Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Геохимические науки >> Петрология | Курсы лекций
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ПЕТРОЛОГИЯ

Авторы: Е.Н.Граменицкий, А.Р.Котельников, А.М.Батанова, Т.И.Щекина, П.Ю.Плечов

Лаборатория эспериментальной и технической петрологии МГУ,
к. A-607, тел. 939-20-40

назад | содержание | вперед
Экспериментальная и техническая петрология. - М.: Научный Мир, 2000. - 416 с.

IV-6. Методы изучения продуктов опытов.

Экспериментальные исследования предъявляют весьма жесткие требования к методам, с помощью которых исследуется вещество, полученное в опыте. Они связаны с очень ограниченным количеством вещества, которое можно предоставить в распоряжение аналитика. Для гидротермальных экспериментов обычно имеют дело с десятыми долями грамма (сотнями миллиграмм), в опытах на твердофазовых установках - с первыми десятками миллиграмм, а то и того меньше. Этим веществом очень дорожат и всегда стараются оставить дубликат на случай повторных определений или изучения каким-либо иным методом. С этой точки зрения ценность представляют физические и физико-химические методы, в которых вещество практически не расходуется. Далее, в связи с невозможностью обычно разделить отдельные фазы, необходимы локальные методы анализа.

Традиционно почти с самых ранних экспериментальных исследований для изучения продуктов опытов используют три группы методов: (1) визуальные, (2) физические и физико-химические методы анализа, которые дают информацию о структуре вещества (рентгеновские, инфракрасная спектроскопия), о формах связи (рамановская спектроскопия), о распределении валентных форм железа между неэквивалентными структурными позициями в кристаллах (метод мессбауэровской спектроскопии) и.т.д. и (3) методы определения химического состава.

(1) Продукты опытов обязательно изучают оптическими методами. Это самые простые исследования, но они дают важнейшую информацию, которая не может быть получена никаким другим путем. Полезны все наблюдения, сделанные в сравнении продуктов опытов и исходных веществ или продуктов опытов, проведенных при разных условиях, разной продолжительности и т.п. Особое внимание обращают на все малейшие неоднородности. Уже просмотр образца под бинокулярной лупой позволяет установить сохранение герметичности ампулы, сохранение в ней воды и обеих фаз кислородного буфера. Информация о результатах опыта на этой стадии обычно еще недостаточная, но и самые простейшие наблюдения над цветом и структурными особенностями образца определят выбор методик для дальнейшей обработки материала.

Применение поляризационного микроскопа, как известно, позволяет точно диагностировать твердые фазы, а по изменениям оптических свойств (показателей преломления и др.) определять состав минералов - твердых растворов. Даже когда зависимость показателей преломления от состава неоднозначна (например, в случаях многокомпонентных силикатных стекол), полезными бывают и качественные тенденции. Используют как иммерсионные препараты, так и петрографические шлифы. Изготовление последних связано с безвозвратной потерей части полученного в опыте материала. Разные типы шлифов (просто полированные, прозрачные на канадском бальзаме или прозрачно-полированные на эпоксидной смоле) обладают неодинаковыми возможностями применения других методов (микрозондового, протравливания и прокрашивания, радиографии и др.) наряду с оптическим изучением. Оптические методы привычны для петрологов и не требуют для них много времени.

Следующий шаг - изучение продуктов опытов под электронным микроскопом. Благодаря наличию в современных приборах детекторов вторичных электронов доступны рельефные изображения сколов образца, отдельных зерен, пор и т.п. На изображении, получаемом с помощью детекторов отраженных электронов, яркость окраски зависит от средней атомной массы элементов слагающих фазу, что позволяет качественно диагностировать минералы и во многих случаях выявлять неоднородность (зональность) их строения. Эти наблюдения могут быть дополнены изображениями в характеристических излучениях отдельных элементов. Изображения в отраженных электронах дают картину микроструктуры образца, не уступающую, а кое в чем даже превосходящую ту, что мы получаем с помощью поляризационного микроскопа. Существующие компьютерные программы анализа изображений позволяют с большой точностью определять количественный фазовый состав и некоторые другие структурные особенности.

