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Fachartikel
Elementanalyse von Gesteinsproben
Analyse vor Ort mit einem portablen Röntgenfluoreszenzspektrometer
Dirk Wissmann
©
Anna - Fotolia.com
Die Bestimmung der Elementzusammensetzung
in Proben aus Geologie
und Prospektion wird durch
verschiedenste Rahmenbedingungen erschwert.
Ein wichtiges Anliegen besteht
darin, Analysenergebnisse vor Ort zur Verfügung
zu haben. Werden die genommenen
Proben in ein Labor geschickt, kann dies zu
erheblichen Verzögerungen führen. Einige
Vorhaben können dadurch sogar unpraktikabel
oder unmöglich werden. Analytische
Ergebnisse in Echtzeit sind für viele Einsätze
von signifikanter Bedeutung. Dies ist
das ideale Einsatzgebiet für ein portables
Röntgenfluoreszenz (RFA)-Analysengerät.
Eine typische Aufgabenstellung ist die Untersuchung
von Gesteinsproben im Bereich
der Erkundung von Lagerstätten, die unkonventionelle
Gas- und Ölvorkommen enthalten.
Bei diesen Untersuchungen müssen
häufig viele Proben analysiert werden, um
die Richtung der Bohrung zu steuern. Wichtig
ist es, auch anhand der Elementzusammensetzung
zu entscheiden, ob die Bohrung
sich weiterhin in der interessanten Gesteinsschicht
befindet. Dafür werden Diagramme
erstellt, die ähnlich dem in Abbildung 1 wieder
gegebenen sind.
Eine schnelle und genaue Aussage vor
Ort kann Kosten sparen helfen und zusätzlich
den Einsatz anderer Ressourcen minimieren.
Abhängig von der Applikation sind
verschiedenste Elemente im Spurenbereich,
aber auch Haupt- und Nebenbestandteile der
genommenen Proben von Interesse.
Bei den Spurenelementen kommt es dabei
typischerweise auf Unterscheidungen im mg/
kg Bereich an, die üblicherweise nur im Labor
erreicht werden können. Die Entwicklung des
hier vorgestellten portablen RFA Geräts Spectroscout
orientierte sich an diesen Bedürfnissen.
Nach Trocknung und Aufmahlen der
Gesteinsprobe kann diese direkt vor Ort untersucht
werden. Die Genauigkeit der Analysen
ist für viele Proben und viele Elemente mit der
einer Laboranalyse vergleichbar.
Ein portables RFA Gerät
Für eine optimale Anregung der Elemente in
der Probe ist das Gerät mit einer Röntgenröhre
(Leistung von max.10 Watt) ausgestattet.
Abhängig von den betrachteten Elementen
kann die Anregungsstrahlung durch den
Einsatz von Filtern optimiert werden.
Die getrocknete und gemahlene Pulverprobe
wird in einer RFA Probenküvette in das
Gerät platziert, dabei wird der Messbereich
zur Analyse der „leichten“ Elemente wie z. B.
Na und Mg evakuiert. Um Effekte durch Inhomogenitäten
in der Probe zu reduzieren, wird
diese während der Messung gedreht.
Die Röntgenfluoreszenzstrahlung wird
mit Hilfe eines hochauflösenden Silizium-
Drift-Detektors (SDD) erfasst.
Alle Komponenten des Geräts sind in
einem kleinen, robusten Gehäuse mit einem
Footprint von 31 cm x 31 cm und einer
Transporthöhe von 27 cm untergebracht und
das Gerät wiegt ca. 12 kg. Die Messparameter
sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Abb. 1: Beispieldiagramm
für die
Elementzusammensetzung
einer
Gesteinsschicht-
Bohrung.
Mobile Analysesysteme
GIT Labor-Fachzeitschrift 9/2013 ▪▪▪ 583