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The aim of the present study is to characterize emeralds from different mines of Brazil by using Synchrotron Radiation X-ray Fluorescence Microanalysis (µ-SRXRF). The advantage of this technique is that we can analyze a homogeneous, inclusion free area of the stone with the microbeam to distinguish the elemental fingerprint according to the provenance of the emerald. A total of 47 samples belonging to 5 different Brazilian mines were studied in this work and 28 elements were identified. By means of Principal Component Analysis (PCA) it is possible to build different groups according to the provenance of the stones, which allows to assign samples of unknown origin to the according mine.
The mechanism of action of zirconium permanent modifiers on graphite surfaces was investigated in order to understand its influence on the analytical signal in atomic and molecular absorption spectrometry (AAS/MAS). For this, the molecule formation of CaF was studied, which is used for the indirect analytical determination of fluorine in high-resolution continuum source graphite furnace molecular absorption spectrometry (HR-CS-GFMAS). The kinetics of this reaction was established by monitoring its molecular spectrum at different atomisation temperatures. An Arrhenius plot showed a pseudo-first order reaction with respect to fluorine (n = 1). An intermediate state was isolated, and its structure was elucidated by spectroscopic methods: scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEMEDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray absorption spectroscopy (XANES and EXAFS), and Raman microspectroscopy. We propose here a mechanism, where ZrO2 acts as a heterogeneous catalyst: after a pyrolytic step, an intermediate state of ZrO(OCaF) is activated, and at higher temperatures, CaF(g) is released from the zirconium-coated graphite surface. No evidence of the formation of zirconium carbide was found. Consequently, as the CaF formation is catalysed by a heterogeneous catalyst, surface modifications with ZrO2 nanoparticles and ZrO xerogels were investigated in order to increase the surface area. Their influence was evaluated in the molecule formation of CaF, CaCl, CaBr, and CaI. Graphite furnace modification with zirconium oxide nanoparticles proves to be the best choice for fluorine analysis with a signal enhancement of more than eleven times with respect a non-coated graphite furnace. However, the influence of zirconium modifications in the analytical signals of Cl, and I is lower than the F signals or even negative in case of the Br. Understanding zirconium modifiers as heterogeneous catalysts offers a new perspective to AAS and MAS, and reveals the potential of surface analytical methods for development of improved permanent modifiers and graphite furnace coatings.
Die naturwissenschaftliche Analyse historischer Materialen ermöglicht die Beantwortung kulturhistorischer Fragestellungen, die mit kunsthistorischen oder archäologischen Ansätzen allein nicht zu leisten sind. In dieser Studie wurden sechs römische Münzen mit unterschiedlich stark ausgeprägten Korrosionsschichten an unbehandelten und polierten Stellen mit vier zerstörungsfreien analytischen Methoden untersucht: Hoch- und Niederenergie Protonen Induzierter Röntgenemission (HE-/PIXE), Synchrotronstrahlungsinduzierte-Röntgenfluoreszenzanalyse (SY-RFA) und Mikro-Röntgenfluoreszenzanalyse (Mikro-RFA) mit einem mobilen Gerät. Aufgrund von Unterschieden in den Messbedingungen und dem Einfluss der Patina-Schichten auf diese ergaben sich nur für wenige Elemente Übereinstimmungen in den quantitativen Daten. Zur Validierung zukünftiger Messkampagnen mit verschiedenen Methoden sind daher Vergleichstudien unerlässlich.
X-ray scattering may contribute significantly to the spectral background of X-ray fluorescence (XRF) spectra. Based on metrological measurements carried out with a scanning electron microscope (SEM) having attached a well characterised X-ray source (polychromatic X-ray tube) and a calibrated energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) the accuracy of a physical model for X-ray scattering is systematically evaluated for representative samples. The knowledge of the X-ray spectrometer efficiency, but also of the spectrometer response functions makes it possible to define a physical spectral background of XRF spectra. Background subtraction relying on purely mathematical procedures is state-of-the-art. The results produced by the analytical model are at least as reliable as those obtained by Monte-Carlo simulations, even without considering the very challenging contribution of multiple scattering. Special attention has been paid to Compton broadening. Relevant applications of the implementation of the analytical model presented in this paper are the prediction of the limits of detection for particular cases or the determination of the transmission of X-ray polycapillary lenses.
A systematic series of measurements has been carried out with monochromatic X-ray excitation with synchrotron radiation in order to check a physical model on X-ray scattering. The model has recently been successfully tested for the case of polychromatic, unpolarised excitation emitted by an X-ray tube. Our main purpose is the modelling of a physical background in X-ray fluorescence spectra, so that improved quantitative results can be achieved especially for strongly scattering specimens. The model includes single Rayleigh and Compton scattering in the specimen, the effect of bound electrons, the challenging Compton broadening and the polarisation degree. Representative specimens, measurement geometries and excitation energies have been selected with synchrotron monochromatic light at BAMline/BESSY II. Monte-Carlo simulations have been also carried out in order to evaluate the quality of the results achieved with the model.
