Síncrotron Microdiffraction de raio-x e imagem latente de fluorescência das amostras de rocha e minerais

Este método pode ajudar a responder a questões-chave em mineralogia e petrologia sobre distribuição de grãos e fases e física e química mineral. A principal vantagem da microfluorescência de raios X e da microdifração de raios X é fornecer análises elementares e cristalográficas correlacionadas na escala de mícrons, acomodando amostras com tamanho de até 10 centímetros e sem a necessidade de qualquer câmara de vácuo. As amostras podem ser seções finas, podem ser embutidas em epóxi ou podem até ser rochas inteiras não adulteradas, tornando a preparação da amostra muito mais simples para esta técnica em comparação com outras técnicas comparáveis, como EBSD.

Além disso, ao contrário do EBSD, essa técnica nos permite medir amostras naturais e sintéticas que sofreram deformação plástica, como rochas metamórficas. Para começar, anexe uma amostra cristalina à metade superior de uma base cinemática de modo que a região de interesse seja deslocada verticalmente em relação à base em pelo menos 15 milímetros. Monte a metade superior da base no palco na gaiola experimental e feche a gaiola.

Abra o software de controle da linha de luz e inicialize o programa. Inicialize o estágio de conversão e os controles de fenda. Uma vez que o programa de controle da linha de luz esteja completamente ligado, abra o software de varredura por difração de raios-x.

Em seguida, ligue o laser de alinhamento e abra o menu de configuração do estágio. Converta o estágio de amostra para que o ROI da amostra esteja dentro do foco visual aproximado da câmera de alinhamento aproximado. Agora, olhando para a câmera de foco fino, traduza o motor z superior até que o ponto do laser esteja alinhado com a marca na tela.

Em seguida, abra o menu de configuração da fenda. Selecione o tamanho apropriado da fenda e, se necessário, a energia do monocromador. Use o controle de deslocamento do espelho para ajustar lentamente o espelho toroidal para maximizar o valor da contagem da câmara de íons.

Em seguida, inicialize o mapeamento de fluorescência e defina o caminho do arquivo de dados de medição. Forneça faixas de energia para até oito elementos de interesse. Use os motores x e y superiores para conduzir o estágio de amostra para um canto da área a ser mapeada.

Marque isso como a posição inicial para os eixos x e y. Em seguida, dirija o palco para o canto oposto e marque-o como a posição final para os eixos x e y. Preencha o tamanho do passo e a velocidade ou o tempo de permanência da varredura.

Confirme se o mapa cobre o ROI da amostra e inicie a varredura para mapear a amostra com fluorescência de raios X. Quando a varredura de fluorescência de raios X for concluída, forneça um nome de pasta e um esquema de nomenclatura para arquivos de dados na janela de varredura de difração de raios-x. Certifique-se de que os motores x e y superiores estejam selecionados.

Preencha as posições inicial e final x e y, tamanhos de passo e tempo de exposição do padrão. Inicie o processo de mapeamento e aguarde a conclusão da verificação. Para iniciar a análise de microdifração de cristal único, carregue um padrão de difração de cristal único no software de análise e subtraia o fundo do detector.

Em seguida, abra o menu de parâmetros de calibração e carregue o arquivo de parâmetro de calibração apropriado. Carregue uma estrutura cristalina padrão. Se necessário, carregue também um arquivo de rigidez com a matriz tensora elástica de terceira ordem para o material.

Em seguida, abra a ferramenta de pesquisa de pico. Defina o limite de pico desejado e execute o processo automático de separação de pico. Adicione ou remova picos manualmente conforme necessário.

Inicialize o processo de indexação. Se a tensão for quantificada, carregue também o arquivo de rigidez associado à estrutura e selecione os parâmetros de tensão apropriados. Inicialize o cálculo de deformação.

Em seguida, abra a janela do procedimento de análise automática. Defina o primeiro arquivo na sequência de mapas como os parâmetros do arquivo de imagem e preencha o último número de arquivo. Forneça um nome para o arquivo a ser criado.

Em seguida, preencha o diretório do usuário, o caminho para as imagens, o local do arquivo onde os arquivos processados devem ser salvos e o número de nós a serem usados no cálculo. Gere e salve o arquivo de instruções. Carregue o arquivo de instrução no cluster usando um programa de transferência de arquivos.