Группа визуальных методов имеет особое значение для экспериментаторов, поскольку они позволяют увидеть, что же реально произошло в опыте: плавление, перекристаллизация, замещение, реакция между фазами... Зарисовки или фотографии соответствующих структурных и текстурных особенностей остаются в качестве документальных свидетельств указанных процессов. Формы зерен, кроме того, являются главными критериями отличий фаз, равновесных в поцессе опыта, от закалочных. Для последних характерны скелетные, игольчатые формы, кристаллизация в форме сферолитов. Некоторые высокотемпературные (или характерные для высоких давлений) твердые фазы не закаливаются, легко переходя в иные полиморфные модификации ( кварц, арагонит кальцит). В этом случае после полиморфного перехода они сохраняют формы, характерные для равновесной в опыте фазы.

Более частные задачи выявления особенностей распределения отдельных элементов решаются методами травления шлифов, обычно с последующим прокрашиванием, применимые впрочем только для определенных фаз. Аналогично картину распределения определенных элементов по фазам и внутри отдельных фаз получают методами радиографии. В этом методе характеризуются элементы, дающие радиоактивные изотопы, как содержавшихся в системе в процессе опыта, так и "наведенные" - возникшие при специальном облучении образца в ядерном реакторе.

(2) Рентгеновский анализ (наиболее распространенный и доступный среди физических методов) позволяет экспрессно и точно определять фазовый состав продуктов опытов, изучать изменения относительного количества фаз в их процессе (см. предыдущий раздел), определять параметры элементарной ячейки минералов. Рентгеновский анализ хорошо подходит для специфики экспериментальной работы. Метод требует малых количеств вещества: в обычных случаях достаточно 10-30 мг. Вещество в ходе анализа не расходуется и не загрязняется. Для съемки можно использовать порошки. Методика подготовки образца к съемке несложная. Установки для рентгеновского анализа (в основном дифрактометры) достаточно широко распространены и потому доступны. Они надежны в работе и управление ими сравнительно простое. После небольшой подготовки работать на них могут сами экспериментаторы.

Исследования методом рентгеновского анализа ведут при облучении образцов характеристическим тормозным излучением, получающимся при взаимодействии электронов рентгеновской трубки с антикатодом. Обычно используют линии К-серии как наиболее интенсивные. Длина волны излучения зависит от материала антикатода. Для анализа лейкократовых минералов используют излучение Cu или Мо, обладающее наибольшей интенсивностью и малой длиной волны. Для железомагнезиальных минералов используют антикатоды из Fe, Co, характеристическое излучение которых менее интенсивно, а длина волны несколько больше. При выборе излучения имеют в виду, что чем меньше длина волны, тем на дифрактограмме больше пиков и хуже их разрешение. Регистрация рентгеновского излучения осуществляется на дифрактометрах счетчиками рентгеновских лучей с регистрацией на диаграммной ленте самопишущего потенциометра. У многих современных дифрактометров сигнал со счетчиков непосредственно поступает в компьютер и там обрабатывается. В этом случае ручная работа с дифрактограммами сводится к минимуму. И все же, может быть, преждевременно сочтены морально устаревшими камеры с регистрацией рентгеновских лучей на фотопленку, на которых удавалось диагностировать минерал, используя материал одного зерна, извлеченного из петрографического шлифа.

Оптимальный размер частиц в препарате для рентгеновского анализа около 10 мкм. Крупность зерен не должна превышать 20 мкм. В то же время слишком тонкое измельчение уменьшает интенсивность пиков на дифрактограмме, а для таких фаз как пирофиллит или глинистые минералы может привести к отсутствию дифракционной картины вследствие нарушения кристаллической структуры. Зерна образца должны располагаться в препарате случайно, неупорядоченно. Получению хорошей дифракционной картины мешает текстурирование, т.е. преобладающее расположение определенных граней (например, третьего пинакоида слюд, хлоритов) в одной плоскости.

Для многих изоморфных серий установлены надежные зависимости составов от величин параметров элементарной ячейки или положения определенных пиков ( 2 ), последние величины зависят также от структуры (степени упорядочения, дефектности) кристаллической решетки минерала.

Съемка для определения величин 2 упрощена по сравнению со съемкой для определения параметров элементарной ячейки и даже просто для диагностики минерала поскольку здесь используется относительная величина, не требуется точных данных о положении пиков на дифрактограммах. В этом случае выше экспрессность метода.

Следует отметить, что вся информация, получаемая методом рентгеновского анализа, является усредненной для всех зерен препарата. С его помощью невозможно получить необходимые для многих задач характеристики индивидуальных зерен, а тем более их неоднородности, для чего используются локальные методы (микрозондовый, иммерсионный и др.). В последние годы некоторые физико-химические методы (например, инфракрасной и рамановской микроскопии) стало возможно использовать как локальные.

