Bestimmung von Fe2+/Fe3+ Verhältnissen in silikatischen Gläsern anhand von quantitavien Elektronenstrahlmikrosonden Analysen - experimentelle Kalibrierung

• Antragsteller: Dr. Renat Almeev, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257090887

Das Fe3+/Fe2+-Verhältnis in natürlichen silikatischen Schmelzen ist ein wichtiger Parameter zur Bestimmung der Redox-Bedingungen, die zusammen mit den thermodynamischen Variablen wie Temperatur, Druck und Wasseraktivität die physikalischen und chemischen Eigenschaften von magmatischen Gesteinsschmelzen kontrollieren. Trotz großer Fortschritte bei der Entwicklung von analytischen Geräten, fehlt es immer noch an einer universellen Methode zur direkten Bestimmung des Fe3+/Fe2+-Verhältnisses in heterogenen Proben, insbesondere mit hoher Ortsaufgelöstheit für die Bestimmung von Schmelzeinschlüssen oder abgeschreckten Glasrändern in natürlichen Proben oder von kleinvolumigen Schmelz-Bereichen, die in experimentellen Apparaturen synthetisiert wurden. Zwar stehen, mit gewissem Maße an Ortsaufgelöstheit, eine Reihe von Methoden für die Bestimmung des Fe3+/Fe2+-Verhältnisses zur Verfügung, die aber alle über spezifische Nachteile verfügen, wie mangelnde Verfügbarkeit, nur ungenügende Ortsaufgelöstheit oder zu starke Materialschädigung. Dieses Projekt hat zum Ziel, die Bestimmung von Fe3+/Fe2+-Verhältnissen in silikatischen Gläsern mit der Elektronenstrahl-Mikrosonde zu etablieren, eine ideale mikroanalytische Methode, die in vielen Laboren weltweit zur Verfügung steht, relative niedrige Kosten verursacht und darüber hinaus eine hervorragende lokale Auflösung bietet. Die Möglichkeit, Fe3+/Fe2+-Verhältnisse mit der Elektronenstrahl-Mikrosonde zu bestimmen, basiert auf der Eigenschaft der Übergangsmetalle, Verschiebungen der L-alpha and L-beta Peaks sowie Unterschiede in den L-alpha/L-beta Intensitätsverhältnissen in den Röntgen-Emissions-Spektren in Abhängigkeit vom Oxidationsgrad zu zeigen. Dazu wurden bereits verschiedene Ansätze zur Kalibrierung entwickelt (Peak-shift- und Flankenmethode), die sich aber ausschließlich auf kristalline, sehr eisenreiche Substanzen beschränken. Nur die Peak-shift-Methode von Fialin et al. (2011) ist bislang in der Literatur zur Analyse von silikatischen Gläsern etabliert. Es zeigt sich jedoch, dass diese Methode erhebliche Fehler aufweist, wenn sehr oxidierende oder sehr reduzierende Gläser analysiert werden. Dieses Projekt hat eine Weiterentwicklung des Modells von Fialin et al. (2001) zum Ziel, basierend auf einer neuen Kalibration der exakten Peakposition der Fe-L-Serie, als Funktion des Fe-Gehaltes, unter Verwendung eines neuen, sehr umfangreichen Satzes von experimentellen Glas-Standards zur Kalibrierung. Die für die Kalibrierung zu verwendenden Gläser überspannen einen signifikant größeren Bereich an Zusammensetzungen als frühere Ansätze und wurden unter einer extrem großen Variation in den Redoxbedingungen synthetisiert. Im Gegensatz zu früheren Kalibrierungsansatz, bei dem für die reinen Fe2+ und Fe3+-Endglieder Mineralstandards verwendet wurden, verfolgt der hier vorgeschlagene Ansatz die Nutzung von experimentellen Gläsern, die unter extrem reduzierenden und oxidierenden Bedingungen synthetisiert wurden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Beteiligte Personen: Dr. Alexander Borisov, Ph.D.; Professor Dr. Jürgen Koepke