Em seguida, abra uma janela de terminal e execute o cálculo do parâmetro. Forneça o nome do arquivo de instrução quando solicitado. Quando o processo de cálculo de parâmetros for concluído, copie o arquivo de saída para o computador local e carregue o arquivo no programa de análise.

Exiba o mapa e selecione a coluna que corresponderá aos valores z do gráfico 2D. Exporte os dados para outro programa de plotagem, se desejar. Para iniciar a análise de microdifração de pó, carregue um padrão de difração de pó no software de análise, subtraia o fundo do detector e carregue o arquivo de parâmetro de calibração.

Passe o cursor sobre os pixels no padrão correspondente a um pico de interesse e observe os valores de dois e chi exibidos. Em seguida, abra a janela para integrar o padrão em função de dois e preencha os intervalos de dois e chi. Selecione um ajuste gaussiano ou lorentziano, certifique-se de que o ajuste seja uma boa correspondência visual e ajuste o pico.

Em seguida, abra a janela de análise chi-dois-e selecione o caminho para os arquivos a serem mapeados. Preencha os números inicial e final da sequência. Nomeie o arquivo de resultado e execute a varredura para mapear o pico de ajuste anterior em cada padrão.

Em seguida, integre um pico através do chi e mapeie-o em um mapa 2D. Exporte os dados para outro programa de plotagem, se desejar. Uma amostra de moissanita que se acredita conter silício nativo foi avaliada pela primeira vez por fluorescência de raios-x.

A faixa de intensidade excluiu silício e carbono, permitindo que o cristal de carboneto de silício fosse distinguido como uma área de baixa intensidade em comparação com o material rico em cálcio e ferro circundante. Os padrões de difração de raios-x de Laue foram então adquiridos. A indexação inicial de um padrão dentro do corpo da amostra mostrou um melhor ajuste para o politipo de carboneto de silício 4H do que para o politipo de carboneto de silício 6H.

A maior parte do cristal foi facilmente indexada com carboneto de silício 4H. O exame manual da área cristalina remanescente mostrou que essa porção foi melhor indexada como carboneto de silício 6H. Um mapa de indexação de carboneto de silício 6H desta seção teve baixo sucesso em uma área.

Dentro dessa área, vários padrões de difração sobrepostos foram observados, que se indexaram como pelo menos três grãos de silício sobrepostos. É importante verificar manualmente se um ajuste automatizado é executado corretamente. Aqui, a verificação manual nos permitiu determinar que diferentes partes da amostra realmente têm diferentes estruturas cristalinas e que há vários grãos de silício presentes.

Múltiplos máximos locais ocorreram nas bases dos picos, indicando múltiplos subgrãos resultantes de deformação plástica significativa. A microdifração em pó de uma concha de caracol oliva mostrou que o padrão de aragonita era uma boa combinação. Os mapas XRF de cálcio e ferro sugeriram variação composicional de acordo com os mapas da largura do pico da aragonita 040, espaçamento d, intensidade integrada e orientação.

A aparente correlação entre o ferro e o espaçamento d e a orientação foi considerada um artefato de medição. Às vezes, as medições devem ser verificadas por outras ferramentas analíticas. Por exemplo, as medições EDS indicam que o que pensávamos ser uma variação composicional era na verdade devido à difração das camadas de aragonita de textura.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como a coleta e o processamento de dados são simples para fluorescência de raios X e microdifração no ALS 12.3.2. Uma vez dominada, a coleta de dados pode ser muito rápida, até 100 pixels por minuto. A análise de dados pode levar apenas cinco minutos quando realizada no cluster.

Esta técnica tem sido usada com sucesso por pesquisadores para analisar a tensão de quartzo e outros polimorfos de sílica para observar a mineralogia de concretos romanos e vulcânicos, para observar a composição meteorológica, bem como para análise de calcita e aragonita em várias conchas e corais. Métodos complementares como EDS ou EBSD podem ser realizados para responder a perguntas adicionais, como quantificar a distribuição elementar. Não se esqueça de que, como em todos os processos automatizados, os dados devem ser verificados manualmente para verificar se foram coletados e processados corretamente.