RFA - Probenaufbereitung

Die Vielfalt der mittels RFA analysierbaren Materialien ist groß und reicht von Festkörpern bishin zu Flüssigkeiten. Je nach Ausgangsmaterial, z.B. Gestein, Metall oder Flüssigkeit ist eine angepasste Probenaufbereitung notwendig. Prinzipiell gilt:

Die Probe muss geometrisch in den Probenhalter passen
Die Probe muss eine homogene und glatte Oberfläche aufweisen
Die Probe darf sich während der Messung nicht chemisch (z.B. durch Reaktionen) verändern

Handelt es sich um eine homogene Probe mit einer glatten Oberfläche, z.B. eine Metallplatte oder CD-Hülle muss lediglich eine geometrische Anpassung, z.B. durch herausbohren oder schneiden einer Scheibe vorgenommen werden. Sollte eine oberflächliche Korrosion vorliegen muss diese ebenfalls entfernt werden. Bei Gesteinen, Baumaterialien, Abfallprodukten oder Böden handelt es sich in der Regel um inhomogene und/oder nicht verfestigte Materialien die aufwendiger für die RFA aufbereitet werden müssen. Zur Analyse dieser Materialien müssen die Proben zunächst zerkleiner und auf eine Korngröße <63 µm vermahlen werden. Aus diesem Pulver werden anschließend – je nach Fragestellung – Pulver-Presstabletten oder Schmelztabletten hergestellt. Im Folgenden wird auf die auf die geologisch relevantesten Aufbereitungsmethoden, die Erstellung von Schmelz- und Presstabletten eingegangen. Weitere Informationen zu anderen Aufbereitungsmethoden findest Du in der angegebenen Literatur.

Achtung:
Für eine erfolgreiche RFA ist eine repräsentative Probennahme, die Auswahl einer repräsentativen Probengröße sowie die Vermeidung von Kontaminationen während der Probennahme und der Probenaufbereitung essenziell!

Auswahl der Aufbereitungsmethode

Inhomogene und/oder unverfestigte Proben, wie Gesteine, Sedimente, Böden oder Baumaterialien erfordern die Herstellung von Press- bzw. Schmelztabletten. Die Auswahl der Aufbereitungsmethode hängt von vielen Faktoren ab:

Welche Elemente sollen gemessen werden?
Wie genau soll das Analyseergebnis sein? Welche Nachweisgrenze ist erforderlich?
Welche Eigenschaften hat das Material, das gemessen werden soll?
Kosten vs. Nutzen

Generell ist die Herstellung von Presstabletten deutlich schneller und einfacher. Allerdings haben hier Matrixeffekte, Textureffekte, mineralogische Effekte und Korngrößeneffekte einen großen Einfluss auf das Analyseergebnis. Diese Effekte können durch die deutlich aufwendiere Herstellung von Schmelztabletten reduziert (Matrixeffekte) oder sogar vermieden (Korngrößen- und Textureffekte) werden. Sie werden daher in der Regel zur Messung von Haupt- und Nebenelementen angewendet. Bei der Herstellung der Schmelztablette wird die Probe allerdings mit einem Fluxmittel verdünnt (je nach Fragestellung 1:9 bis 1:5), sodass Spurenelemente nur eingeschränkt gemessen werden können. Daher werden Spurenelemente in der Regel an Presstabletten gemessen (oder gleich mittels ICP-OES oder ICP-MS).

Weitere Gründe für den Einsatz von Presstabletten sind:

Messung von Volatilen
Messung von Spurenelementen
Bodenanalytik
Korrosive Eigenschaft des Probenmaterials (z.B. stark reduzierende Proben würde die Pt-Tiegel bei der Herstellung der Schmelztablette stark in Mitleidenschaft ziehen)

Herstellung von Presstabletten

Vorbereitung

Ausgangsmaterial für die Herstellung von Presstabletten ist ein (Gesteins-)Pulver mit einer Korngröße <63µm (beim Zerreiben zwischen den Fingern sind keine Körner mehr zu spüren).