In this talk, the features of X-ray fluorescence analysis with synchrotron radiation will be presented. First, the basics of the origin of synchrotron radiation and X-ray fluorescence analysis and the experimental setup will be discussed. Then, examples of trace element detection, micrometer resolution, and application of the X-ray color camera will be shown.
Synchrotron radiation (SR) has been used in recent years as an excellent excitation source for X-ray fluorescence spectrometry. SR offers, in contrast to conventional X-ray sources, highly brilliant polychromatic, polarized radiation with which micro-domain X-ray fluorescence spectrometry becomes possible. A feasibility study of utility, conducted at BESSY (Berlin) and at DELTA (Dortmund), both synchrotron facilities of the third generation, to evaluate the use of wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometry in combination with synchrotron radiation is presented. First results for material analysis, obtained by combining the synchrotron radiation and a commercially available spectrometer commonly attached to a scanning electron microscope, are presented. The spectrometer, of the linear type, uses curved focusing Bragg-crystals of the Johann type which leads to a high spectral resolution up to 3 eV. Examples of micro-domain analyses are presented and compared with those obtained by synchrotron radiation induced energy dispersive X-ray fluorescence.
Vultures hit by beam
(2005)
Gold ist eines der sieben schon im Altertum bekannten Metalle und wurde wg. seines Glanzes und seiner Seltenheit von alters her als Tauschmittel und zur Herstellung von Schmuck benutzt. Außerdem ist es einfach bearbeitbar und weitestgehend gegen chemische Einflüsse resistent. Die Untersuchungen von Gold mit synchrotronstrahlungsangeregter Röntgenfluoreszenzanalyse sind zerstörungsfrei und geben Auskunft über die in der untersuchten Probe vorhandenen chemischen Elemente. Bei den hier vorgestellten Untersuchungen an der BAMline stehen Fragestellungen wie Herkunft, Herstellungsverfahren und Zusammengehörigkeit von Goldfunden im Vordergrund. Die verschiedenen Fragestellungen werden an einer Reihe von Beispielen erläutert die vom Wikingerschatz aus Hiddensee über die Himmelsscheibe von Nebra bis hin zu Funden aus Ägypten langen. Zusätzlich werden die modernen Messmethoden vorgestellt, die am Synchrotron heutzutage zur Verfügung stehen.
Gold ist eines der sieben schon im Altertum bekannten Metalle und wurde wg. seines Glanzes und seiner Seltenheit von alters her als Tauschmittel und zur Herstellung von Schmuck benutzt. Außerdem ist es einfach bearbeitbar und weitestgehend gegen chemische Einflüsse resistent.
Die Untersuchungen von Gold mit synchrotronstrahlungsangeregter Röntgenfluoreszenzanalyse sind zerstörungsfrei und geben Auskunft über die in der untersuchten Probe vorhandenen chemischen Elemente.
Bei den hier vorgestellten Untersuchungen an der BAMline stehen Fragestellungen wie Herkunft, Herstellungsverfahren und Zusammengehörigkeit von Goldfunden im Vordergrund. Die verschiedenen Fragestellungen werden an einer Reihe von Beispielen erläutert die vom Wikingerschatz aus Hiddensee über die Himmelsscheibe von Nebra bis hin zu Funden aus Ägypten langen. Zusätzlich werden die modernen Messmethoden vorgestellt, die am Synchrotron heutzutage zur Verfügung stehen.
Gold ist eines der sieben schon im Altertum bekannten Metalle und wurde wg. seines Glanzes und seiner Seltenheit von alters her als Tauschmittel und zur Herstellung von Schmuck benutzt. Außerdem ist es einfach bearbeitbar und weitestgehend gegen chemische Einflüsse resistent. Die Untersuchungen von Gold mit synchrotronstrahlungsangeregter Röntgenfluoreszenzanalyse sind zerstörungsfrei und geben Auskunft über die in der untersuchten Probe vorhandenen chemischen Elemente. Bei den hier vorgestellten Untersuchungen an der BAMline stehen Fragestellungen wie Herkunft, Herstellungsverfahren und Zusammengehörigkeit von Goldfunden im Vordergrund. Die verschiedenen Fragestellungen werden an einer Reihe von Beispielen erläutert die vom Wikingerschatz aus Hiddensee über die Himmelsscheibe von Nebra bis hin zu Funden aus Ägypten langen. Der Fund von Bernstorf wird ausführlich diskutiert.