Geomaterialforschung mit Synchrotronstrahlung
Die Verfügbarkeit von Synchrotronstrahlung eröffnet den Geowissenschaften neue experimentelle Möglichkeiten, indem Einschränkungen bezüglich der Nachweisgrenzen und Ortsauflösung überwunden werden können. Unsere Gruppe nutzt die Synchrotronstrahlung über einen weiten Energiebereich, von harter Röntgenstrahlung bis in den Infrarotbereich, hauptsächlich für die Durchführung von in-situ Hochdruckexperimenten mit Diamantstempelzellen.
Röntgenfluoreszenz
Röntgenfluoreszenz (XRF) ist die Emission von charakteristischer „sekundärer“ (oder Fluoreszenz-) Röntgenstrahlung von Materie, die mit Röntgenstrahlung angeregt wurde. Dieses Phänomen findet weite Verbreitung für die Element- und chemische Analyse. Aufgrund der hohen Eindringtiefe von harter Röntgenstrahlung, kann XRF auch zur Bestimmung von Elementkonzentrationen in komplizierten Probenumgebungen benutzt werden, wie z. B. Druckzellen. Die hohe Brillanz der Synchrotronstrahlung verbessert sowohl die Empfindlichkeit als auch die Ortsauflösung beträchtlich und erlaubt sogar die Analyse von Spurenelementen in Proben, die nicht auf Raumtemperatur abgeschreckt werden können, wie z. B. wässrige Lösungen.
Kontakt
Dr. Christian Schmidt
Partner
Prof. Dr. Max Wilke, Universität Potsdam
Röntgenabsorptionsspektroskopie (XANES/EXAFS)
Röntgenabsorptionsspektroskopie nutzt Röntgenstrahlen, um die physikalische und chemische Struktur auf der atomaren Skala zu untersuchen. Röntgenabsorptionsspektroskopie ist elementspezifisch, d. h., die Röntgenstrahlung so wird so gewählt, dass sie der Bindungsenergie eines Kernelektrons eines bestimmten Elementes entspricht. Da die Kernelektronen der meisten Elemente Bindungsenergien im Bereich von Röntgenstrahlung haben, können im Prinzip alle Elemente, bis auf die leichtesten, mit dieser Methode untersucht werden. Die Feinstruktur, die bei der Röntgenabsorptionsspektroskopie beobachtet wird, kann auf die Wechselwirkung des Photoelektrons mit unbesetzten elektronischen Zuständen des absorbierenden Elementes oder auf Rückstreuung von den Nachbaratomen zurückgeführt werden. Die Feinstruktur ist in zwei Bereiche aufgeteilt: XANES, X-ray Absorption Near Edge Structure: Feinstruktur die in der Nähe der Bindungsenergie beobachtet wird und mit Anregung des Photoelektrons in lokalisierte Zustände oder durch multiple Rückstreuung des Photoelektrons von den Nachbaratomen erklärt wird. Der XANES Bereich ist sensitiv für Oxidationszustand, Koordination und Platzsymmetrie des absorbierenden Elementes. EXAFS, Extended X-ray Absorption Fine Structure: Feinstruktur bei Energien weit über der Bindungsenergie, welche durch einfache Rückstreuung des Photoelektrons durch Nachbaratome erklärt wird. Die Analyse erlaubt die Bestimmung der Anzahl der Nachbarn und deren Abstände zum absorbierenden Element in kristallinen und nichtkristallinen Proben. XANES und EXAFS können bei hohen und niedrigen Elementkonzentrationen angewendet werden. Aufgrund der hohen Endringtiefe von harter Röntgenstrahlung können Messungen unter in-situ Bedingungen mit komplexen Probenumgebungen durchgeführt werden, wie z. B. Druckzellen oder Reaktionszellen, zumindest für Absorptionskanten mit Energien größer als ca. 6 keV.
Röntgen-Raman Streuung (XRS)
Röntgen-Raman Streuung (XRS) ist ein inelastischer Röntgenstreuungsprozess, bei dem ein Hochenergieröntgenphoton Energie an ein Kernelektron abgibt und dieses in einen unbesetzten Zustand anregt. Der Prozess ist im Prinzip analog zur Röntgenabsorption, jedoch übernimmt der Energietransfer die Rolle der Röntgenphotonenenergie in der Röntgenabsorption. Da die Energie der anregenden Strahlung im harten Röntgenbereich gewählt werden kann, werden viele Einschränkungen für weiche Röntgenstrahlung umgangen, wie z.B. die Notwendigkeit von Vakuum, welche verhindert, Proben zu untersuchen, die im Vakuum nicht stabil sind, z. B. Flüssigkeiten. Eine der vielversprechendsten Anwendungen von XRS ist die Untersuchung von Absorptionskanten leichter Elemente bei hohen Drücken. Die angewendeten harten Röntgenstrahlen können die Druckzelle ohne weiteres passieren und die Probe innerhalb der Zelle anregen.
