Zaawansowane metody badań minerałów i skał 1300-OMBMSC

Na zajęciach prezentowane są zaawansowane metody badań instrumentalnych wykorzystywanych w szeroko rozumianych naukach mineralogicznych do analizy nieorganicznych materiałów pochodzenia naturalnego. Dobór metod jest związany zarówno z powszechnością wykorzystywania określonej techniki analitycznej, a także jej dostępnością w wiodących uniwersyteckich i badawczych ośrodkach geologicznych w Polsce.
Zajęcia zapoznają studenta z następującymi technikami badawczymi (wymienione poniżej techniki badawcze nie obejmują metod dyfrakcji rentgenowskiej; są one realizowane w przedmiocie „Krystalochemia i rentgenografia”):
1) transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM)
a. budowa i typy mikroskopów elektronowych, tryby pracy
b. preparatyka mikroskopowa; diplowanie, ścienianie jonowe, metoda FIB (focused ion beam)
c. oddziaływanie wiązki elektronów z materią i wykorzystanie analityczne powstających typów promieniowania
d. tworzenie obrazów transmisyjnych
e. dyfrakcja elektronów, metoda ograniczonego pola (SAED)
f. zastosowania analityczne transmisyjnych mikroskopów elektronowych, metoda EELS.
g. mikroskopia transmisyjna wysokiej rozdzielczości (HRTEM)
– komputerowa symulacja działania SEM i TEM oraz odpowiednich obrazów
– zastosowania HRTEM w naukach geologicznych
2) analiza składu chemicznego minerałów w mikroobszarze (mikroanalizator rentgenowski, EMPA)
a. podstawy teoretyczne powstawania charakterystycznych widm rentgenowskich pod wpływem wiązki elektronów
b. budowa aparatu Cameca SX100
c. system dyspersji długości fali (WDS) i dyspersji energii (EDS): zastosowanie, typy detektorów, porównanie systemów.
d. zalety i ograniczenia metody
3) emisyjna i absorpcyjna spektrometria atomowa:
a. oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią, podział metod spektroskopowych
b. absorpcja i emisja promieniowania elektromagnetycznego
c. budowa spektrometrów, źródła wzbudzenia, monochromatory i rodzaje atomizerów
d. spektrometria emisyjna w zakresie UV-Vis: fotometria płomieniowa, spektrografia, plazmowa emisyjna spektrometria atomowa – ICP-AES i ICP-MS
e. spektrometria absorpcyjna z atomizacją płomienową, elektrotermiczną, wodorkową i zimnych par
f. spektrometria absorpcyjna z ablacją laserową (LA-ICP-MS)
g. zalety i wady metod analitycznych oraz wykorzystanie w badaniach geologicznych.
4) spektroskopia w podczerwieni (IR i FT-IR)
a. charakterystyka promieniowania podczerwonego i jego oddziaływanie z molekułami
b.reguły wyboru i rodzaje drgań cząsteczkowych
c. budowa klasycznego spektrometru w podczerwieni oraz spektrometru z transformacją Fouriera (FTIR)
d. techniki pomiarowe stosowane w badaniach w podczerwieni
e. charakterystyka widm podstawowych grup funkcyjnych i wybranych grup minerałów
f. wykorzystanie metody w naukach mineralogicznych
5) spektroskopia Ramana
a. podstawy teoretyczne rozpraszania w ujęciu klasycznymi i kwantowo-mechanicznym
b. spektrometr ramanowski: źródła wzbudzenia, monochromatory, detektory
c. technika pomiarów widm Ramana
d. widma wybranych grup minerałów i grup funkcyjnych
e. zastosowanie widm ramanowskich w badaniach mineralogicznych.
6) katodoluminescencja (CL)
a. zjawisko luminescencji, model pasm przewodnictwa i przejść interkombinacyjnych, teoria pola krystalicznego
b. aparatura do obserwacji zjawisk katodoluminescencyjnych, detekcja emisji CL
c. minerały wykazujące luminescencję, preparatyka
d. przykłady naukowego i przemysłowego wykorzystania metod katodoluminescencyjnych
7) metody badań inkluzji fluidalnych w minerałach (FI)
a. powstawanie i typy inkluzji fluidalnych w kryształach
b. rozpoznawanie warunków i środowisk krystalizacji minerałów na podstawie inkluzji
c.zastosowanie badań inkluzji do poszukiwań złóż surowców użytecznych.

W trakcie wykładów studenci zapoznają się podstawami fizykochemicznymi metod, schematami i budową aparatury analitycznej, zaś w części ćwiczeniowej zaznajamiają się z urządzeniami badawczymi, praktyką i tokiem analitycznym, sposobami i technikami przygotowywania preparatów. Ważną części pracy ćwiczeniowej jest poznanie najważniejszych sposobów prezentacji i interpretacji otrzymanych danych, a także omówienie wad i zalet metody oraz źródeł błędów w oznaczeniach.