Geokemiske analyser (XRF, ICP-MS, EPMA)

Geovidenskab A · STX · A-niveau · Geokemi og isotopgeologi

🌍 Geokemiske analyser (XRF, ICP-MS, EPMA)

Geokemiske analyser = laboratorie-teknikker til bestemmelse af kemisk sammensætning af stenarter, mineraler, jord, vand.

Centralt for: malmprøving, miljømonitering, palæoklimat, planet-geologi (Mars-rovere).

Hovedteknikker:

1.

XRF (X-Ray Fluorescence): ikke-destruktiv. Prøve bestråles med høj-energi røntgen → atomer eksciteres → udsender karakteristiske fluorescens-røntgen-fotoner med energier specifikke for hvert grundstof.

Detekteres: alle grundstoffer fra Na (Z=11) til U (Z=92).

Detektionsgrænse: 1-100 ppm afhængigt af element.

Anvendelser

• (a) Felt-XRF (handheld) — bærbar, batteri-drevet, 30-60 sek per måling. Bruges til malmprøving, jord-forurening, kunst-historie (autenticitet af malerier!).
• (b) Lab-XRF — pulver-prøver, ~10 mg, høj præcision.

Begrænsninger: ikke følsom for lette elementer (H, Li, Be, B, C, N, O, F). Pris: 30.000-200.000 DKK for handheld.

2.

ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry): SUPER-følsom + multi-element.

Princip: prøve opløses i syre → spray → 6.000-10.000°C plasma ioniserer atomerne → masse-spektrometer separerer ioner efter masse/ladning.

Detektionsgrænse: ppt-ppb (parts per billion/trillion!) — 1.000-10.000× mere følsom end XRF.

Anvendelser

spor-element-analyse (Pb i drikkevand, As, Hg, Cd), isotop-analyse (Sr, Pb, U), farmaceutisk + miljø + retsmedicin.

Begrænsninger: destruktiv, kræver opløsning (HF for silikater — farligt!), lang prøveforberedelse.

Pris-niveau: lab-XRF ~300.000 DKK, handheld ~100.000 DKK, ICP-MS ~1-2 mio. DKK — tilgængeligt på universiteter og geologiske laboratorier.

Læringsmål

• Forklare grundstoffernes kredsløb (C, N, S, P)
• Anvende ¹⁴C-, U-Pb-, K-Ar-datering
• Anvende geokemiske analyser (XRF, ICP-MS)
• Tolke δ¹⁸O og δ¹³C som klimaarkiv
• Forklare zirkon som ældste mineral

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar kort, hvad XRF, ICP-MS og EPMA kan måle om en bjergarts sammensætning
• Sammenlign metodernes følsomhed — hvilken er bedst til at måle spor-grundstoffer
• Diskutér hvilken metode du ville vælge til at undersøge sammensætningen af en vulkansk aske

Eksperiment-forslag

• Sammenlign XRF og ICP-MS: hvornår vælger man hvilken (ppm-niveau, prøvestørrelse, destruktiv/ikke-destruktiv)?
• Analyser XRF-spektrum for basalt: identificer mafiske elementer (Fe, Mg, Ca) og sammenlign med granit (Si, Al, K).
• Diskuter detektionsgrænserne: XRF ~100 ppm vs. ICP-MS ~ppt — hvad er relevansforskel for miljøanalyse og malmsøgning?

Brobygning

Geokemiske analyser karakteriserer mineraler og bjergarter — videre til ¹⁴C-datering (50.000 år) for den mest anvendte dateringsmetode i geovidenskab og arkæologi.