Воспроизводство рентгеновского излучения в ближней кромке структуры (XANES)
В XAS тонкая структура края поглощения рентгеновского излучения зависит от местной химической среды и состояния возбужденного атома, например, от его окислительного состояния, легирования и координации. Спектр XAS в основном состоит из двух регионов: XANES и EXAFS. Тонкая структура области чувствительна к электронной структуре зондированного атома поглотителя, особенно к состоянию окисления и координатному числу.
Таким образом, карты чувствительных к регионам молекул можно будет получить с помощью изображений. Он в основном применялся для определения степени окисления элементов ископаемых исследований, например, при определении степени окисления серы в ископаемом пере археоптерикса. Однако в этой новаторской работе по ископаемым использовался не в качестве инструмента визуализации, а в сочетании с рентгеновской визуализацией. Например, сначала применялась рентгеновская съемка, а затем были собраны спектры из конкретных областей на карте РЧ-спектров и с помощью спектроскопии на краю изучаемых элементов для определения состояния их окисления.
Картирование с помощью XANES впервые использовалось для определения молекулярной характеристики хитин-белкового комплекса в кутикуле палеозойской членистоногие. Анализ ископаемых кутикул проводился с помощью функционально-чувствительной групповой визуализации и субмикронной пространственной спектроскопии с использованием синхротронного сканирующего передающего рентгена.
Проблемы и ограничения визуализации XANES заключаются в следующем. Съемка изображения STXM-XANES выполняется в режиме передачи, требующем подготовки образца в ультратонком сечении (100-150 нм) для передачи рентгеновских лучей. Если выборка толстая, то собранные данные будут представлять собой среднюю информацию из анализируемого объема выборки. Другими недостатками являются медленные темпы сбора данных, а также ограниченный доступ к средствам СР и экспериментальные ограничения времени, аналогичные рентгеновской визуализации.
Флуоресцентная визуализация - это еще один режим, который еще предстоит применить к ископаемым материалам. По сравнению с режимом передачи, он не имеет толщины и/или связанных с этим ограничений низкой аналитической концентрации. Его можно наносить на поверхностные слои толстых, непрозрачных образцов, особенно с развитием быстрых рентгеновских детекторов, которые облегчают быстрое сканирование, позволяя быстро собирать изображения.
EDX-изображение
Принцип энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии (EDX, также используемый в качестве ЭЦП) аналогичен принципу рентгеновского излучения. При объединении с электронным микроскопом образец возбуждается сфокусированным электронным лучом, и некоторые электроны выбиваются с орбиты, оставляя после себя вакансии, которые немедленно заполняются электронами со следующей орбиты. Таким образом, получаются характерные рентгеновские спектры, которые можно обнаружить и исследовать.
После сканирования пучком исследуемая область будет отображать интенсивность выбранной характерной рентгеновской линии, соответствующей определенному элементу, что позволяет создавать карты распределения элементов. EDX спектроскопия, особенно в сочетании со сканирующей электронной микроскопией, является одним из наиболее известных и широко применяемых методов элементного анализа окаменелостей.
Съемка с помощью КЭМ с возбуждением вторичными электронами или обратно рассеянными электронами сопровождается рентгеновским анализом и считается относительно быстрым, недорогим и в основном неразрушающим подходом. Он часто используется для изучения проблем анализа поверхности до перехода к методам, которые являются более чувствительными к поверхности и более специализированными.
Хотя визуализация EDX является одним из наиболее распространенных методов химической визуализации в палеонтологии, следует отметить, что существуют ограничения визуализации. Световые элементы, особенно первые три элемента периодической таблицы, не обнаруживаются. Кроме того, из-за низкого спектрального разрешения многие элементы имеют перекрывающиеся пики в спектре EDX.
Визуализация дифракции с обратным рассеянием электронов (EBSD)
EBSD - это высокоэнергетический электронно-лучевой метод, основанный на упругом рассеянии фокусированного электронного луча на строго полированной поверхности, который используется для характеристики кристаллической структуры неоднородных материалов в диапазоне от миллиметра до нанометра в сочетании с КЭМ. Этот метод основан на инциденте с мелкофокусированным электронным лучом на наклонной ступенчатой выборке, ориентированной по адресу 70◦ на нормальный падающий электронный луч.
Схема исходит из точки взаимодействия с электронным пучком и отображается на фосфорном экране. Эта дифракционная картина (также называемая моделью Кикути) состоит из линий и полос контрастов интенсивности электронов, которые однозначно определяются параметрами решетки кристалла под лучом и ориентацией кристалла в пространстве. В системе детекторов EBSD для просмотра и оцифровки дифракционных картинок на фосфорном экране используется камера с чувствительным устройством с зарядной связью, после чего производится анализ собранных исходных данных.
Выбрав ожидаемые фазы кристаллов из базы данных фаз до оптимального соответствия всем требованиям. Найдены возможные тождества и ориентации кристаллов, модель Кикути считается проиндексированной, указывается ориентация и фаза кристалла в точке взаимодействия образца. Ведется запись кристаллографической фазы и ориентации каждой точки измерения сканируемой области, которые затем интегрируются в фазовые и ориентационные изображения. EBSD используется в биоминеральных исследованиях как современных, так и ископаемых организмов для определения минеральной полиморфности и кристаллографической ориентации.
В ископаемых исследованиях этот метод помогает идентифицировать исходные и вторичные минералы, даже если вторичные минералы имеют тот же минеральный состав, что и оригинальные. Например, его можно использовать для дискриминации диагенетической минерализации, которая может искажать палеоклиматические расчеты. Кроме того, EBSD может быть использован для различения биологически индуцированной и биологически контролируемой биоминерализации кальция в ископаемых организмах, оценки степени диагенетических изменений в современных и ископаемых брахиоподобных кальцитах, изучения кристаллографических и ультраструктурных особенностей скорлупы динозавров и исследования изменений микроструктуры, кристаллографии и диогена.
В ископаемых исследованиях изображения кристаллографических ориентаций биоминеральных микроструктур, полученные EBSD, весьма важны, поскольку дают информацию о взаимосвязи между различными элементами, процессах роста и архитектурных реакциях, приводящих к экофенотипическим изменениям, а также о последствиях диагенезов.
Сканируя луч над образцом с неуклонно возрастающей скоростью, EBSD создает карту ориентации. В настоящее время это самый быстрый и надежный способ получения данных о структуре и ориентации минералов в твердом кристаллическом образце. Однако проблемы и ограничения также очевидны. Пространственное разрешение традиционной КЭМ с электронно-лучевой стабилизацией ограничено 25-100 нм.
Новый подход, называемый трансмиссией EBSD или дифракцией Кикути, обеспечивает пространственное разрешение выше 10 нм. Но техника TKD требует, чтобы образец был достаточно тонким, чтобы быть электронно-прозрачным. Подготовка образцов к EBSD очень важна; дифракционные электроны выходят из верхнего поверхностного слоя, который составляет всего несколько десятков нанометров от поверхности образца.
