Rayos x de sincrotrón Microdiffraction y proyección de imagen de fluorescencia de las muestras de rocas y minerales

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en mineralogía y petrología sobre la distribución de granos y fases y física y química mineral. La principal ventaja de la microfluorescencia de rayos X y la microdifracción de rayos X es que proporciona análisis elementales y cristalográficos correlacionados a escala de micras, al tiempo que se adaptan a muestras con un tamaño de hasta 10 centímetros y sin necesidad de ninguna cámara de vacío. Las muestras pueden ser secciones delgadas, pueden estar incrustadas en epoxi o incluso pueden ser rocas enteras sin adulterar, lo que hace que la preparación de la muestra sea mucho más sencilla para esta técnica en comparación con otras técnicas comparables, como EBSD.

Además, a diferencia de EBSD, esta técnica nos permite medir muestras naturales y sintéticas que han sufrido deformaciones plásticas, como rocas metamórficas. Para comenzar, adjunte una muestra cristalina a la mitad superior de una base cinemática de modo que la región de interés se desplace verticalmente en relación con la base en al menos 15 milímetros. Monta la mitad superior de la base en el escenario en la conejera experimental y cierra la conejera.

Abra el software de control de la línea de luz e inicialice el programa. Inicialice la etapa de traducción y los controles de rendija. Una vez que el programa de control de la línea de luz se haya activado por completo, abra el software de escaneo de difracción de rayos X.

A continuación, encienda el láser de alineación y abra el menú de configuración del escenario. Transfiera la etapa de muestra para que el ROI de la muestra esté dentro del enfoque visual aproximado de la cámara de alineación aproximada. Ahora, mirando la cámara de enfoque fino, mueva el motor z superior hasta que el punto láser esté alineado con la marca en la pantalla.

A continuación, abra el menú de configuración de la ranura. Seleccione el tamaño de hendidura adecuado y, si es necesario, la energía del monocromador. Utilice el control de avance del espejo para ajustar lentamente el espejo toroidal para maximizar el valor del recuento de la cámara de iones.

A continuación, inicialice el mapeo de fluorescencia y establezca la ruta del archivo de datos de medición. Proporciona rangos de energía para hasta ocho elementos de interés. Utilice los motores x e y superiores para conducir la etapa de muestra a una esquina del área que se va a mapear.

Márquela como la posición inicial para los ejes x e y. A continuación, conduzca el escenario hasta la esquina opuesta y márquelo como la posición final de los ejes x e y. Rellene el tamaño del paso y la velocidad o el tiempo de permanencia del escaneo.

Confirme que el mapa cubre el ROI de la muestra e inicie el escaneo para mapear la muestra con fluorescencia de rayos X. Una vez finalizado el escaneo de fluorescencia de rayos X, proporcione un nombre de carpeta y un esquema de nomenclatura para los archivos de datos en la ventana de escaneo de difracción de rayos X. Asegúrese de que los motores x e y superiores estén seleccionados.

Rellene las posiciones inicial y final x e y, los tamaños de paso y el tiempo de exposición del patrón. Inicie el proceso de mapeo y espere a que finalice el escaneo. Para comenzar el análisis de microdifracción de un solo cristal, cargue un patrón de difracción de un solo cristal en el software de análisis y reste el fondo del detector.

A continuación, abra el menú de parámetros de calibración y cargue el archivo de parámetros de calibración adecuado. Cargue una estructura cristalina estándar. Si es necesario, cargue también un archivo de rigidez con la matriz tensorial elástica de tercer orden para el material.

A continuación, abra la herramienta de búsqueda de picos. Establezca el umbral de pico deseado y ejecute el proceso automático de selección de picos. Agregue o elimine picos manualmente según sea necesario.

Inicialice el proceso de indexación. Si se va a cuantificar la tensión, cargue también el archivo de rigidez asociado a la estructura y seleccione los parámetros de tensión adecuados. Inicialice el cálculo de deformación.

A continuación, abra la ventana de procedimiento de análisis automático. Establezca el primer archivo de la secuencia de mapas como parámetros del archivo de imagen y rellene el último número de archivo. Proporcione un nombre para el archivo que se va a crear.

A continuación, rellene el directorio de usuario, la ruta de acceso a las imágenes, la ubicación del archivo donde se deben guardar los archivos procesados y el número de nodos que se utilizarán en el cálculo. Genere y guarde el archivo de instrucciones. Cargue el archivo de instrucciones en el clúster mediante un programa de transferencia de archivos.

