Khoa học trái đất & Khai khoáng

Ứng dụng của SEM trong nghiên cứu Thạch học và Khoáng vật học

Ứng dụng của SEM trong nghiên cứu Thạch học và Khoáng vật họcThạch học và khoáng vật học tập trung vào nghiên cứu các loại đá rắn và khoáng chất. Hầu hết các tài liệu nghiên cứu cho thấy một loạt các loài khoáng chất với cấu trúc ổn định. Việc cần xác định những tính chất riêng lẻ của các khoáng chất là rất quan trọng đối với cả hai ngành này. Kính hiển vi điện tử quét và những phân tích vi mô sẽ là giải pháp tuyệt vời cho vấn đề này. Chúng cung cấp thông tin về hình thái, tính chất hóa học của từng loại hạt.

Việc nghiên cứu các mẫu thạch họckhoáng vật hiện nay đều sử dụng kính hiển vi điện tử quét. Giống với kính hiển vi quang học nhưng nó có độ phân giải cao hơn, kính hiển vi điện tử cho thấy chi tiết mối quan hệ giữa các hạt khoáng vật. Khả năng phân tích của kính hiển vi điện tử rất rộng vì sự tương tác giữa chùm điện tử và mẫu vật tạo ra các bức xạ rất hữu ích. Các bức xạ quan trọng đó là điện tử tán xạ ngược (BSE), điện tử thứ cấp (SE), đặc trưng tia X và các photon ánh sáng.

 

  • Mật độ điện tử tán xạ ngược (BSE) tỷ lệ thuận với số nguyên tử trung bình của pha quan sát và được sử dụng để chụp ảnh, phân biệt các hạt khoáng vật riêng lẻ và xác định các vùng của các pha rời rạc. Tín hiệu điện tử tán xạ ngược cho phép người dùng theo dõi sự phân đới trong các pha của khoáng vật và tìm các điểm phân tích tối ưu.
  • Tương tự, SEM cũng được sử dụng để quan sát và định vị các pha riêng lẻ có chứa các nguyên tố nặng. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc tìm kiếm các pha.
  • Điện tử thứ cấp (SE) thường được sử dụng để quan sát hình thái của các mẫu ba chiều. Nó được hình thành gần với bề mặt hơn BSE, có độ phân giải cao và độ sâu tiêu cự lớn.
  • Đặc trưng tia X là đầu ra quan trọng của chùm điện tử tương tác với mẫu vật, nó được sử dụng để xác định các pha dựa trên thành phần hóa học của chúng. Khả năng này có thể sử dụng để đánh giá tính tương tác nhưng quan trọng nhất là phân tích định lượng.
  • Các photon ánh sáng cũng là sản phẩm hữu ích của tương tác giữa chùm điện tử và bề mặt mẫu. Hiện tượng này gọi là sự phát quang cực âm (CL - cathodoluminescence) và tạo ra nhiều pha phát quang khác nhau giữa các khoáng vật. Nhiều mẫu khoáng vật khác nhau sẽ cho màu ánh sáng phát xạ khác nhau. Màu của CL có thể sử dụng để phân biệt các khoáng chất tạo đá khác nhau như feldspars hoặc carbonat. CL cũng rất nhạy với sự khác biệt về thành phần các nguyên tố và trật tự cấu trúc của một số khoáng vật. Hiệu ứng này có thể quan sát bằng cách sử dụng đầu dò panchromatic (trắng và đen) hoặc CL màu. TESCAN sản xuất các đầu dò: đầu dò panchromatic, đầu dò panchromatic 4 kênh, đầu dò màu Rainbow CL. Một giải pháp kết hợp thu nhận đồng thời ảnh của CLBSE.

Autunite crystal filling voids in goethite

Autunite crystal filling voids in goethite

 

Cathodoluminiscence and BSE image of a quartz sandstone with a goethite matrix

Cathodoluminiscence and BSE image of a quartz sandstone with a goethite matrix

 

Clay particles aglomerate in coal

Clay particles aglomerate in coal

 

Cookeite tabular crystals

Cookeite tabular crystals

 

Framboidal pyrite in a shale rock

Framboidal pyrite in a shale rock

 

Ilmenite grain which underwent partial leucoxenitization

Ilmenite grain which underwent partial leucoxenitization

 

Iron oxide encrustation on a rock fracture

Iron oxide encrustation on a rock fracture

 

Partially weathered sulphide grain accompanied by euhedral pyrite

Partially weathered sulphide grain accompanied by euhedral pyrite

 

Pyrite framboid on the crack of coal seam

Pyrite framboid on the crack of coal seam

 

Secondary copper phases formed by chalcopyrite weathering

Secondary copper phases formed by chalcopyrite weathering

 

Stitched image of heavy mineral sand 25 mm in diameter

Stitched image of heavy mineral sand 25 mm in diameter

 

Uraninite crust light in calcite gangue dark

Uraninite crust light in calcite gangue dark