Benötigte Utensilien

Zur Herstellung von Presstabletten für die RFA benötigst Du:

getrocknetes Probenpulver
Wachs (z.B. Höchstwachs C)
einen Trockenschrank zum Trocknen der Probe
ein Becherglas
einen Probenbehälter zum Homogenisieren der Probe
eine Präzisionswaage
Al-Cups
eine Presse und Presswerkzeug passend für die RFA Presstabletten
Mylar-Folie
Exsikkator zum Aufbewahren der Probe

Durchführung

Probenpulver wird min. 6h (oder über Nacht) in einem Trockenschrank bei 110°C getrocknet.
8,0000 g des getrocknetes Probenpulver sowie 2,0000 g eines Wachses wird eingewogen und homogenisiert.
Das Pulver-Wachs-Gemisch wird zunächst homogenisiert und anschließend in einer Tablettenpresse in ein Al-Förmchen gepresst. Beachte hierbei, dass der Druck für 1 Minute konstant gehalten werden muss. Um eine Kontamination durch das Presswerkzeug zu vermeiden wird eine Folie zwischen Tablette und Stempel gelegt. Achte hierbei darauf, dass die Folie glatt gespannt ist, damit die Oberfläche der Presstablette glatt wird.
Überprüfung der Qualität der Presstablette: sie sollte homogen sein und eine perfekte glatte Oberfläche haben. Sollte sie Risse haben oder bröckeln muss eine neue Tablette erstellt werden. Lasse die Tablette zum Test aus ca. 10 cm Höhe auf eine glatte Oberfläche fallen. Dieses sollte die Tablette unbeschadet überstehen.

Achtung:

Bei der Messung befindet sich die Tablette direkt oberhalb der Röntgenröhre. Sollten sich Partikel aus der Tablette während der Messung lösen fallen diese direkt auf die Röntgenröhre und in andere Teile der Maschine was eine zeitlich aufwendige Wartung und hohe Kosten, z.B. für den Ersatz der Röntgenröhre (mehrere 10.000€) zur Folge haben kann!
Bei der Analyse von Presstabletten haben die Körngröße sowie texturelle Effekte, wie z.B. die Einregelung von Glimmern an der Oberfläche der Tablette, einen großen Einfluss auf das Analyseergebnis.

Herstellung von Schmelztabletten

Vorbereitung

Ausgangsmaterial für die Herstellung von Schmelztabletten ist ein (Gesteins-)Pulver mit einer Korngröße <63µm (beim Zerreiben zwischen den Fingern sind keine Körner mehr zu spüren).
Für die Herstellung und Messung von Schmelztabletten muss anschließend das Pulver geglüht und der der Glühverlust (LOI) berrechnet werden. Weitere Informationen hierzu findest Du im Artikel "Glühverlust (LOI)". Durch das Glühen werden die volatilen Anteile der Probe verflüchtigt und Metalle aufoxidiert.

Zudem sollte beachtet werden, dass bei der RFA keine Unterscheidung zwischen Fe²⁺ und Fe³⁺ gemacht werden kann. Zur korrekten Interpretation der geochemischen Analyse, insbesondere von Magmatiten, ist daher eine Bestimmung des Verhältnisses zwischen Fe²⁺ und Fe³⁺ notwendig, z.B. mittels FeO Bestimmung durch Titration.

Achtung:
Die geglühte Probe sollte stets im Exsikkator aufbewahrt werden!

Benötigte Utensilien

1 g geglühte Probe
Fluxmittel (z.B. Li-Tetra/-Metaborat)
Präzisionswaage
Porzellantiegel zum Einwiegen und Homogenisieren der Probe
Achatmörser um das während des Glühvorgangs evtl. eingebackene oder geschmolzene Pulver fein zu mahlen und zu Homogenisieren
Schmelzapparatur, geeignet zur Herstellung von Schmelztabletten
Pt-Au-Tiegel und -Ausgussschale
beheizbares Ultraschallbad und 50%ige Zitronensäure zum Reinigen des Pt-Bestecks

Durchführung

Mahlen und Homogenisieren der geglühten Probe im Achatmörser
Einwaage von 1,0000g der Probe und 9,0000g des Fluxmittels (das Verhältnis kann je nach Rezeptur und Tablettengröße abweichen)
Homogenisierung von Probe und Fluxmittel im Porzellantiegel
Überführung der Probe in den Pt-Tiegel
Einsetzen des Pt-Tiegels und der -Ausgussschale in die Schmelzaparratur und Schmelzen der Probe
Überprüfung der Qualität der Probe: Halte die Probe gegen das Licht. Sie sollte homogen (keine Schlieren) und eine möglichst perfekte, glatte Oberfläche haben. Die Auswirkungen einer nicht optimalen Oberfläche, sowie anderer Präparationsfehler kannst Du in dem Artikel Präparationsfehler vs. Gerätefehler sehen.

Tipp:
Die Oberfläche Deiner Probe kann nur so gut sein, wie die Oberfläche Deiner Ausgussschale. Sollte diese schon starke Schäden aufweisen muss sie entweder poliert oder neu eingeschmolzen werden.

Autor:innen

Dieser Artikel wurde geschrieben und gegengelesen von:

Donjá Aßbichler, Julia Holzmüller

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