Methods of studies of minerals and rocks (part 2)

Na zajęciach prezentowane są najważniejsze 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) mikroskopia elektronowa skaningowa (SEM) i transmisyjna (TEM):

a. oddziaływanie wiązki elektronów z próbką i wykorzystanie analityczne powstających typów promieniowania

b. tworzenie obrazów transmisyjnych, skaningowych i dyfrakcyjnych

c. budowa i typy mikroskopów elektronowych, tryby pracy

d. zastosowania analityczne mikroskopów elektronowych.

2) mikroskopia transmisyjna wysokiej rozdzielczości (HRTEM)

a. komputerowa symulacja działania SEM i TEM oraz odpowiednich obrazów

b. dyfrakcja elektronów, metoda ograniczonego pola (SAED)

c. zastosowania HRTEM w naukach geologicznych

3) 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

4) fluorescencja rentgenowska (XRF)

a. spektroskopia promieniowania rentgenowskiego i fotoelektronów

b. zjawisko wtórnego promieniowania rentgenowskiego i jego detekcja

c. budowa spektrometru XRF

d. system dyspersji długości fali (WDS) i dyspersja energii (EDS)

e. zastosowanie metody w badaniach geologicznych.

5) 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. zalety i wady metod analitycznych oraz wykorzystanie w badaniach geologicznych.

6) 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

7) 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.

8) 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

9) analiza termiczna

a. zasada pomiaru efektów termicznych, rodzaje efektów termicznych

b. termiczna analiza różnicowa, analiza termograwimetryczna i termograwimetryczna różnicowa, dylatometria, analiza składu gazów

c. typy przyrządów i aparatów stosowanych w analizie termicznej

d. termogramy podstawowych grup minerałów

e. analiza składu próbek monomineralnych i mieszanin; błędy analityczne

10) 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.

11) metody interpretacji danych petrologicznych

a. podstawy obliczania wzorów krystalochemicznych wybranych minerałów

b. geotermobarometria: przegląd rodzajów, kalibracji i zastosowań w naukach mineralogicznych

c. metody chemiczne określania wieku skał – geochronometria monacytowa

d. geodynamika chemiczna, ruchliwość pierwiastków śladowych podczas procesów hydrotermalnych, metamorficznych i hipergenicznych, skały o zmodyfikowanej charakterystyce geochemicznej

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.

Wykład + ćwiczenia = 165 godzin

praca samodzielna studenta ok. 30 godzin

razem ok. 195 godzin

Bolewski, A., Kubisz, J., Manecki, A., Żabiński, W. Mineralogia ogólna. Wydawnictwa Geologiczne; Warszawa.

Fluid inclusions. Reviews in Mineralogy, vol. 12, Mineralogical Society of America.

Geochemistry and Mineralogy of Rare Earth Elements. Reviews in Mineralogy, vol. 21, Mineralogical Society of America.

Kęcki Z. Podstawy spektroskopii molekularnej. PWN

Metody badań minerałów i skał. Praca zbiorowa. Wydawnictwa Geologiczne.

Minerals and reactions at the atomic scale: transmission electron microscopy. Reviews in Mineralogy vol. 27

Nicol, A.W. Physicochemical methods of mineral analysis. Plenum Press.

Pagel M., Barbin V., Blanc P., Ohnenstetter D. Cathodoluminescence in geosciences. Springer. Berlin-Heidenberg-New York.

Rollinson H. (1993): Using geochemical data: evaluation, presentation, interpretation. London-New York. Longman Scientific & Technical.

Spectroscopic methods in mineralogy and geology. Reviews in Mineralogy vol. 18. Mineralogical Society of America

Spectroscopic methods in mineralogy. EMU Notes in Mineralogy vol. 6. European Mineralogical Union

Szczepaniak W. Metody instrumentalne w analizie chemicznej. PWN.

Po ukończeniu przedmiotu student:

1. zna zjawiska fizykochemiczne będące u podstaw 11 poznanych metod badawczych

2. zna budowę, zasady działania i możliwości analityczne aparatury badawczej

3. jest zapoznany z podstawowymi technikami preparacyjnymi poznanych metod instrumentalnych

4. zna zalety i wady poszczególnych metod instrumentalnych oraz wyjaśnia możliwe źródła błędów analitycznych

5. w oparciu o zdobytą wiedzę potrafi samodzielnie zaplanować optymalny tok analityczny dla oznaczeń składu pierwiastkowego i fazowego materiałów nieorganicznych (skały, minerały, surowce mineralne i ceramiczne, itp.)

6. potrafi dobrać metody instrumentalne i przygotować próbki do badań związanych z realizacją pracy dyplomowej z zakresu geochemii, mineralogii, petrologii i geologii złóż

7. jest przygotowany do współpracy z personelem technicznym lub do samodzielnej obsługi poznanych urządzeń badawczych

8. potrafi samodzielnie opracować i analizować otrzymane wyniki oraz zaproponować ich interpretację.

Sprawdzian pisemny na zakończenie każdego semestru zawierający pytania otwarte z każdego omawianego działu; czas pisania 90 minut;

ocena ciągła (bieżące przygotowanie do zajęć i aktywność);

kontrola obecności na ćwiczeniach (warunek zaliczenia przedmiotu).

brak