Elementgehalte: Quantitative Elementanalyse
Woher wissen Sie, was "genau" ist?
    In vielen Fällen genügt die qualitative Bestimmung von Mineralen nicht. Wenn der Mangangehalt von Eisen-Mangan-Krusten, der Magnesiumgehalt von Calcit, der Kaliumanteil im Glaukonit bestimmt werden soll, muss die prozentuale Zusammensetzung des Messfelds bestimmt werden.

    Der einfachste Weg dazu ist, eine standardlose EDX-Analyse durchzuführen und die Elemente zu identifizieren. Dann berechnet das EDX-System die Konzentration der Elemente durch Bestimmung der Fläche der Peaks und Abzug des Untergrunds relativ zu allen anderen erkannten Elementen. Für die Berechnung werden vorgebene, elementspezifische Impulshöhenfaktoren verwendet. Anschließend werden die Ergebnisse korrigiert, indem die Ordnungszahl, die Absorption und die Fluoreszenz der Elemente berücksichtigt werden (ZAF-Korrektur). Damit sind meist schon brauchbare Ergebnisse mit Fehlern von 10tel Prozent absolut zu erzielen. Mit größeren Fehlern von bis zu mehreren Prozent ist bei leichten Elementen zu rechnen. Die Berechnung der Gehalt erfolgt zu 100% aller bestimmten Elemente.

    Die zweite Möglichkeit besteht in der EDX-Analyse gegen Reinelementstandards. Bei nicht beständigen Elementen wie Natrium verwendet man Verbindungen oder Salze wie NaCl. Zunächst werden die Intensitäten der reinen Elemente bestimmt und anschließend die Probe gemessen. Für schwerere Elemente ist das eine Methode mit guter Genauigkeit.

    Der dritte Weg ist die Standardisierung probennahen Standards, deren Zusammensetzung der Probe also möglicht ähnlich ist. Hier können auch Bindungseffekte der leichten Elemente berücksichtigt werden. Bei den leichten Elementen sind die Elektronen, die Röntgenenergie liefern, oft an den Atombindungen beteiligt. Bei unterschiedlichen Verbindungen liegt die Ka-Linie solcher Elemente im Spektrum leicht verschoben. Die Methode mit probennahen Verbindungsstandards ist die genaueste, setzt aber das Vorhandensein vieler Standards voraus.
    Bei der quantitativen Analyse gegen Standards werden die errechneten Gehalte einfach addiert. Ein Maß für die Genauigkeit der Analyse ist es, wie nahe die Summe der Gehalte an 100% liegt. Sind Elemente bei der Eingabe der Standards vergessen worden oder nimmt der Probenstrom während der Analyse ab, liegt das Ergebnis immer unter 100%.

    Die quantitative WDX-Analyse arbeitet immer mit Standards. Das Vorgehen erfolgt analog zu den EDX-Methoden. In jedem Fall sollte man mit polierten Proben arbeiten, um die Arbeitsbedingungen wie Arbeitsabstand und Probenkippung genau einzuhalten. Die Genauigkeit der Analyse ist sehr von einem konstanten Strahlstrom abhängig, der als Probenstrom in einem kleinen Faradaykäfig gemessen wird. Den Strom auf der Probe zu messen, ergibt keinen Sinn, weil der so gemessene Wert bereits Strahlstrom minus emittierte Elektronen und Röntgenquanten ist. Ein konstanter Probenstrom wird etwa eine halbe Stunde nach Einschalten des Elektronenstrahls erreicht, weil das Filament dann seine Betriebstemperatur erreicht hat.

    Bei guter Geräteeinstellung und Probenpräparation sind schwere Elemente noch im Bereich von 10er ppm, mittelschwere im Bereich von 100er ppm nachweisbar. Die quantitative Elementanalyse ist aber aufwendig, weil zunächst alle Standards, danach die Proben eingemessen werden müssen.


 
[FELS WERKSTOFFANALYTIK]