| hlavní stránka | obsah | učebnice | mapa webu | o autorech | rejstřík |
5.1.1 Klasická chemická analýza
5.1.2 Atomová absorpční spektroskopie
5.1.3 Rentgenová fluorescenční spektrometrie
5.1.4 Elektronová mikroskopie a mikroanalýza
Jak bylo uvedeno dříve (kapitola Úvod a základní
pojmy), minerál je definován svým složením a vnitřním uspořádáním
stavebních částic (strukturou). Při výzkumu minerálů a jejich vlastností
se proto většinou nejvíce využívá metod, které zkoumají:
struktury
minerálů
chemické
složení minerálů
fyzikální
vlastnosti minerálů.
K získání takových informací je možné využít
celou řadu metodik a postupů, založených na nejrůznějších
principech a nabývající různé složitosti. Většina dnes v mineralogii běžně
používaných metodik stanovení byla původně určena pro jiné obory, ale
jejich význam pro geologické vědy je dnes nenahraditelný (např. mikroanalýza,
RTG fluorescence a další).
Klasická chemická analýza „na mokré“ cestě je nejstarší klasický postup, kdy jemně napráškovaný vzorek minerálu nebo horniny rozpustíme pomocí různých kyselin a převedeme tak do roztoku. Procentuelní zastoupení jednotlivých prvků (resp. jejich oxidů) se provádí různými titračními nebo vážkovými analytickými metodami, které využívají různých chemických reakcí. Pro běžné prvky (silikátová analýza) je přesnost stanovení těmito metodami (chyba stanovení kolem 0,1 hm. %) zpravidla postačující.
Atomová absorpční spektrometrie (AAS) je optická
metoda, která využívá měření absorpce elektromagnetického záření volnými
atomy prvků. Atomy stanovovaného prvku jsou z kapalného stavu převedeny
do plynného atomárního stavu, přičemž volné atomy jsou v základním
energetickém stavu. Atomizace se provádí v plameni (2000-3000 K) nebo
elektrotermicky v grafitové kyvetě.
Princip analýzy (obrázek 51-1) je založen na emisi primárního záření
(zdroj výbojky nebo laser), které má definované emisní čáry stanovovaného
prvku. Toto záření prochází absorpčním prostředím, kde volné atomy
prvku absorbují určité vlnové délky. Monochromátor pak izoluje vybranou
rezonanční čáru a detekční systém zaznamená zeslabení toku původního
záření v jednotkách absorbance. Zeslabení primárního svazku je úměrné
koncentraci stanovovaného prvku v roztoku. Před měřením neznámého vzorku
je třeba provést kalibrační měření vzorků se známým obsahem sledovaného
prvku a sestavit kalibrační křivku. Citlivost měření může být pro některé
prvky až v ppm (g/t).
Metoda je založena na měření a vyhodnocování sekundárního (fluorescenčního) rentgenového záření emitovaného vzorkem. Analyzovaný vzorek je ve formě prášku vlisován do držáku a je ozářen vysokoenergetickým rentgenovým spektrem, nejčastěji wolframové nebo molybdenové záření (obrázek 51-2). Dopadající rentgenové záření vybudí elektrony z vnitřních elektronových hladin a při zaplnění vakantních pozic jsou vyzářena kvanta, která svojí energií odpovídají přítomným prvkům. Vznikne tak RTG emisní spektrum, ve kterém jsou obsaženy charakteristické linie každého prvku obsaženého ve vzorku.
Každý prvek je charakterizován souborem K, L, M emisních linií, které mají definovanou energii a intenzitu (obrázek 51-3). Na základě poloh (energií) jednotlivých čar ve vyzářeném spektru můžeme určit prvky obsažené ve studovaném materiálu a analýzou intenzit charakteristických linií jsme schopni stanovit kvantitativní zastoupení jednotlivých prvků. Citlivost metody umožňuje stanovení většiny prvků s přesností v ppb (mg/t). Výhodou je také možnost analyzovat velké série vzorků plně automaticky.
Pro studium minerálů a hornin mají metody elektronové mikroskopie
velký význam, zvláště ve spojení s energiově disperzní (ED) a vlnově
disperzní (WD) analýzou. Běžný rastrovací elektronový mikroskop umožňuje
sledování objektů při zvětšení až několik desítek tisíc, speciální
transmisní mikroskopy s vysokým rozlišením umožňují sledovat objekty
velikosti atomů.
Wolframové vlákno emituje elektrony a ty po urychlení
a fokusaci dopadají na vzorek (obrázek 51-4) a způsobují řadu jevů, z nichž
jsou nejdůležitější tyto:
emise
zpětně odražených elektronů (BEI), které po detekci umožňují sestavit
elektronový obraz objektu s ohledem na jeho molekulovou hmotnost v každém bodě
vznik
sekundárních elektronů (SEI), které po detekci umožňují sestavit
elektronový obraz s ohledem na reliéf vzorku
RTG
spektrum, které dává informace o kvantitativním prvkovém složení materiálu.
Analýza těchto informací je prováděna energiově disperzní analýzou, kdy
polovodičový detektor snímá energii RTG fotonů v celém spektru a mění
ji na elektrické pulsy. Amplituda pulsů odpovídá energii rentgenova záření
a počet pulsů dává informaci o jeho intenzitě (obrázek
15-5). Z těchto
informací lze stanovit přítomné prvky ve vzorku a jejich kvantitativní
zastoupení. Analyticky přesnější a dnes častěji používanou metodou je
vlnově disperzní analýza, kdy spektrometrem analyzujeme vybranou vlnovou délku
rentgenového záření (ta odpovídá emisi určitého prvku). Intenzita spektrálních
čar pak slouží ke stanovení kvantitativního zastoupení jednotlivých prvků.
Výhodou této metody je možnost provedení chemické analýzy z bodu o velikosti řádově 1-5 mm s citlivostí srovnatelnou s jinými analytickými metodami.
Jedná se o soubor analytických metod, které sledují změny minerálů při měnící se teplotě. Rozpráškovaný vzorek o definované hmotnosti je v platinovém kelímku zvolna ohříván až na teploty kolem 1200°- 1400° C a všechny endotermické a exotermické reakce ve vzorku jsou zaznamenávány pomocí změny hmotnosti vzorku. Jednoduchým příkladem je přeměna sádrovce, který postupně ztrácí 1,5 H2O a mění se na bassanit a při dalším ohřevu odchází zbytek molekulové vody a vzniká anhydrit.