孔雀石中电镜表征检测方案(扫描电镜)

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应用分享|使用Axia ChemiSEM 进行孔雀石表征 前言 孔雀石是一种含水的碳酸铜矿物，化学式为 Cu2(CO3)(OH)2，其晶体形态受晶体生长方式的制约，成矿环境等外部因素决定着孔雀石的化学成分，进而影响其形态。孔雀石是原生含铜矿物蚀变所形成的次生矿物，在其蚀变过程中， Mg、Al、Si或 Fe等元素可能会进入孔雀石结构中，并以包裹体的形式存在。研究化学成分与微观结构之间的关系是解释次生矿化历史的关键，相关的各项研究均旨在了解控制矿化的空间化学成分和结构关系，并正确解释晶体生长的相对时间。 采用 EDS(能谱仪)等分析技术，可以初步分析矿相变化，也可以更进一步将物相与微观结构特征联系起来。但是， EDS 等分析技术并不是专为此类研究而优化设计的，在使用时需要专业的知识技能，而且通常速度很慢。 在本应用分享中，我们采用 Thermo ScientificM Axia MChemiSEM系统，在较大尺度上对矿物的化学成分变化进行高效、快速的分析，同时，利用该系统还可轻松获取特定细节的化学性质。 方法 在进行深入表征之前，我们首先需要对样品进行筛选，如果利用传统扫描电镜(SEM)结合EDS的方法，要在较大视野范围内进行成分分析，进而筛选出感兴趣样品，则存在着诸多限制。在传统的 SEM-EDS工作流程中，样品成像与元素表征往往是独立进行的，整个分析过程既耗时又麻烦；而且，传统的 EDS 系统不能根据化学成分来选择感兴趣区域，因此往往需要耗费太多时间寻找感兴趣区域或者特征点。 Axia ChemiSEM 系统则是在采集过程中，将定量元素信息和电子图像结合起来，可以提供近乎即时的定量元素面分布图。在矿物表征方面， Axia ChemiSEM 提供了一种全新方法，通过样品表面的大面积元素面分布概览，直观揭示未知包裹体在样品中的位置和分布情况，进而指导下一步的深入分析。 分析 如前所述，孔雀石的形成是一个次生矿化过程，其成分变化在很大程度上依赖于铜矿物、周围其他矿物以及水之间的相互作用。 导航蒙太奇结合实时定量元素信息，可提供样品表面的大面积概览图像，帮助初步了解感兴趣样品的成分变化和元素分布。在图像采集过程中，系统后台已经在收集X射线，从而形成样品表面的大面积元素分布图，直观显示样品表面的成分变化。 导航蒙太奇为扫描电镜标配功能，，可以针对较大样品实现轻松导航，通过自动、连续采集图像，快速创建一张大面积、低倍率概览图像，在概览图像上单击任意点，样品台便会自动移动，实现导航功能或者将感兴趣点移动到视野中心位置。 图1.大面积区域的导航蒙太奇概览图，上部图像不含元素信息，而下部图像包含元素信息。蒙太奇图像自动采集起始放大倍率为1500倍，采集帧数为15x15。图1所示为同一样品的不同导航蒙太奇图像，上部是传统背散射图像，而下部是 背散射图像结合不同元素定量面分布的图像，同时包含整个扫描区域的成分信息。传统的灰度图像可显示样品表面不同包裹体的分布(以及尺寸和形状)信息，但只能反映出部分成分信息，也就是在背散射电子图像中包裹体颜色较暗，表明包裹体的平均原子序数要低于孔雀石基体。 在采集导航蒙太奇图像时，同时采集定量元素信息，可以提供更多细节信息，进而快速将形貌信息和成分信息关联起来，从而确定需要进行深入分析的感兴趣区域。感兴趣区域选定之后，利用扫描电镜可以进行更深入的表征，而AxiaChemiSEM 作为集成化扫描电镜系统，操作便捷，可以帮助我们快速获取所需信息。 图2. Axia ChemiSEM 集成在用户界面中，显示背散射图像和对应的能谱谱图。 图2所示为传统 SEM 成像过程的第一步，即针对选定区域采集背散射电子(BSE) 图像。Axia ChemiSEM 将 EDS 完全集成在 SEM 用户界面中，系统在采集背散射图像的过程中，实时采集和处理定量元素信息，而且，X射线的获取是连续进行的(如图2所示)。 获取图像后，只需一键点击激活定量元素分布图，即可获得元素分布的预览图，显示感兴趣区域所含元素(如图3所示)。 图3.图2所示感兴趣区域的定量元素面分布图 在同一图像中，通过取消选择某些元素，可以突出显示感兴趣元素的分布情况(如图4所示)。 图4.图3中取消显示C、Cu、P、0元素后的元素面分布图。能谱点分析参数：加速电压 15 keV，束流 0.44 nA，平均计数率大约为10 kcps， 采集时间每点60秒。 图5.Al、Mg、Si 元素面分布图，自上而下显示。 图5仅显示样品中所包含的部分元素，表明样品中至少包含三种不同的物相。在背散射图像中，包裹体整体灰度均一，可能误判为一种物相，利用 Axia ChemiSEM提供的定量元素分布信息，就可以轻松判断出包裹体内部的成分差异，确保不错过重要信息。 为了对图5所示包裹体进行全面表征，直接选择点分析模式，再选择感兴趣的点(如图4所示)，无需转换软件或者重新采集图像，即可获得点分析结果。各点60秒能谱采集结果如下所示。 图6.针对图4中高亮显示的三个点进行定量分析，采集参数为：加速电压15 keV，束流0.44nA，平均计数率约为10 kcps， 各点采集时间均为60秒。 图7.三个分析点的谱图对比 能谱点分析的结果与之前元素面分布图一致，点1中Mg元素含量最高，Al 和 Si元素含量约为10%；点3所对应的包裹体主要由二氧化硅组成；点2所对应的中间位置的包裹体中含K元素。 再次采集定量元素面分布图，并在图像采集过程中选中显示K元素，进一步确定了K元素的位置(如图8所示)。 图8.感兴趣区域的K元素定量面分布图 结论 Axia ChemiSEM 可以针对孔雀石等矿物中的包裹体，提供大量信息，系统结合大面积成像和高质量能谱面分布图，可极大助力矿化过程研究。利用 Axia ChemiSEM， 在常规 SEM 成像过程中，也能够获得化学信息，对于具有相同成分衬度的包裹体，也可快速进行成分分析，而且所有操作都可在同一界面中进行，不需要切换软件，也不需要更改工作流程。 孔雀石是一种含水的碳酸铜矿物，化学式为Cu2(CO3)(OH)2，其晶体形态受晶体生长方式的制约，成矿环境等外部因素决定着孔雀石的化学成分，进而影响其形态。孔雀石是原生含铜矿物蚀变所形成的次生矿物，在其蚀变过程中，Mg、Al、Si或Fe等元素可能会进入孔雀石结构中，并以包裹体的形式存在。