A continuación, abra una ventana de terminal y ejecute el cálculo de parámetros. Proporcione el nombre del archivo de instrucciones cuando se le solicite. Una vez finalizado el proceso de cálculo de parámetros, copie el archivo de salida en el equipo local y cargue el archivo en el programa de análisis.

Visualice el mapa y seleccione la columna que corresponderá a los valores z de la gráfica 2D. Exporte los datos a otro programa de trazado si lo desea. Para comenzar el análisis de microdifracción de polvo, cargue un patrón de difracción de polvo en el software de análisis, reste el fondo del detector y cargue el archivo de parámetros de calibración.

Pase el cursor sobre los píxeles del patrón correspondiente a un pico de interés y observe los valores de dos theta y chi que se muestran. A continuación, abre la ventana para integrar el patrón en función de dos theta y rellena los rangos de dos theta y chi. Seleccione un ajuste gaussiano o lorentziano, asegúrese de que el ajuste sea una buena coincidencia visual y ajuste el pico.

A continuación, abra la ventana de análisis chi-two-theta y seleccione la ruta a los archivos que se van a asignar. Rellene los números inicial y final de la secuencia. Asigne un nombre al archivo de resultados y ejecute el escaneo para asignar el pico ajustado anteriormente a cada patrón.

A continuación, integra un pico a través del chi y mapéalo en un mapa 2D. Exporte los datos a otro programa de trazado si lo desea. Una muestra de moissanita que se cree que contiene silicio nativo se evaluó primero mediante fluorescencia de rayos X.

El rango de intensidad excluyó el silicio y el carbono, lo que permitió que el cristal de carburo de silicio se distinguiera como un área de baja intensidad en comparación con el material rico en calcio y hierro circundante. A continuación, se adquirieron los patrones de difracción de rayos X de Laue. La indexación inicial de un patrón dentro del cuerpo de la muestra mostró un mejor ajuste para el politipo de carburo de silicio 4H que para el politipo de carburo de silicio 6H.

La mayor parte del cristal se indexó fácilmente con carburo de silicio 4H. El examen manual del área cristalina restante mostró que esta porción estaba mejor indexada como carburo de silicio 6H. Un mapa de indexación de carburo de silicio 6H de esta sección tuvo poco éxito en un área.

Dentro de esa área, se observaron varios patrones de difracción superpuestos, que se indexaron como al menos tres granos de silicio superpuestos. Es importante verificar manualmente que un ajuste automatizado se realiza correctamente. Aquí, la verificación manual nos permitió determinar que diferentes partes de la muestra en realidad tienen diferentes estructuras cristalinas y que hay múltiples granos de silicio presentes.

Múltiples máximos locales ocurrieron en las bases de los picos, lo que indica múltiples subgranos como resultado de una deformación plástica significativa. La microdifracción en polvo de una concha de caracol olivo mostró que el patrón de aragonito era una buena coincidencia. Los mapas XRF de calcio y hierro sugirieron una variación composicional en línea con los mapas de la anchura del pico, el espaciado d, la intensidad integrada y la orientación del aragonito 040.

Se encontró que la correlación aparente entre el hierro y el espaciado y la orientación d era un artefacto de medición. A veces, las mediciones deben ser verificadas por otras herramientas analíticas. Por ejemplo, las mediciones de EDS indican que lo que pensábamos que era una variación en la composición se debía en realidad a la difracción de las capas de aragonito de textura.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de lo sencilla que es la recopilación y el procesamiento de datos para la fluorescencia y la microdifracción de rayos X en ALS 12.3.2. Una vez dominado, la recopilación de datos puede ser muy rápida, hasta 100 píxeles por minuto. El análisis de datos puede tardar tan solo cinco minutos cuando se realiza en el clúster.

Esta técnica ha sido utilizada con éxito por los investigadores para analizar la deformación del cuarzo y otros polimorfos de sílice para observar la mineralogía de los hormigones romanos y volcánicos, para observar la composición meteorológica, así como para el análisis de calcita y aragonito en varias conchas y corales. Se pueden realizar métodos complementarios como EDS o EBSD para responder a preguntas adicionales, como la cuantificación de la distribución elemental. No olvide que, como en todos los procesos automatizados, los datos deben comprobarse manualmente para verificar que se han recogido y procesado correctamente.