Мессбауэровская спектроскопия основывается на эффекте резонансного поглощения и испускания -квантов ядрами связанных атомов. Чрезвычайно высокое разрешение (~ 10-13) позволяет исследовать этим методом эффекты сверхтонких взаимодействий. В минералогии мессбауэровская спектроскопия делает возможным проведение качественного фазового анализа минералов, содержащих мессбауэровские изотопы (самые распространенные из них - 57Fe и 119Sn), определение структурного и валентного состояний ионов мессбауэровских изотопов.

(3) Для определения химического состава, кроме традиционной "мокрой химии", используют разнообразные физико-химические методы, многие из которых требуют значительно меньшего количества вещества. С другой стороны, они требуют набора эталонов, в некоторых случаях, близких по валовому составу к анализируемому образцу, некоторой корректировки процедуры анализа с учетом этого состава и введения специальных поправок в результаты, т.е. доработки для каждой группы веществ методики анализа. При выборе аналитической методики для обработки конкретных экспериментов, при анализе и представлении результатов необходимо знать главнейшие характеристики возможностей методов анализа, к которым прежде всего относятся точность и пределы обнаружения.

Точность (accuracy, precision) химического анализа - мера общей его ошибки. Это характеристика результатов анализа, отражающая степень их близости к истинным значениям анализируемых содержаний веществ и влияния на результаты ошибок метода определения. Чем меньше результат определения отклоняется от истинного значения величины, т.е. чем меньше его погрешность, тем выше точность, независимо от того, является ли погрешность систематической или случайной или содержит и ту, и другую составляющую.

Погрешность определения - это синоним ошибки измерения, а именно, отклонение результатов от истинных значений определяемых величин. (О классификации ошибок см. главу V-2). Точность анализа, проведенного с помощью той или иной методики, определяется сравнением полученных результатов с результатами анализа эталонного образца (или стандарта). Мерой точности определения в простейшем случае является абсолютная ошибка Х, которая представляет собой разницу между измеренной величиной X и истинной величиной содержания определяемого компонента или относительная ошибка измерения, равная отн = X / X.

Точность анализа -это метрологический параметр, объединяющий два параметра: воспроизводимость + правильность. Количественно она определяется двумя показателями: полнотой исключения систематических погрешностей с обязательным указанием способа проверки и средним квадратическим отклонением.

Правильность - это метрологический параметр, характеризующий близость к нулю систематической ошибки. Правильность анализа - мера отклонения математического ожидания его результата от истинного содержания. В качестве "истинного" содержания элемента обычно используют стандарты. Правильность устанавливается сравнением найденных по данной методике концентраций в стандартных образцах с аттестованными содержаниями. Сравнение выполняется с помощью коэффициента Стьюдента.

Воспроизводимость (reproducibility) способа анализа (или результатов определения)- это метрологический параметр, характеризующий рассеяние результатов анализа в серии повторных анализов одной и той же пробы относительно среднего значения, зависит от случайной погрешности метода. Воспроизводимость численно характеризуется средней квадратической ошибкой (она выражается в тех же единицах, что и результат анализа) или относительной квадратической ошибкой, выражаемой в процентах к результату анализа (называемой также коэффициентом вариации). Геометрический смысл квадратической ошибки представлен в главе V-2 на рис. 154. Иногда при характеристике воспроизводимости используют дисперсию.

Ошибка воспроизводимости воспр по смыслу является случайной. Ошибка правильности d наиболее часто воспринимается как ошибка систематическая. Поэтому общую ошибку (точность) индивидуального анализа можно написать как сумму случайной и систематической составляющих: общ = воспр+ .

Мерой, характеризующей точность метода, является коэффициент вариации результатов измерений, или относительное среднее квадратическое отклонение:

,

где - среднее арифметическое меряемой величины; Sx - абсолютное среднее квадратическое отклонение выборки (стандартное отклонение), равное в свою очередь корню квадратному из дисперсии:

,

где S2 x - выборочная дисперсия. Дисперсия в математической статистике является мерой рассеивания случайных величин, т.е. отклонения их от среднего.

Коэффициент вариации обычно используют для методик при наличии большого числа измерений n > 20. При аттестации методик количественного анализа обычно приводят значения допустимых средних квадратических отклонений (Vx) в относительных процентах.

