espectroscopia: wds, mla, eds quantitativo no met · • análise qualitativa, semiquantitativa e...
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Espectroscopia: WDS, MLA,
EDS quantitativo no MET
Karla Balzuweit
Dep. De Física – ICEx – UFMG
Centro de Microscopia da UFMG
1
Microscopia Eletrônica Analítica (AEM)
– EDS (Energy Dispersive Spectrometer) Espectrômetro de energia dispersiva
• análise qualitativa, semiquantitativa e “quantitativa” de elementos químicos
• resolução em energia ~100eV
• fótons de Raios-X
– WDS (Wavelength Dispersive Spectrometer) Espectrômetro de comprimento de onda
• análise qualitativa, semiquantitativa e “quantitativa” de elementos químicos
• resolução em energia ~10eV
• fótons de Raios-X
– EELS (Electron Energy Loss Spectrometer) Espectrômetro de perda de energia
• análise qualitativa, semiquantitativa e quantitativa de elementos químicos análise da estrutura das bandas de energia, valência, plásmons
• resolução em energia depende do filamento:
o DE ~1-2eV (filamento termoiônico),
o DE ~0,2eV (filamento de emissão por efeito de campo –FEG)
o DE~0,1eV (filamento FEG com monocromador)
• elétrons com perda de energia
2
Resolução em energia
3
Microstructure of Haynes (R) 282 (R) Superalloy after Vacuum Induction Melting and Investment
Casting of Thin-Walled Components, Hubert Matysiak, Joel Andersson, Malgorzata Zagorska, K.J.
Kurzydłowski, Materials 6 (11):5016-5037 · November 2013
4
Microssonda, MEV, MET
http://www.dit.ie/focas/facilities/hitachisu-
70analyticalfesemwithedxandwdx/
Microssonda Jeol 8900 – CM-UFMG
Williams and Carter – Transmission
Electron Microscopy 2009
5
Espectroscopia por comprimento de onda
(WDS)
Lei de Bragg:
= 2 d sen
Electron Microscopy and
Analysis; P.J.Goodhew, J.
Humphreys, R. Beanland; Taylor
and Francis (2001)
6 Lectures of Phil Russell - www.phys.appstate.edu/nanotech/PHY4880/2002/lectures/
Espectrômetro de comprimento de onda
Por dentro do espectrômetro de WDS
7 http://mcff.mtu.edu/acmal/electronmicroscopy/MA_WDS_Basic_Science.htm
8
Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis; J.I. Goldstein, D.E. Newbury, P.
Echlin, D.C. Joy, A.D. Romig Jr., C. E. Lyman, C. Fiori and E. Lifshin, Plenum Press 2nd
edition (1992)
Funcionamento do detector - Lei de Bragg
9 http://www.mcswiggen.com/FAQs/FAQ_EF-6.htm
Cristais analisadores
10 http://www.mcswiggen.com/FAQs/FAQ_EF-6.htm
Analisador
11
Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis; J.I. Goldstein, D.E. Newbury, P.
Echlin, D.C. Joy, A.D. Romig Jr., C. E. Lyman, C. Fiori and E. Lifshin, Plenum Press 2nd
edition (1992)
Eletrônica WDS
12
Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis; J.I. Goldstein, D.E. Newbury,
P. Echlin, D.C. Joy, A.D. Romig Jr., C. E. Lyman, C. Fiori and E. Lifshin, Plenum Press
2nd edition (1992)
Perfil de linha – WDS
13 Espectro de WDS de um cálculo epididimal, Karla Balzuweit - German Mahecha
- Willian T. Soares - Microssonda eletrônica JEOL -JXA8900R - LMA
14
Mapa de raio-X utilizando WDS de um cálculo epididimal (imagem colorida artificialmente)
Karla Balzuweit - German Mahecha - Willian T. Soares
Microssonda eletrônica JEOL -JXA8900R - LMA
Análise quantitativa
=
padrões
15
Resultados
WDS
Teste de
validação
16
*******************************************************************************
UNK No. = 1 ./LMA/Rep25K300818-G dated Mon Aug 20 13:26:17 2018
2 Elements WDS only X= 58.813 Y= 63.114 Z= 10.556
Acc. Voltage = 25.0 (kV) Probe Dia. = 5 Scan OFF
Probe Current = 2.504E-08 (A)
*******************************************************************************
Channel Element Acm Peak Peak cnt sec BG_L cnt sec BG_U cnt sec
4 LIF Au T 1 89.050 209000.4( 40.0) 2302.6( 10.0) 1993.4( 10.0)
3 LIF Cu T 1 107.156 456423.9( 40.0) 1750.3( 10.0) 1502.2( 10.0)
Measurement over
Correction starts
Standard Data
Element Standard name Wt.(%) ZAF Fac. Z A F
1 Au AuL80_25K25n2 80.1500 0.2232 0.2407 0.9273 1.0000
2 Cu CuK80_25K25n2 79.8500 0.4738 0.4914 0.9504 1.0145
Standard Intensity of WDS
Element Curr.(A) Net(cps) Bg-(cps) Bg+(cps) S.D.(%) Date
1 Au 2.500E-08 7091.6 272.9 231.5 0.08 Aug 20 13:17 2018
