Elektronenstrahlmikrosonde

Die BGR hat eine lange Tradition auf dem Gebiet der Elektronenstrahlmikrosondenanalytik. Die erste SIEMENS-Sonde wurde 1968 angeschafft und 1985 durch eine CAMECA Camebax ersetzt. Im März 2000 wurde eine CAMECA SX 100 angeschafft.

Abb. 1. Elektronenstrahlmikrosonde Cameca SX 100 Quelle: BGR

Die Elektronenstrahlmikrosonde (Abb. 1) ist ein Gerät zur hoch ortsauflösenden (im Bereich von Mikrometern), zerstörungsfreien Messung von Elementkonzentrationen (bis in den Hundertstelprozentbereich) in Festkörpern (z.B. Mineralen, Gläsern, Werkstoffen). Alle Elemente ab Ordnungszahl 5 (Bor) bis 92 (Uran) können detektiert werden.

Ein hochenergetischer (10-50 kV) Elektronenstrahl wird auf eine polierte Probenoberfläche fokussiert und ruft dort physikalische Wechselwirkungen hervor, die mit unterschiedlichen Detektoren aufgefangen und in Information umgewandelt werden (Abb. 2). Das analysierte Volumen ist sehr klein (wenige µm3). Sekundärelektronen und rückgestreute Primärelektronen liefern

Abb. 2. Funktionsweise einer Elektronenstrahlmikrosonde Quelle: BGR

Bildinformationen, während die charakteristische Röntgenstrahlung zur qualitativen und quantitativen Elementanalytik eingesetzt wird. Die CAMECA SX 100 ist mit einem energiedispersiven Analysensystem, sowie mit 5 vollfokussierenden wellenlängendispersiven Spektrometern ausgerüstet, die mit insgesamt 14 Analysatorkristallen bestückt sind. Mit Multilayerkristallen können auch leichte Elemente mit Z<11 gemessen werden. Höhere Intensitäten und damit bessere Nachweisgrenzen werden durch große Analysatorkristalle erzielt.

Die Analyse von Spurenelementen im ppm-Bereich ist durch optimierte Geräte- und Softwarekonfiguration möglich (Bsp: Nachweisgrenzen von 20 ppm Pd in Sulfidmatrix).

Abb. 3. Pointlogger-System Quelle: BGR

Ein Partikel-Suchprogramm ermöglicht das automatische Auffinden kleinster Partikel auf großen Probenoberflächen und deren quantitative Messung.

Rascheres Auffinden der vom Einsender gewünschten Koordinaten wird durch Verknüpfung mit einem PC-gesteuerten Lichtmikroskop (Abb. 3)ermöglicht.

Die Vorteile dieser neuen Konfiguration und Software bestehen in einer wesentlichen Zeitersparnis, einer verbesserten Nachweisgrenze und Reproduzierbarkeit, und in der teilweisen Automatisation von Routineaufgaben.

Anwendungsbeispiele:

• Germanium und andere Spurenmetalle (Ag, Ga, In) in Cu-Pb-Zn Lagerstätten im südlichen Afrika: Genese und Stoffkreislauf von Metallen kurzer Reichweite (Mineralische Rohstoffe)
• Platinmetall-Oxide/Hydroxide (Mineralische Rohstoffe). Ziel: Genese und Stoffkreislauf von strategischen Metallen; Aufbereitungsoptimierung.
• Charakterisierung von Platingruppenmineralphasen (PGM) in Gesteinen, Erzen, Konzentraten und Seifen
• Zusammensetzung von Schlackenmaterial in Bergbauhalden: Umweltverfügbarkeit von Schwermetallen; Identifikation von Wirtsmineralen für Edelmetalle und toxische Elemente
• Thorium-Gehalte in Mineralen der Crandallitgruppe (wasserhältige Phosphate): Einbau von radiogenen Elementen in natürlich vorkommende Mineralstrukturen.
• Texturelle und mineralchemische Untersuchung zur Interpretation von Altersdatierungen
• Herkunftsnachweis von mineralischen Rohstoffen, z.B. Tantalerze