Чувствительность (sensitivity) анализа - это минимальное изменение наблюдаемой (определяемой) величины, которое может быть зафиксировано на индикаторе прибора, с помощью которого производится анализ вещества. Чувствительность связана с такой важной характеристикой метода, как предел обнаружения (detection limit). Под пределом обнаружения понимается такая наименьшая концентрация, при которой можно обнаружить присутствие анализируемого элемента с заданной статистической надежностью. Пределы обнаружения рассчитываются по формуле:

где Vф - квадратичная инструментальная ошибка определения фона; С - концентрация определяемого элемента; R - отношение пик/фон.

Предел определения элемента является минимальным содержанием элемента в пробе, массовую долю которого можно установить с заданной вероятностью. Эта величина отличается от предела обнаружения (С) тем, что последний характеризует только наличие данного элемента в пробе с заданной вероятностью (для 1 , P=68%; 2 , P=95%; 3 , P=99%).

Нижним пределом определений, или порогом чувствительности метода анализа, называют такую величину концентрации, меньше которой данным методом определить нельзя.

Ниже дается краткая характеристика применяемых для изучения состава вещества методов анализа. В таблице приложения приведены пределы определения элементов (6 ) этими методами в породах и растворах.

Химический анализ горных пород и минералов. При традиционном химическом силикатном анализе горных пород и минералов обязательно определяются главные (породообразующие элементы): Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P, O, H. Результаты химического анализа выражаются в виде оксидов в процентах. Первые 10 оксидов этих элементов составляют 99% всей массы пород. При необходимости производят определения CO2, SO3, Cl, F, ZrO2, Cr2O3, V2O3, NiO, CoO, CuO, BaO, Li2O, Rb2O, CsO и др., как правило, другими, "физическими" методами. Содержания оксидов приводятся с точностью до второго знака и отражают точность определения массовых содержаний оксидов в анализируемом веществе.

В тоже время для анализа малых (но тем не менее, исключительно важных в геохимическом смысле) элементов - таких как рудные (Li, Be, B, Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, Hf, Ta, W, Hg, Bi), редкоземельные (Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho....Lu), драгоценные металлы (Ag, Au), металлы платиновой группы (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), актиниды (Th, U) применяются следующие, гораздо более точные физические методы.

Атомно-абсорбционный анализ (AAS-Flame). Основан на поглощении светового излучения (в оптическом диапазоне) невозбужденными свободными атомами вещества. Для этого анализируемое вещество (раствор) атомизируется в пламени газовой горелки. Через пламя пропускается свет определенной длины волны излучаемый специальной лампой. Кванты этого света поглощаются (абсорбируются) атомами анализируемого элемента. Чем выше концентрация элемента, тем сильнее поглощение. Путем сравнения со стандартами определяют концентрацию элемента в пробе. Характеристики метода представлены в таблице приложения. Чувствительность метода: пределы обнаружения в ААС для большинства элементов составляют 10-6 - 10-4 при пламенной атомизации и 10-9 - 10-7 масс.% при графитовой (электротермической) атомизации.

Атомно-абсорбционный анализ (AAS-Graphite furnace). Метод аналогичен выше описанному, но атомизация вещества осуществляется в специальном графитовом нагревателе. Чувствительность данного метода значительно выше чем предыдущего.

Атомно-эмиссионная спектроскопия. Метод атомно-эмиссионной спектроскопии (АЭС) основан на термическом возбуждении атомов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов. Интенсивность спектральных линий прямо пропорциональна концентрации определяемого элемента. Калибровка метода производится по образцам (стандартам) сравнения. Характеристики различных методик АЭС приведены в таблице:

Таблица 13

Тип источника атомизации (возбуждения)

Т, ° С

Состояние пробы

Сmin, масс.%

Пламя

1500 - 3000

раствор

10-7 - 10-2

Электрическая дуга

3000 - 7000

твердая

10-4 - 10-2

Электрическая искра

~ 10000 - 12000

твердая

10-3 - 10-1

Индуктивно связанная плазма (ИСП)

6000 -10000

раствор

10-8 - 10-2

Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS). Индуктивно -связанная плазма ионизирует анализируемое вещество. Ионы направляются в масс-спектрометр, в котором определяется соотношение заряд/масса частиц (качественный анализ). Измеряя интенсивность ионного потока можно рассчитать концентрацию анализируемого элемента.