2 Cu 2.500E-08 20815.0 139.7 122.0 0.05 Aug 20 13:06 2018
Unknown Specimen No. 1
Group : LMA Sample : Rep25K300818-G
UNK No. : 1 Comment : Au60Cu40-1
Stage : X= 58.8135 Y= 63.1135 Z= 10.5555
Acc. Voltage : 25.0 (kV) Probe Dia. : 5 Scan : Off
Dated on Aug 20 13:27 2018
WDS only No. of accumulation : 1
Curr.(A) : 2.504E-08
Element Peak(mm) Net(cps) Bg-(cps) Bg+(cps) S.D.(%) D.L.(ppm)
1 Au 89.050 5010.2 230.3 199.3 0.24 523
2 Cu 107.156 11248.0 175.0 150.2 0.15 154
ZAF Metal
Element Wt.(%) Atom(%) K(%) K-raw(%) ZAF Z A F
Au 59.837 32.2816 56.535 70.537 1.0584 1.0454 1.0124 1.0000
Cu 40.498 67.7184 43.080 53.952 0.9401 0.9358 1.0344 0.9711
-------------------------------------------------------------------------
Total 100.335 100.0000 99.616 124.488 Iteration = 4
Quantificação MET: fator de Cliff-Lorrimer
17
AA e AB, peso atômico dos elementos A
e B
QA and QB, seção de choque de
ionização
wA and wB, eficiência de fluorescência
probabilidade relativa da transsição
eA and eB, eficiência do detector para
elementos A e B.
Ci
unk=
I iunk
I i
std
ZAFiunk
ZAFi
std Ci
stdk
k
kAB Qa
BAA
Qa AAB
AB
Fatores Cliff-Lorrimer
experimentais
18
19
http://www.mcswiggen.com/FAQs/FAQ_EF
-6.htm Mineral Liberation Analyzer - MLA
O que é o MLA?
• É um Sistema de caracterização mineralógica que associa análise
digital de imagens de Elétrons Retroespalhados (BSE) obtidas de um
Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) com análises químicas
pontuais via Espectrometria por Dispersão de Energia (EDS) para a
identificação de fases minerais.
• Projetado para fornecer análises quantitativas em amostras minerais.
• Proporciona medições automatizadas para análises rápidas e
estatisticamente confiáveis.
Tipos de amostras analisadas
Laminas delgadas
polidas de rochas
Seções
polidas de
partículas
minerais;
Partículas
atmosféricas
depositadas
em filmes de
policarbonato;
1 - Aquisição
da imagem
de elétrons
retroespalhad
os.
2 – Remoção do background
deixando a(s) partícula(s) em
evidência na imagem.
3- Atribuição de uma cor
específica a cada região
homogênea de tons de
cinza, selecionando os
grãos que compõem a
partícula.
4- Coleta de um ou
mais espectros de
EDS em cada grão.
5- Classificação da imagem: As fases mineras são identificadas a partir da
comparação dos espectros de EDS coletados em cada grão com espectros
minerais pertencentes a uma lista mineral predefinida, registrada no banco de
dados do MLA. Cada mineral presente na lista está associado a uma cor que
permite a comparação visual destes na imagem classificada.
Etapas de processamento do MLA
• Quantificação das fases minerais
presentes na amostra (Análise modal).
Ex:
Principais resultados
fornecidos pelo MLA
Mineral Wt% Area% Particle Count Grain Count
Quartz 81,62 88,91 1213 1454
Goethite 5,48 4,13 1291 1775
Hematite 12,9 6,96 946 1120
Total 100,00 100,00 3450 4349
• Associação mineral.
Ex:
Principais resultados
fornecidos pelo MLA
Mineral Quartz Goethite Hematite Free Surface
Quartz 0,00 76,70 11,40 11,89
Goethite 68,10 0,00 23,39 8,51
Hematite 28,74 66,40 0,00 4,87
• Distribuição de tamanho de grão
mineral.
Ex:
Principais resultados
fornecidos pelo MLA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Cu
mu
lati
ve
Pa
ss
ing
(w
t%)
Sieve Size µm
Mineral Grain Size Distribution
Quartz
Goethite
Hematite
• Determinação do espectro de liberação mineral.
Ex:
Principais resultados
fornecidos pelo MLA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0%
< x
<=
5%
5%
< x
<=
10
%
10%
< x
<=
15
%
15%
< x
<=
20
%
20%
< x
<=
25
%
25%
< x
<=
30
%
30%
< x
<=
35
%
35%
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<=
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%
40%
< x
<=
45
%
45%
< x
<=
50
%
50%
< x
<=
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%
55%
< x
<=
60
%
60%
< x
<=
65
%
65%
< x
<=
70
%
70%
< x
<=
75
%
75%
< x
<=
80
%
80%
< x
<=
85
%
85%
< x
<=
90
%
90%
< x
<=
95
%
95%
< x
< 1
00
%
100
%
Cu
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%)
Liberation Class
Mineral Liberation by Particle Composition
Quartz
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