Studying the homogeneity of tourmalines with the ARL QUANT’X EDXRF Spectrometer

Význam tématu

Tourmaliny patří k významným drahokamům, jejichž barevné a složení variace odrážejí původ a geochemické podmínky vzniku. Homogenita chemického složení kamene je klíčová pro přesnou identifikaci druhu, stanovení geografického původu a určení hodnoty. Metoda EDXRF umožňuje rychlou, neinvazivní a reprezentativní analýzu většího objemu vzorku, čímž překonává omezení mikroskopických metod jako LA-ICP-MS.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo:

• Stanovit opakovatelnost měření složení modrého turmalínu při opakované analýze z jednoho orientačního bodu.
• Vyhodnotit variabilitu složení při měření z různých orientací kamene.
• Porovnat instrumentální variabilitu s přirozenou heterogenitou vzorku.

Použitá metodika

Analýza byla provedena s využitím metody energie‐disperzní rentgenové fluorescenční spektrometrie (EDXRF) s fundamentálními parametry (FP) pro výpočet obsahu detekovatelných prvků. Koncentrace B₂O₃, Li₂O a H₂O byly fixovány na 11 %, 3 % a 4 % hmotnostních procent podle obecné chemické formule turmalinu. Analyzovaný kámen o hmotnosti přibližně 60 g byl měřen v šesti opakováních na orientaci A a následně jednou na dalších čtyřech orientacích (B–E).

Použitá instrumentace

• ARL QUANT’X EDXRF Spectrometer: benchtop přístroj se stříbrnou anodou, 50 W výkon, až 50 kV, vzduchový chladicí okénkový rentgenový zdroj.
• Detektor: křemíkový driftový senzor (SDD) s tenkou grafenovou membránou.
• Filtry a kolimace: devět primárních filtrů, 3,5 mm eliptický kolimátor (5,8 × 4,5 mm excitační plocha).

Hlavní výsledky a diskuse

Opakovatelnost měření na jedné orientaci (A) vykázala relativní směrodatnou odchylku (RSD) většinou pod 5 % pro hlavní prvky a do 20 % pro prvky v nízkých koncentracích. Při srovnání průměrných hodnot z pěti různých orientací se RSD zvýšila 5- až 10-násobně (např. Mn, Ti, V), což jednoznačně ukazuje, že přirozená heterogenita kamene převyšuje instrumentální variabilitu. Nejvyšší variace byla způsobena orientací E, nicméně i bez ní zůstala vyšší než u opakovaných měření na téže ploše.

Přínosy a praktické využití metody

EDXRF nabízí významné výhody:

• Bezztrátová analýza celé šarže nebo jednotlivých drahokamů.
• Rychlá příprava a nízké požadavky na obsluhu.
• Reprezentativní objem měření (mm místo µm), vhodné pro hodnocení homogeneity.
• Cost-effective alternativa k LA-ICP-MS při stanovení hlavních i stopových prvků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další možnosti rozvoje zahrnují:

• Integraci prostorového mapování (micro-XRF) pro detailní zobrazení vnitřní struktury a zonality turmalinů.
• Pokročilé kalibrace s využitím standardů a umělých vzorků pro přesnější kvantifikaci stopových prvků.
• Využití strojového učení pro automatizovanou klasifikaci barevných odrůd a geografické lokalizace.

Závěr

Studie potvrzuje vysokou reprodukovatelnost EDXRF měření na jednom místě a současně demonstruje, že přirozená inhomogenita turmalinů výrazně ovlivňuje celkovou variabilitu složení. EDXRF je tak velmi vhodná metoda pro rychlé a neinvazivní posouzení homogeneity drahých kamenů.

Reference

• Hawthorne FC; Henry DJ. Classification of the minerals of the tourmaline group. European Journal of Mineralogy, 11, 201–216 (1999).
• Thermo Fisher Scientific. Application Note AN41958: Suitability of EDXRF for Gemstone Analysis.