Рентгенофлуоресцентный анализ основан на изучении спектров рентгеновского излучения, испущенных образцом при облучении его рентгеновскими лучами. Для возбуждения спектра используют рентгеновскую трубку. Анализируя спектры флюоресценции можно определять состав образца. Количественный РФА проводят используя стандартные образцы сравнения.

Нейтронно-активационный анализ. Метод появился после открытия искусственной радиоактивности и основан на образовании радиоактивных изотопов определяемого элемента при облучении пробы тепловыми нейтронами. Тепловые нейтроны способны активировать почти все химические элементы (начиная с натрия). Возможности инструментального нейтронно-активационного анализа определяются уровнем развития измерительной техники, использованием полупроводниковых детекторов и многоканальных анализаторов. Достоинством метода ИНАА является его высокая чувствительность, возможность определения большого числа элементов из одной навески, малое количество необходимого для анализа вещества. Недостатки: необходимость работать с ядерным реактором, как источником нейтронов, необходимость защиты от излучений.

Разумеется предпочтительны перед другими для экспериментальной петрологии локальные методы анализа, среди которых самым распространенным является рентгеноспектральный анализ с помощью электронного зонда. Поскольку большинство исследователей вещества (как природных, так и синтетических объектов) используют этот метод в своей работе и нередко самостоятельно работают на микроанализаторах, описанию принципа работы будет уделено повышенное внимание. Метод позволяет сделать анализ на площади с минимальным диаметром 2 мкм. Образец в ходе анализа, как правило, сохраняется. Анализ может быть многократно повторен в данном образце.

Рентгенспектральный электронно-зондовый анализ (микрозондовый анализ) основан на изучении эмиссионных рентгеновских спектров, регистрируемых при взаимодействии электронного зонда с исследуемым веществом. Принцип метода: тонкосфокусированный пучок электронов возбуждает рентгеновское излучение с микроучастка анализируемого вещества. которое с помощью рентгеновского спектрометра регистрируется и разлагается в спектр. Количественный анализ основан на определении положения спектральных линий и их интенсивности. В настоящее время существуют два типа приборов, позволяющих производить анализ вещества этим методом. Один из них основан на использовании в спектрометре кристаллов-анализаторов (одного или нескольких), которые разлагают возникшее при взаимодействии электронов с веществом рентгеновское излучение в спектр по длинам волн (появление линий характеристического рентгеновского спектра обусловлено переходами электронов между различными уровнями в структуре атома). Положение линий характеристического спектра определяется порядковым номером элемента Z и не зависит от энергии падающего электронного пучка. В спектрометре также имеется детектор, регистрирующий интенсивность излучения линии определяемого элемента. Диапазон определяемых элементов охватывает все элементы периодической системы от бора (Z = 5) до урана (Z = 92). Чувствительность анализа невелика 0,1 - 0,001%. Интенсивность линий характеристических эмиссионных спектров падает с уменьшением атомного номера, и пределы обнаружения для легких элементов обычно не превышают десятых - сотых долей процента. Поэтому для анализа элементов с Z< 9 (ниже фтора) этот метод редко применяется. Для анализа более легких элементов используется ионный микрозонд.

Другой метод основан на применении полупроводниковых детекторов с высоким разрешением, которые разлагают (сепарируют) рентгеновский спектр по энергиям. При этом регистрируется сплошной, или непрерывный спектр (наряду с характеристическим), возникающий при торможении падающего на исследуемый объект электрона в кулоновском поле ядра атома, положение линий которого зависит от энергии падающего электронного пучка. В качестве детекторов в этих приборах используется полупроводники, например, монокристаллы кремния, легированные литием. Результатом работы является информация, получаемая в виде спектров - графиков зависимости интенсивности рентгеновского излучения от энергии. Спектры - графики обрабатываются ЭВМ. Преимуществом этого метода является быстрое проведение количественного анализа вещества одновременно на большое число элементов в отличие от метода с применением спектрометра с кристаллом-анализатором, где происходит последовательный анализ групп элементов, требующий смены кристаллов в зависимости от длины волны анализируемых элементов. К существенным недостаткам полупроводникового детектора относится слабое (выраженное в величине энергии - на порядок меньшее) разрешение, вследствие чего наблюдаются перекрытия важных аналитических линий элементов (Na K и Zn L , P K и Zr L , Ti K и Ba L , S K и Pb M ) , K и K - линий рентгеновских спектров и многочисленные перекрытия L- и M- серий. Кроме того, на таких приборах не удается определить элементы с атомным номером Z < 9. Чувствительность этого метода анализа ниже и не позволяет количественно определять содержания элементов менее десятых процента. Однако сочетание полупроводникового детектора с растровым (сканирующим) электронным микроскопом дает уникальные возможности для изучения как природных объектов, так и продуктов эксперимента, позволяя поднять эти исследование на новый уровень.

