应用与透射电子显微术相结合的电子能量损失谱(EELS)测定矿物中Ce和Fe的氧化态

应用与透射电子显微术相结合的电子能量损失谱(EELS)测定矿物中Ce和Fe的氧化态

徐惠芳

美国新墨西哥大学地球与行星科学系，Albuquerque, NM 87131

收稿日期:2000-06-20 修回日期:2000-06-20 出版日期:2000-06-20 发布日期:2000-06-20

Using Electron Energy-Loss Spectroscopy(EELS) Associated with Transmission Electron Microscopy to Determine Oxidation States of Ce and Fe in Minerals

XU Hui-fang

Department of Earth and Planetary Sciences, The University of New Mexico, Albuquerque, New Mexico 87131, U.S.A．

Received:2000-06-20 Revised:2000-06-20 Online:2000-06-20 Published:2000-06-20

摘要/Abstract

摘要： 在透射电子显微镜(TEM)中，与样品发生弹性散射的高能电子可被用于成像和产生选区电子衍射(SAED)，它们能提供关于样品结构的重要信息。高分辨透射电子显微镜(HRTEM )由于它具有高的空间分辨率，因而可以在原子的尺度上来研究样品的结构和微结构(或织构 )。此外，TEM中入射的高能电子还经历了与样品的非弹性相互作用，它可以提供关于样品的化学和电子结构的进一步信息。据此，以TEM中的X射线能量色散谱学(EDS)和电子能量损失谱学(EELS)为基础，产生了分析电子显微术(AEM)。其中EELS能够提供有关样品的诸如定量化学分析(包括除氢以外的所有元素)、氧化态、配位、结晶度以及化学键合类型等有价值的信息。HRTEM与EELS结合的研究则能从纳米尺度上提供关于矿物反应的微结构和微化学信息。应用以M4和M5边的电子能量损失近边结构(ELNES)为基础的EELS，研究了被建议作为放射性废料寄主相的烧绿石中Ce的氧化态。与Ce3＋相比，Ce4＋的M4和M5边具有较高的能量损失。M4与M5边之间以及它们之后的弱峰之间的强度比可用于Ce3＋与Ce4＋的定量分析。在内蒙所产烧绿石矿物的颗粒，其未蚀变区的EELS数据指示出有Ce3＋及其他稀士元素。然而由相邻蚀变区得出的EELS光谱则显示为Ce4＋、Ba及其他稀土元素。这表明在烧绿石蚀变期间，Ce的氧化导致了稀土元素、U及α衰变产物Pb的损失。基于Fe-L3边之ELNES的特征，EELS也能提供关于含Fe的闪石、辉石及其他硅酸盐矿物中Fe的氧化态的定量信息。应用这一方法直接测定了相互连生的一对闪石和辉石中Fe氧化态的定量值。其中闪石的Fe3＋/∑Fe原子数之比=0.65，而按间接计算方法得出的该闪石之相应的比值为0.5，两者间有明显的差异。

Abstract: EELS based on features of ELNES of M4 and M5 ed ges can provide information regarding oxidation states of Ce in proposed host ph ases of radioactive wastes (e.g., pyrochlore) and other REE- bearing minerals. M4 and M5 edges of Ce4+ have higher energy-loss than those of Ce3+. Intensity ratio between M4 and M5 edges and weak peaks after the M4 and M5 edges can be used for quantifica tion of Ce3+ and Ce4+. EELS data from an unaltered area of pyrochlo refrom Inner Mongolia o f China indicate Ce3+ and other rare earth elements (REE). However, EELS spectrum from the neighboring altered area shows Ce4+, Ba and other REE. The oxidation of Ce results in loss of REE, U, and alpha decay product Pb during the alteration of the pyrochlore. Based on features of ELNES of L3 edges, EELS spectra can also provide quantitative information regarding oxidati on states of Fe in Fe-bearing amphiboles, Fe-bearing pyroxenes, and other sili ca te minerals. There is a large difference in Fe oxidation states of the amphibole between the directly measured and indirectly calculated methods.

徐惠芳 . 应用与透射电子显微术相结合的电子能量损失谱(EELS)测定矿物中Ce和Fe的氧化态 [J]. J4.

XU Hui-fang. Using Electron Energy-Loss Spectroscopy(EELS) Associated with Transmission Electron Microscopy to Determine Oxidation States of Ce and Fe in Minerals[J]. J4.