Analytische Chemie
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Organisationseinheit der BAM
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Die Eigenschaften und die Verlässlichkeit von Materialien jeglicher Art sind seit jeher die Grundlagen der Technik einer Gesellschaft. Tiefgreifende Kenntnisse über sie sind deshalb eine Voraussetzung um neue Produkte zu entwickeln, Verlässlichkeit zu gewährleisten, oder aber auch, wie in der Archäometrie, Kenntnisse über die Vergangenheit zu gewinnen. Ein Schlüssel zum Verständnis ist das Wissen über die chemische Zusammensetzung und die Struktur von Materialien Die Analyse mit Synchrotronstrahlung bietet hierfür herausragende Werkzeuge an, die zerstörungsfrei und hochsensitiv sind. Mit Röntgenfluoreszenzanalyse kann die elementare Zusammensetzung in winzigen Proben bis auf μg/g bestimmt werden. Anwendungsbeispiele aus verschiedenen Themengebieten, aber besonders von archäologischen Fragestellungen wie z.B. dem Goldfund von Bernstorf werden im Vortrag vorgestellt.
The BAMline at the synchrotron BESSY II in Berlin supplies users with up to date analytical x-ray methods for the energy range between 5 and 50 keV. Additional to XRF with micron Resolution it provides amongst other things the possibility to use TXRF and XANES. Especially the use of
the so-called Color X-Ray Camera (CXC) opens the possibility to use new and effective detection schemes, which allow to measure simultaneously distributions of elements or Absorption spectra in a motionless mode.
In this talk the analytical possibilities at the BAMline for samples with biological Background will be introduced. The available methods will be presented and discussed for various examples.
A perspective for the future use for XANES in grazing emission and TXRF geometries for plant materials will be given.
The gold finds from Bernstorf, in the Freising district of Bavaria, were discovered in 1998, in the area of a Bronze Age settlement. First analyses with X-ray fluorescence (XRF) revealed gold of an unusually high purity grade, which was explained by using cementation techniques.
A newer analysis with laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA–ICP–MS) indicated an even higher purity. These analytical results were the starting point of an ongoing discussion. The amount and type of the detected contaminants were highly controversial and led to contradictory interpretations.
We reanalysed 11 gold samples with synchrotron radiation induced X-ray fluorescence (SRXRF) at the BAMline at BESSY-II. To reach the desired detection limits a thorough analysis with three different excitation energies and detection conditions were applied to confirm or disprove the previous results.
In this contribution we will get into the details for the need of the different measurement conditions and the virtues of the use of synchrotron radiation. The use and effectiveness of cementation techniques will be addressed. Finally we will present the achieved results and their impact on the discussion.
Absorptionskantentomographie, auch bekannt als differentielle Tomographie an Kanten, ist ein Verfahren, bei dem ausgenutzt wird, dass sich die Schwächung von Röntgenstrahlen beim Übergang der Photonenenergie über die Absorptionskanten sprunghaft ändert. Die Verwendung von Synchrotronstrahlung ermöglicht die Anwendung der Absorptionskantentomographie für nahezu jedes Element, da sie eine intensive, durchstimmbare Strahlenquelle mit kleiner Bandbreite darstellt. Der Mikrotomographieaufbau der BAM am Elektronenspeicherring BESSY II eignet sich mit einem Energiebereich von 5 keV bis über 60 keV und einer Ortsauflösung besser als 0.5 µm zur differentiellen Tomographie an den K-Kanten der Elemente von Chrom bis zu den Lanthaniden, bei Einbeziehung der L-Kante bis zu Uran.
In dieser Arbeit wird die Absorptionskantentomographie ausgenutzt, um das Gefüge von Legierungen dreidimensional und nichtdestruktiv zu vermessen. Als Beispiel wird eine Legierung zwischen Magnesium, Yttrium und Zink analysiert, die sich gegenüber unlegiertem Magnesium durch größere Festigkeit und geringere Korrosionsanfälligkeit auszeichnet. Der Grund dafür liegt in der Bildung einer kristallographisch hochgeordneten Phase (long period stacking ordered - LPSO) der Legierungsbestandteile, die die Matrix in Form von Fasern durchzieht. Anhand ihres Yttriumgehaltes wird die dreidimensionale Verteilung der LPSO-Phase in der Matrix für verschiedene Proben bestimmt und mit Schnittbildern und Korrosionstests verglichen. Die Absorptionskantentomographie erweist sich als eine geeignete Methode, um die dreidimensionale Mikrostruktur von Legierungen zu charakterisieren.
High Speed X-ray Imaging and Spectroscopy with pnCCDs: XRF, XRD and PIXE measurements (and others)
(2016)
For many years pnCCDs have been well known as X-ray detectors for spectroscopic imaging in
many fields of science: X-Ray Fluorescence analysis (XRF), X-ray Diffraction (XRD) with light
sources in large accelerator facilities as well as with laboratory light sources or with X-rays from
celestial sources in X-ray astronomy. A brief introduction in GEXRF (Grazing Emission XRF)
measurements with a laboratory laser produced plasma source will be given, PIXE (Particle Induced
X-ray Emission) measurements and D2XRF (Double Dispersive X-Ray Fluorescence) and Slicing
experiments with pnCCDs coupled to polycapillary optics performed at the BESSY synchrotron will
be shown. Energy-dispersive Laue diffraction with ultra-hard X-rays for the analysis of defects
in metals will conclude the overview of spectroscopic X-ray imaging measurements in the field of
structure and dynamics of matter.
The Color X-ray Camera CXC or SLcam® is an energy-resolving X-ray camera capable of energy- and space-resolved measurements. It consists of a high-speed CCD detector coupled to a polycapil-lary optic that conducts the X-ray photons from the probe to distinct pixels onto the detector.
The camera is capable of fast acquisition of spatially and energy resolved fluorescence images. A dedicated software enables the acquisition and the online processing of the spectral data for all 69696 pixels, leading to a real-time visualization of the elements distribution in a sample. It was developed in a joint project with BAM, IFG Berlin and PN Sensors.
In this contribution we will mainly discuss the use of the CXC at our beamline, the BAMline at BESSY II and imaging applications of the CXC from different areas, like biology and archaeometry. Additionally new developments for the use of the detector without optics, like wavelength dispersive detection or 1shot-XANES, will be presented.