Обратим внимание на два обозначения, появляющиеся в распечатке анализов при съемке на таких приборах: "Fit Index" и "< 2 Sigma". Значением Fit Index (индекса соответствия профиля спектра исследуемого образца со стандартными профилями) контролируется качество анализа. Признаком хорошего качества считается анализ, Fit Index которого меньше 2. Если Fit Index > 2, то это может, например, означать, что в анализе пропущены какие-то элементы. Метод позволяет их выявить. Включение этих элементов в перечень анализируемых понижает Fit Index до допустимых значений, при этом качество анализа улучшается.

Иногда в распечатке анализа рядом с содержанием элемента появляется обозначение:

< 2 Sigma (величина = lim Sx - это статистический предел средней квадратической ошибки результата определения). Величине ошибки 2 соответствует доверительная вероятность P=95%. Она в данном случае характеризует предел обнаружения, т.е. наличие данного элемента в минерале (фазе) с вероятностью P=95%. В таких случаях можно говорить лишь о присутствии данного элемента в образце, численное же значение содержания не является точно определенным, поэтому обычно его не используют. В некоторых случаях по изменению содержаний этого элемента в серии замеров (например, при изучении зональности образца, когда содержания элемента изменяются монотонно от точки к точке), можно судить лишь о тенденции изменения концентрации.

Относительные ошибки определения содержаний элементов этим методом зависят от содержания элемента в образце:

при содержаниях элемента

  • >10 % - ошибка ± 2 %;
  • от 5 до 10 % - 5 %;
  • от 1 до 5 %- 10 %;
  • < 1 % - качественный анализ (можно говорить только о наличии элемента).

При количественном анализе обоими типами приборов микрозондового анализа оптимальные условия рентгеноспектральных измерений включают правильный выбор эталона, аналитических линий, величины ускоряющего напряжения, а также времени измерений в каждой точке образца и эталона. Точность рентгеноспектрального анализа зависит от многих факторов, рассмотрение которых имеется в специальной литературе. При уменьшении всех возможных погрешностей анализа и обработки результатов достижима высокая аналитическая точность (до 1 - 2 отн.%).

Исследователи, применяющие этот метод в своей работе, должны соблюдать некоторые правила в приготовлении образца, без соблюдения которых невозможен точный анализ. К ним относятся: приготовление препарата (шлифа или аншлифа и др.)., хорошо отполированная поверхность образца, очищенная от абразивного материала и обезжиренная спиртом или ацетоном перед напылением.

В связи с широким использованием метода остановимся подробнее на практических советах экспериментаторам, применяющим его в своей работе.

Приготовление образцов. Полученные в опытах порошкообразные образцы лучше всего запрессовывать в шашки (таблетки). Чаще всего применяют таблетки диаметром 15 мм. В такую таблетку можно поместить около 10 образцов. В качестве наполнителей-фиксаторов применяют эпоксидную смолу, полистирол, реже зубной цемент или сплав Вуда. Наполнитель должен: (а) хорошо держать частицы образца, т.е. в жидком состоянии хорошо смачивать зерна; (б) легко обрабатываться механически (для хорошей полировки и подгонки таблетки под обойму); (в) обладать твердостью меньшей, чем у образца; (г) обладать достаточной термостойкостью, чтобы при температурах до 200оС, которые развиваются при взаимодействии электронов с непроводящей подложкой, не происходило испарение фиксатора с загрязнением вакуумного пространства прибора и не нарушалось положение зерна.

Последовательность приготовления таблетки на основе эпоксидной смолы следующая.

