Mapa de elementos (mapas RX)
De:
Element Mapping--John Goodge, Universidad de Minnesota-Duluth
Fecha de Publicación Inicial: 17 de mayo de 2007
Mapa de zonación en Mg de granate.
Un mapa de elementos es una imagen que muestra la distribución espacial de los elementos en una muestra.
Ya que se obtiene en una sección pulida, se trata de una sección 2D de la muestra. Los mapas de elementos son extremadamente útiles para mostrar la distribución de elementos en un contexto textural, en particular para mostrar la
zonación composicional.
Cómo funciona: Mapeo de elementos
Se puede utilizar un sistema EDS o
WDS para generar un mapa de elementos. En ambos casos, la imagen se genera
escaneando/sondeando progresivamente el haz de electrones punto por
punto sobre el área de interés. Esto es rasterizar, o sea, crear una estructura de datos
en filas y columnas que forman una cuadrícula cuadrada o rectangular de píxeles donde cada píxel representa un valor,
lo que permite conformar imágenes a partir de datos continuos, como imágenes satelitales, mapas de elevación
del terreno, modelos de temperatura, o de composición elementar en
muestras, y donde la calidad de la imagen depende del tamaño del píxel.
Piense en un mapa de elementos como una imagen píxel a píxel (mapa de bits). La resolución
espacial (tamaño del píxel) está determinada por el tamaño del haz, y la respuesta relativa de cada elemento está determinada por el tiempo que el haz permanece en cada punto (y, por supuesto, la concentración real). Se puede lograr una mayor distinción mediante un análisis prolongados,
pero a costa del tiempo (y coste de uso de la máquina).
En muchos casos, se pueden adquirir mapas de elementos adecuados mediante sistemas
EDS. Este suele ser un método más rápido, pero se sacrifica la resolución y los límites de detección. Los mejores mapas de elementos se adquieren utilizando un sistema
WDS en una microsonda electrónica, pero la desventaja de usar espectrómetros es un mayor tiempo de adquisición.
Fortalezas
Los mapas de elementos muestran la distribución espacial de los elementos en una muestra.
Los mapas de diferentes elementos en la misma área pueden ayudar a determinar las fases presentes.
Los mapas de elementos ofrecen una imagen 2D completa de la
zonación química interna de un mineral, lo cual es más informativo que una simple línea transversal
(perfil composicional).
Los mapas de elementos se guardan digitalmente y se pueden usar como mapas
para la localización de análisis puntuales realizados en la muestra.
Limitaciones
Debido a que los tiempos de permanencia (del haz en
un pixel dado) suelen ser más cortos que en el análisis
WDS (puntual), los elementos en baja
concentración pueden no dar señal.
Resultados
A diferencia de las imágenes de electrones retrodispersados (BSE), que solo muestran el Z promedio en una fase, los mapas de elementos muestran la verdadera distribución espacial de cada elemento de interés
en la fase. En estos ejemplos, la zonación de plagioclasa en Na (izquierda) y Ca (derecha)
es evidente. Los mapas de elementos suelen mostrarse en falso color, lo que ayuda al ojo humano a distinguir variaciones sutiles al ampliar la gama de tonos visibles. En este caso, las concentraciones más altas son de amarillo y naranja, mientras que las concentraciones más bajas son de magenta a azul.
Mapas de elementos que muestran la
zonación en Na (izquierda) y Ca (derecha) de plagioclasa.
A diferencia de las imágenes de electrones retrodispersados (BSE), se pueden generar diferentes mapas de elementos de la misma área para su comparación. Por ejemplo, el conjunto de mapas de elementos individuales que se muestra a continuación se obtuvo en el
borde de un gran porfiroblasto de granate de un esquisto pelítico. A diferencia de las imágenes de
BSE, donde dos minerales pueden tener un Z promedio similar y, por lo tanto parecer similares, los mapas de elementos se pueden comparar para evaluar mejor los minerales presentes. En este conjunto de mapas de elementos, el granate muestra altos niveles de Fe y Mg, la cianita muestra altos niveles de Al, la moscovita muestra altos niveles de K y la plagioclasa se indica mediante la coincidencia de Na y Ca.
Además, se puede ver que el granate contiene Si, Al, Fe, Mg y Ca, pero es más rico en el componente Fe de la solución sólida.
Mapas de BSE, Si, Al, Fe,
Mg, K, Ca y Na de un esquisto pelítico con granate, distena, moscovita y
plagioclasa (existen más minerales, además de imperfecciones -huecos-
en la sección pulida de la muestra).
El mapeo elemental es una técnica utilizada para
visualizar y caracterizar la distribución espacial de los elementos
dentro de una muestra. Proporciona una representación detallada de cómo
se distribuyen los diferentes elementos en la superficie de la muestra,
lo que permite comprender mejor su estructura. Los mapas elementales se
crean mediante la combinación de información elemental punto por punto,
representando la intensidad (escala de color) la concentración de un
elemento en cada punto. Pero los mapas elementales pueden combinarse
para generar mapas de fases.
Mapa de fases usando la
información de intensidades de RX en cada píxel.
