Mineralogie und Dünnschliffe
Die Präparation von Gesteins-, Mineralien-, Keramik- und biologischen Proben hat in der Regel folgende Ziele:
- Bestimmung von Gesteinsarten
- Identifizierung und Kartierung von Mineralien, beispielsweise zum Datieren oder Erkunden
- Analyse von beispielsweise Haupt- und Spurenelementen, Strukturuntersuchungen und isotopische Zusammensetzung
- Untersuchung von Fluideinschlüssen
- Untersuchung von Mikrofossilien
- Untersuchung der Gesteinsstruktur, beispielsweise Porosität und Durchlässigkeit
- Untersuchung der Struktur und des Alters von Knochen bzw. Zähnen
Probenarten
Proben können einer von vier Gruppen zugeordnet werden:
- Dünschliffe (30 µm) (+ Abdeckglas): Zur Untersuchung in Durchlicht oder mit Elektronenmikroskop/Mikrosonde
- Polierte Dünnschliffe: Zur Untersuchung in Durchlicht/in Auflicht oder mit Elektronenmikroskop/Mikrosonde
- Dicke Schliffe (~100 µm): Zur Untersuchung in Auflicht oder mit Elektronenmikroskop/Mikrosonde
- Polierte Blöcke/Einbettungen: Zur Untersuchung in Auflicht oder mit Elektronenmikroskop/Mikrosonde
Für die Proben in Gruppe 1, 2 und 3 gelten spezielle Anforderungen für die materialographische Präparation. Die Gruppen unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich Oberflächengüte und Probendicke.
Proben in Gruppe 4 ähneln, was die Anforderungen betrifft, herkömmlichen materialographischen Proben.
Für ein bestimmtes mineralogisches Material werden, ungeachtet der Gruppenzugehörigkeit, ähnliche Präparationsmethoden gewählt, da die Präparationsschritte durch die mineralogischen Eigenschaften bestimmt werden.
Mineralogische und Dünnschliffpräparation in der Praxis
Dünnschliffe in der Praxis
Die Herstellung von Dünnschliffen erfolgt in mehreren Schritten mit besonderen Spezialgeräten. Die Wahl von Gerät, Verbrauchsmaterialien, Arbeitsprozess und Methode hängt von der Art der Probe ab.
Hier soll zunächst der Arbeitsablauf generell besprochen werden. Auf mineralogische Proben wird nachstehend genauer eingegangen.
- Probenahme aus größerem Block
- Schneiden einer Probe auf z. B. 20 x 30 x 8,0 mm
- Schleifen oder Läppen der Probe mit vollständiger Planheit
- Schleifen des Glasträgers mit vollständiger Planheit und vorgegebener Dicke
- Aufkleben der Probe auf den Glasträger mittels Vakuumimprägnierung
- Abtrennen von überschüssigem Probenmaterial bis auf eine Dicke von 0,5–2 mm
- Schleifen von Dünnschliffen auf eine Dicke von 80 µm
- Schleifen oder Läppen der Dünnschliffe auf eine endgültige Dicke von Dünnschliff + Einbettmittel von beispielsweise 30 µm
- Polieren der Dünnschliffe unter Abtrag von etwa 10 µm
Polieren von Blöcken/Einbettungen in der Praxis
Die Präparation von polierten Blöcken bzw. Einbettungen ähnelt der für andere Werkstoffe. Allerdings ist das Trennen auf eine bestimmte Probengröße, das Kleben auf Glasträger und dergleichen hier ausgenommen. Die Präparation dieser Proben folgt dem herkömmlichen Verfahren mit vier Schritten, wobei die Parameter und Verbrauchsmaterialien in jedem Schritt sorgfältig auf das zu präparierende Mineral abgestimmt sind.
1. Trennen auf eine passende Größe und Geometrie
3. Schleifen/Läppen zum Entfernen von Oberflächendefekten, zum Erreichen der Planheit und zur Vorbereitung der Oberfläche für das Polieren.
