Vi dò điện tử và Phân tích vi mô

Phân tích vi mô bằng chùm điện tử đo thành phần hóa học của khoáng vật tại chỗ ở cấp độ micron bằng cách phát hiện các tia X đặc trưng mà chúng phát ra.

Definition

Tập hợp các kỹ thuật chùm điện tử, chủ yếu là vi dò điện tử và kính hiển vi điện tử quét, được sử dụng để xác định thành phần hóa học và tạo ảnh vi cấu trúc của khoáng vật ở cấp độ micron.

Scope

Chủ đề này bao gồm vi dò điện tử (EPMA) và kính hiển vi điện tử quét (SEM), sự tạo ra tia X đặc trưng dưới sự bắn phá của điện tử, phép đo phổ tán sắc theo bước sóng và năng lượng, phân tích định lượng với hiệu chỉnh ma trận, và tạo ảnh bằng điện tử tán xạ ngược và điện tử thứ cấp. Đây là phương pháp chính để thu được hóa học khoáng vật định lượng.

Core questions

• Chùm điện tử tạo ra tia X đặc trưng trong khoáng vật như thế nào?
• Máy quang phổ tán sắc theo bước sóng và tán sắc theo năng lượng khác nhau như thế nào?
• Các hiệu chỉnh ma trận được sử dụng như thế nào để thu được nồng độ định lượng?
• Hình ảnh điện tử tán xạ ngược tiết lộ điều gì về thành phần?

Key theories

Sự tạo ra và định lượng tia X đặc trưng

Một chùm điện tử đẩy các điện tử lớp trong ra ngoài, và các tia X đặc trưng tạo thành sẽ xác định các nguyên tố và, sau khi hiệu chỉnh các hiệu ứng số nguyên tử, hấp thụ và huỳnh quang, sẽ cho ra nồng độ định lượng của các thành phần khoáng vật.

Tạo ảnh thành phần

Cường độ điện tử tán xạ ngược tăng theo số nguyên tử trung bình, do đó hình ảnh lập bản đồ sự biến đổi thành phần và phân vùng trong các hạt, hướng dẫn các phân tích điểm định lượng.

Clinical relevance

Phân tích vi mô định lượng là nền tảng của địa nhiệt áp kế (geothermobarometry), nghiên cứu về sự phân vùng thành phần và khuếch tán, nhận dạng khoáng vật của các pha nhỏ, và đặc trưng hóa quặng, làm cho nó trở thành một trong những công cụ phân tích được sử dụng rộng rãi nhất trong khoa học Trái Đất.

History

Raymond Castaing đã chế tạo và mô tả vi dò điện tử đầu tiên vào đầu những năm 1950, thiết lập phân tích hóa học định lượng tại chỗ; những thập kỷ tiếp theo đã mang lại các bộ dò tán sắc năng lượng, các quy trình hiệu chỉnh tự động và hình ảnh SEM kết hợp đã làm cho phân tích vi mô trở thành thường quy trong địa chất học.

Key figures

• Raymond Castaing
• Joseph I. Goldstein
• S. J. B. Reed

Seminal works

• reed2005
• goldstein2018

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa SEM và vi dò điện tử là gì?

Cả hai đều sử dụng chùm điện tử, nhưng SEM được tối ưu hóa cho việc tạo ảnh độ phân giải cao trong khi vi dò điện tử được tối ưu hóa cho phân tích hóa học định lượng chính xác, thường với máy quang phổ tán sắc theo bước sóng.

Phân tích bằng vi dò điện tử có phá hủy mẫu không?

Về cơ bản, nó không phá hủy ở quy mô của một lát mỏng được đánh bóng; chùm tia tập trung có thể gây ra hư hại nhỏ cục bộ ở các khoáng vật nhạy cảm với chùm tia nhưng vẫn giữ nguyên mẫu để nghiên cứu thêm.