Bruker.
Correcciones
El mapeo de rayos X ha avanzado mucho desde que Duncumb los produjo en
el Laboratorio Cavendish de Cambridge, a mediados de la década de 1950,
cuando desarrolló un microanalizador de sonda electrónica de barrido
cuyo objetivo era generar directamente mapas de rayos X (mapas
elementales).
Tradicionalmente, los picos característicos de rayos X se presentan en
una cuadrícula espacial (matiz de n filas x m columnas), ya sea mediante
la medición de picos integrados de la región de interés (EDS) o mediante
WDS en un canal estrecho de longitud de onda. Todos estos contajes de
cuentas en bruto están sujetos a efectos de matriz, que no se
corrigen. Más aún, los mapas que generalmente se ofrecen no
tienen corregido el fondo. En estas circunstancias, hay un alto
potencial de interpretación errónea de los mapas, particularmente si se
trata de elementos en baja concentración y con bajo número atómico (bajo
unas condiciones experimentales dadas, el fondo es función de Z).
Con los avances actuales en hardware y software, los usuarios ya no
necesitan crear mapas de rayos X de cuentas bruta. Ahora pueden obtener
mapas totalmente cuantitativos con corrección de fondo y matriz. Para
EDS, con la rápida adquisición de un espectro completo, existe una gran
cantidad de señal para modelar y eliminar el fondo y, posteriormente,
aplicar una corrección de matriz. Para WDS, un enfoque tradicional
requeriere al menos una segunda pasada para recopilar los datos del
fondo, lo que aumenta significativamente el tiempo de uso del
instrumento (máxime si se usan dos pasadas para medir el fondo a sendos
lados del pico correspondiente). Sin embargo, existe otro enfoque mucho
más rápido para la eliminación del fondo mediante WDS: la técnica de
corrección de fondo del Número Atómico Medio (MAN). Esta requiere que se
introduzcan todos los elementos principales que definen el número
atómico medio de la muestra (ya sea adquiridos o definidos por
estequiometría o diferencia).
Para un uso óptimo de los datos de rayos X 2D, los mapas elementales se
han sustituido por mapas de fase. Para composiciones binarias (o
ternarias) simples, los diagramas de dispersión son una forma sencilla
de analizar los resultados de 2 (o 3) mapas de rayos X y extraer
diferentes fases. Además de combinar imágenes de RX, se pueden
usar/combinar imágenes de electrones retrodispersados y de
catodoluminiscencia con mapas de rayos X para caracterizar químicamente
las fases.
Además, se pueden añadir tratamientos estadísticos (análisis de
componentes principales) de los mapas de rayos X multiespectrales
mediante los que se pueden extraer automáticamente especies químicas
físicamente significativos. Otros algoritmos incluyen clustering en
varias modalidades y redes neuronales que realizan mapeos automatizados
de fases, si bien pueden presentar problemas con clusters generados en
los límites de las fases. En algunos casos es arriesgado aceptar
ciegamente los resultados de algoritmos de mapeo automático, con la
posibilidad de que algunas fases no se identifiquen, lo que que puede
requerir un conocimiento previo de las fases y sus composiciones (clustering
asistido y no asistido). En cualquier caso, es necesaria una evaluación
cuidadosa de los resultados.
(A) Mapa cuantitativo de Mg: 64 μm x 1800 μm, 32 píxeles x 900 píxeles,
2 μm x 2 μm píxeles, 600 ms/píxel en el pico y 100 ms/píxel en el pico;
(B) Mapa cuantitativo de Mg: 256 μm x 512 μm, 512 píxeles x 1024
píxeles, 0,5 μm x 0,5 μm píxeles, 500 ms/píxel en el pico y 50 ms/píxel
en el pico; (C) % de peso promedio de Mg en tiras de 8 μm del área de B;
(D) % de peso promedio de Mg en tiras de 1 μm del área de B. De
J.E. Barkman et al.,
Electron microprobe quantitative mapping vs defocused beam analysis
Microsc Microanal, 19 (2013), 848-849.
Resolución espacial vs tiempo de adquisición
En principio, cuanto mayor sea el tiempo de contaje
por píxel y, sobre todo, cuanto menor sea el tamaño del píxel (mayor
resolución espacial), mejor será la imagen. Estos parámetros controlan,
a su vez, los tiempos de adquisición de los mapas, lo cual puede
impactar en el coste por uso del aparato.
-
Tamaño píxel (e.g., 10 micras/píxel)
-
Número de píxeles (n filas x m columnas); se
asumen áreas cuadradas (e.g., 400 x 400 = 160000 px)
-
Tiempo de contaje/píxel (e.g., 10 ms/px)
Algunos enlaces
Thermo Fisher 1
Thermo Fisher 2
Unión Europea
Oxford 1
Oxford 2
Donovan et al. (2021). Quantitative WDS compositional mapping using the electron microprobe. American Mineralogist
106 (11): 1717–1735.
Barkman et al.
(2013).
Electron microprobe quantitative mapping vs defocused beam analysis
Microsc Microanal 19, 848-849
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