Präparation mineralogischer Proben
Mineralogische Proben sind in der Regel hart, spröde, poröse und nicht homogen. Sie können ausgesprochen harte und weiche Phasen enthalten, was Geräte und Zubehör verlangt, die speziell für diese Materialien entwickelt wurden.
"Struers Mineralogram - "Mineralogy Methods Cube"
Der Methodenwürfel deckt Standard-Dünnschnittpräparationsmethoden für eine Vielzahl von Mineralien ab. Sie wurde in Zusammenarbeit mit GEUS, der geologischen Forschungsanstalt für Dänemark und Grönland, entwickelt.
Visualisierung der Datenbank:
- In Absprache mit GEUS wurde zur Darstellung der Eigenschaften von Mineralien ein Würfel gewählt. Dieser Würfel ist aus drei zweidimensionalen Quadraten zusammengesetzt, um das Verständnis für die Materie und die Arbeit mit dem Würfel zu erleichtern.
- Die Härte einer geologischen Probe ist ein schwer fassbarer Begriff, da Gestein immer eine Art Verbundmaterial ist, d. h. eine Mischung aus Mineralien mit potenziell unterschiedlichen Härtegraden. Wichtige Parameter in diesem Zusammenhang sind, für sich genommen und zusammen mit anderen, das interne Gefüge (Schieferung, Spaltbarkeit) und das Ausmaß, in dem das Gestein Druck ausgesetzt war und/oder (teilweise) von verschiedenen Flüssigkeiten oder Magma beeinflusst wurde.
- Gestein kann isotrope Eigenschaften aufweisen, was für jede Probe separat beurteilt werden muss. Dabei werden die Mineralien und das allgemeine Gefüge der Probe berücksichtigt, aber auch, ob anderer Bedingungen die Härte beeinflusst haben können.
Um das Konzept des Mineralogramms genauer zu erläutern, haben wir zehn Mineralien aus der nachstehenden Liste in das Diagramm eingetragen. Die drei beschriebenen Präparationsmethoden decken alle Mineralien in dem Würfel ab. Außerdem wird eine Methode für reaktive oder auf Wasser empfindlich reagierende Mineralien angegeben.
Mineralogische und Dünnschliffpräparation in der Praxis
Härte
Die Härte wird durch das härteste Mineral bestimmt, das mindestens 15 % der fraglichen Gesteinsart ausmacht.
Der Würfel wird in drei 2D-Diagramme unterteilt, die drei Stufen auf der Härteskala nach Mohs repräsentieren.
- Weich (1-3)
- Mittelhart (4-6)
- Hart (7-10)
Die Homogenität bzw. Heterogenität einer geologischen Probe wird nicht durch einen kleineren oder größeren Mineraliengehalt bestimmt, vielmehr steht sie mit der Struktur des Gesteins, einschließlich der Korngrößen der Mineralien im Inneren und dem unmittelbaren Aussehen, in Verbindung. Einfach ausgedrückt, kann eine Gesteinsprobe als homogen bezeichnet werden, wenn sie, was Struktur und Zusammensetzung betrifft, in allen Richtungen einheitlich wirkt (einheitliches Muster).
Verfestigung
Verfahren, dass eine Gesteinsart fester und beständiger macht.
Verfestigt (dicht gepackt): Guter Zusammenhalt, was die Festigkeit und Beständigkeit des Minerals erhöht.
Ineinander gefügte Körner ohne Risse und Poren.
Nicht verfestigt (lose gepackt): Lose Körnung, porös, bröselig, schlecht verbundene Körner usw.
Homogenität
Mit den Begriffen Homogenität bzw. Heterogenität wird die Einheitlichkeit eines Materials beschrieben.
Homogene Materialien zeichnen sich durch eine einheitliche Zusammensetzung oder einheitliche Art mit ähnlichen Eigenschaften aus,
heterogene Materialien durch uneinheitliche Merkmale.