Manganvalenzbildgebung in Mn-Mineralien im Nanoskalebereich mittels STEM-EELS

Die Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) wurde zusammen mit der rasterübertragenden Elektronenmikroskopie (STEM) verwendet, um die durchschnittliche Mn-Valenz in natürlichen Mineralien im Nanometerbereich zu quantifizieren. Es wurde eine Methode entwickelt, um die Energieverlustskala genau zu kalibrieren, was einen Vergleich zwischen STEM-EELS und den Methoden der Röntgenabsorptionsspektroskopie ermöglicht, die die chemische Verschiebung an der L-Kante untersuchen, während sich die Mn-Valenz ändert. Die chemischen Verschiebungsme Messungen stimmten überein mit Daten, die von früheren Forschern sowohl aus der Röntgen- als auch aus der Elektronenenergieverlustspektroskopie berichtet wurden. Die Intensitätsverhältnisse der L3/L2-Weißlinie waren ebenfalls konsistent mit früheren Arbeiten. Eine Kalibrierkurve für die Mn-Valenz wurde unter Verwendung der Intensitätsverhältnisse der L3/L2-Weißlinie aus Messungen synthetischer Standards erstellt. Die durchschnittliche Mn-Valenz wurde bestimmt, da es nicht möglich ist, Mn3+ von Mischungen aus Mn2+ und Mn4+ mit beiden Methoden zu unterscheiden. Die Weißlinienintensitätsmethode wurde in automatisierte Software implementiert, die eine schnelle Verarbeitung von Punkt-Spektren sowie 1-D- und 2-D-Spektrumbilder ermöglicht. Punktanalysen von zwei natürlichen Pyrolusit-Proben zeigten eine Mn-Valenz von 4,0, während Punktanalysen von Romanechit und Manganit Werte von 3,8 bzw. 3,4 ergaben. Eine Grenzfläche zwischen Braunstein und Bementit wurde verwendet, um die 1-D- und 2-D-Spektrumbildfähigkeiten zu veranschaulichen. Die gemessene Valenz von Mn im Braunstein und Bementit betrug 2,9 bzw. 2,0; beides stimmte mit theoretischen Werten überein. Die Braunstein-Bementit-Probe demonstrierte die Heterogenität der Mn-Valenz, die in natürlichen Mineralien üblich ist, und die Vorteile der Quantifizierung von Valenzinformationen in einem bekannten räumlichen Kontext.