой области твердотельного образца,
в которой сфокусированным пучком электронов
возбуждается рентгеновское излучение.
Термин «электронно-зондовый микроанализ», или
ЭЗМА, является синонимом.
английская аббревиатура
ЕРМА (Electron Probe Micro Analysis), или
EMPA (Electron Micro Probe Analysis)
4
• Пучок высокоэнергетических (5 … 30 кэВ) электронов
фокусируется на площади около 1-2 мкм2 на
поверхности приготовленного образца минерала, 5
служащего мишенью.
Возбуждение рентгеновского излучения
Бомбардировка твердого тела электронами приводит к
возбуждению рентгеновского излучения с помощью
двух независимых механизмов:
• гладкий «непрерывный» спектр образуется
взаимодействием электронов с атомными ядрами,
тогда как
• «характеристический» спектр содержит линии,
которые возникают в результате электронных
переходов между энергетическими уровнями,
индивидуальными для каждого элемента. которые
они содержат.
6
7
Характеристические рентгеновские спектры
Характеристическое рентгеновское излучение
является результатом электронных переходов
на внутренних уровнях атома между соседними
электронными орбитами, энергии которых
определяются главным квантовым числом n.
Внутренние орбиты в виде замкнутых оболочек
называются
• К [n — 1),
• L (n = 2),
• М (n = 3) и т. д.
в порядке удаления от ядра и снижения энергии
Энергия квантов рентгеновского излучения Е = h 
8
Характеристические рентгеновские спектры
Линии, обозначенные К, L, и т. д., согласно их оболочкам
содержат первичные вакансии. Внутри данной оболочки линии
группируются по интенсивностям, наиболее интенсивные

обозначаются , следующая (по мере уменьшения) группа
а внутри каждой группы линии нумеруются по степени
уменьшения интенсивности
,
9
Характеристические рентгеновские
спектры
для анализа наиболее часто
используются линии с энергиями до 10
кэВ; при определении элементов с Z до 30
используются линии K,
• для элементов с атомными номерами
выше 30 используются L линии
(или М) линии для самых тяжелых
элементов).
•
10
11
Характеристические рентгеновские спектры
Рентгеновские линии могут быть
идентифицированы по таблицам энергий или
длин волн.
Различные минералы содержат одни и те же
элементы, но в различных соотношениях, и их
можно разделять по относительным высотам
пиков (например, в пироксенах отношение пика
Si к пикам Fe и Mg гораздо выше, чем в
оливине).
Идентификация минералов на основе
электронно-зондовых данных облегчается
использованием базы данных.
12
13
14
15
Характеристические рентгеновские спектры
Необходимым условием для генерации
характеристического рентгеновского фотона
является удаление внутреннего электрона,
оставляющего атом в ионизированном состоянии.
Для возбужденияхарактеристической рентгеновской
линии энергия падающего электрона E0 , должна
превосходить « критическую энергию возбуждения »
(ЕC ), необходимую для ионизации соответствующей
оболочки элемента, которая пропорциональна
примерно Z2.
16
Характеристические рентгеновские спектры
Точность (accuracy) определения достигает 1%
(относительная доля),
а предел обнаружения (detection limit) достигает
десятков ррm (0,00n %, массовая доля)
4
1 ррm = 10 % particle per million
17
РЕНТГЕНОФЛЮОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ
Другим направлением возбуждения
характеристического рентгеновского
излучения является облучение образца
рентгеновским излучением высокой энергии.
РФА
Этот стандартный метод элементного анализа
в геологии долгое время дает высокую
точность при анализе основных элементов с
пределом обнаружения порядка 1 ррm.
18
РЕНТГЕНОФЛЮОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ
РФА не дает ответа относительно
природы, количества или наименования
минералов в сложном образце. Он
определяет общий элементный состав.
19
Характеристические рентгеновские спектры
20
В рентген-флюоресцентной спектроскопии образец облучается
пучком полихроматического рентгеновского излучения.
Получаемые на образце флюоресцентные рентгеновские лучи
проходят в рентгеновский спектрометр в котором определяются и
измеряются специфические характеристики длин волн.
21
РЕНТГЕНОФЛЮОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ
Применение синхротронного рентгеновского
излучения для РФА позволяет получать
экстремально высокие интенсивности
рентгеновского излучения, сочетающиеся с
высокой степенью монохроматизации
первичного пучка, который можно
сфокусировать в точечный источник
диаметром до 1 мкм Это - микрозондовый
метод с высоким пространственным
разрешением и низким пределом обнаружения.
Доступность этого метода ограничивается
числом существующих синхротронов
22
ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ДЛЯ РФА
•
•
•
Образцы твердых пород достаточно
распилить до соответствующих размеров с
помощью алмазной пилы; в результате
получаются плоские, но не обязательно
полированные поверхности.
Образцы минеральных порошков
тща тельно перемешиваются и прессуются в
виде таблеток.
Образцы жидкой и минеральной пульпы
помещаются в виде таблеток. Образцы
жидкой и минеральной пульпы помещаются
в специальные контейнеры, прозрачные
23
для рентгеновского излучения
ЛИТЕРАТУРА
1. Джонс М.П. Прикладная минералогия. Пер.
с англ. - М.:Недра, 1991. - 391 с.
2. Рид С.Дж.Б. Электронно-зондовый
микроанализ и растровая электронная
микроскопия в геологии. - М.:Техносфера,
2008. - 232 с.
24
СПАСИБО
ЗА ВНИМАНИЕ
25