Petrologie & Mineralogie

Die meisten dieser Materialien weisen eine große Bandbreite an Mineralarten und sehr feine Strukturen auf. Die genaue Identifikation der individuellen Mineralien ist entscheidend für beide Disziplinen. Die Rasterelektronenmikroskopie und Mikroanalyse liefern Lösungen für diese Aufgabe. Zusätzlich zur chemischen Zusammensetzung individueller Körner liefern sie Informationen über die Morphologie.

In der geologischen Forschung ist die Untersuchung mineralogischer und petrographischer Proben mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) mittlerweile Routine. Ähnlich wie die Lichtmikroskopie, jedoch mit wesentlich höherer Auflösung, enthüllt die Elektronenmikroskopie detaillierte strukturelle Zusammenhänge zwischen Mineralkörnern. Die analytischen Fähigkeiten eines REM haben ein weit größeres Potential, da die Interaktion zwischen dem Elektronenstrahl und Feststoffen verschiedene, sehr nützliche Emissionen erzeugt. Die wichtigsten Emissionen für Petrologie und Mineralogie sind Rückstreuelektronen (RE/BSE), Sekundärelektronen (SE), charakteristische Röntgenstrahlen und Photonen.

Dendritic crystals of native silver

• Die Intensität der Rückstreuelektronen ist direkt proportional zur durchschnittlichen Kernladungszahl (Ordnungszahl) der observierten Phase. RE werden für die bildgebende Unterscheidung individueller Mineralkörner zur Identifikation einzelner Phasenzonen genutzt. Die Kontrastauflösung kann Abweichungen von ungefähr 0,1 Ordnungszahlen unterscheiden. Das RE-Signal ermöglicht es dem Anwender, Zonierungen ausfindig zu machen und optimale Punkte für die Analyse zu finden. Gleichzeitig kann das Signal zur Visualisierung spezifischer Phasen, die schwere Elemente enthalten, genutzt werden. Diese Methode ist üblich bei der Suche nach seltenen, wertvollen Mineralphasen, die Gold und Platin enthalten. Unterschiede in der RE-/BSE-Intensität können ebenfalls dabei helfen, variable Orientierungen individueller Kristalle von Gesteinskörnungen zu identifizieren.
• Sekundärelektronen werden typischerweise zur Untersuchung der Morphologie dreidimensionaler Proben genutzt. Im Gegensatz zu Rückstreuelektronen werden sie näher an der Probenoberfläche erzeugt, haben eine höhere räumliche Auflösung, eine höhere Tiefenschärfe und sind weniger empfindlich gegenüber Unterschieden in der Kennladungszahl des Materials.
• Charakteristische Röntgenstrahlen sind das wichtigste Ausgangssignal der Interaktion zwischen Elektronenstrahl und fester Materie. Sie dienen zur Identifikation der Phasen, basierend auf ihrer chemischen Zusammensetzung. Diese Fähigkeit kann für interaktive, qualitative Bewertung genutzt werden, am wichtigsten aber für quantitative Analyse. Dazu werden spezielle Detektoren von Drittherstellern eingesetzt, die mit allen TESCAN Mikroskopen kompatibel sind.
• Photonen lassen sich ebenfalls als Produkt der Interaktion zwischen Elektronenstrahl und Probe nutzen. Dieses Phänomen ist als Kathodolumineszenz (CL/KL) ) bekannt und bildet unterschiedlich lumineszierende Phasen in und zwischen Mineralien ab. Viele Mineralarten unterscheiden sich in der Farbe ihrer Lichtemission. Der Colour CL-Detektor kann eingesetzt werden, um zwischen verschiedenen gesteinsbildenden Mineralien zu unterscheiden, beispielsweise Feldspat und Carbonat. Mittels Kathodolumineszenz können zudem feine Unterschiede in der Zusammensetzung von Spurenelementen und strukturellen Anordnungen einiger Minerale abgebildet werden. Tescan stellt dem Anwender dafür panchromatische (schwarz-weiß) oder Colour CL-Detektoren zur Verfügung, die als panchromatischer, Vier-Kanal-panchromatischer und Colour CL-Detektor angeboten werden. Außerdem ist eine Kombination aus BSE- und CL-Detektor erhältlich.