  • Отрезается кольцо из медной или алюминиевой (нежелательно, т.к. в материале могут быть очень твердые включения) трубки внутренним диаметром 15 мм и с толщиной стенок 1-2 мм.
  • Края трубки зачищают напильником, торцы пришлифовывают на наждачной бумаге и добиваются их параллельности.
  • Трубка ставится на скоч-ленту, наклеенную на перфокарту липкой стороной вверх (рис. V-6-1=81).
  • Внутри трубки кладутся разделители (кольца из медной проволоки сечением 1 мм), и в ячейки разделителей насыпают зерна образцов. Необходимо поставить метку из той же проволоки и тщательно зарисовать расположение образцов в таблетке.
  • В трубку заливается эпоксидная смола, перемешанная с отвердителем.
  • Перфокарта с трубкой ставится в сухое теплое место на сутки, после чего образец готов к механической обработке.
  • Приспособление для изготовления таблеток из полистирола для микрозондового анализа
    Рис. 146. Приспособление для изготовления таблеток из полистирола для микрозондового анализа.

    Таблетки с наполнением из полистирола изготавляют методом горячего прессования. Для этого необходимо сделать специальные пресс-формы (рис. 146). Поверхности пуансонов должны быть отполированы во избежание прилипания полистирола. Полистирол должен быть в виде порошка с размером зерен не более 1 мм. Методика изготовления таблеток следующая.

    1. На поверхности нижнего пуансона располагают разделители (кольца из медной проволоки).

    2. Образцы насыпают в разделители, кладется метка, положение образцов зарисовывают.

    3. На пуансон надевают боковую поддержку и засыпают полистирол на 3/4 высоты.

    4. На полистирол кладут этикетку с номером таблетки (лучше всего писать простым карандашом), и в обойму подсыпают еще 2-мм слой полистирола.

    5. Ставят верхний пуансон, пресс-форма поджимается прессом (обычная струбцина). Поджимать от руки до упора.

    6. Пресс (с зажатой пресс-формой) помещают на электроплитку или, еще лучше, на газовую плиту (на огонь надо поставить металлическую пластину толщиной 5 мм с ячейкой для термометра).

    7. При регулярном и частом поджатии (во избежание вскипания полистирола и образования газовых пузырей) пресс-форма разогревается до нужной температуры (150-200оС в зависимости от марки полистирола).

    8. Время выдержки до окончательного расплавления полистирола 3-4 минуты, его определяют опытным путем - этот момент чувствуется по прекращению подтягивания винта пресса.

    9. Затем пресс вместе с пресс-формой закаливают в холодной проточной воде.

    10. Таблетка извлекается из обоймы с помощью специальной выколотки.

    11. Пресс-форму очищают от остатков полистирола и сушат, после чего она готова к дальнейшему употреблению. Изготовление одной таблетки из полистирола занимает около 10 минут.

    Из эпоксидных и полистирольных таблеток изготавливают обычные полированные шлифы. Их несложно сделать и самостоятельно. Предварительную шлифовку проводят на мелкой наждачной бумаге, дальнейшую шлифовку на мелком порошке - на толстом стекле, полировку - на фетре окисью хрома или на перфокарте алмазной пастой.

    Часто для анализа на микрозонде используют прозрачно-полированные шлифы несколько повышенной толщины, наклеенные на предметное стекло эпоксидными смолами. Пользоваться канадским бальзамом для этих целей не рекомендуется.

    Перед напылением шлифы для рентгеновкого микроанализа тщательно протирают спиртом. При использовании других растворителей для очистки полистирольных таблеток на их поверхности может образоваться пленка полистирола, что приведет к плохому напылению.

    Дополнительная литература

  • Афонин В.П., Гуничева Т.Н. Рентгеноспектральный флюоресцентный анализ горных пород и минералов. Новосибирск, 1977. Наука. 256 с.
  • Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П. Применение электронно-зондовых приборов для изучения минерального вещества. М., 1983, Недра. 216 с.
  • Ткачев Ю.А., Юдович Я.Э. Статистическа обработка геохимических данных. Л.,1975. Наука, 233 с.
  • Основы аналитической химии. Т.1-2, (под редакцией Ю.А.Золотова), М., "Высшая школа", 1999, 486с.

  • назад | содержание | вперед

     См. также
    СообщениеФазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами:
    Биографии ученыхБатанова Анна Михайловна
    Курсы лекцийУральская полевая геологическая практика. Книга 2 (Описание учебных объектов): Использованная литература:
    Биографии ученыхГраменицкий Евгений Николаевич
    СообщениеФазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами: 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕДУРЫ; ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ; КРИТЕРИИ РАВНОВЕСИЯ В ОПЫТАХ

    Проект осуществляется при поддержке:
    Геологического факультета МГУ,
    РФФИ
       
    TopList Rambler's Top100