Tiefenaufgelöste Röntgenabsorptionsspektroskopie
Lühl, Lars - Technische Universität Berlin (2012)
Röntgenfeinstrukturanalyse (engl.: X-ray absorption fine structure, XAFS) wird zur chemischen Speziation routinemäßig an Synchrotron-basierten Strahlungsquellen durchgeführt. Im Rahmen dieser Arbeit wird XAFS mit dem konfokalen Aufbau kombiniert, um zerstörungsfrei und tiefensensitiv Informationen zu chemischen Bindungszuständen zu erhalten. Für homogene und geschichtete Proben wird ein Rekonstruktionsalgorithmus vorgestellt, der erfolgreich die auftretenden Selbstabsorptionseffekte korrigiert. Da adäquate Referenzproben kommerziell nicht erhältlich sind, wurden die zur Validierung der Methode benutzten Referenzmaterialien extra für diesen Zweck hergestellt. Bei der Rekonstruktion gibt die Schichtdicke im Verhältnis zur Größe des Untersuchungsvolumens vor, wie die Mess- und Rekonstruktionsstrategie angewandt wird.
Schichtdicken, die dicker als das Untersuchungsvolumen sind, können einzeln untersucht werden, indem das gesamte Untersuchungsvolumen bei der Messung in der Schicht platziert wird. Zusätzlich wird die Mess- und Rekonstruktionsstrategie für Schichtdicken gegeben, die zwischen der Hälfte und der gesamten Breite des Untersuchungsvolumens liegen. Die Rekonstruktion von allen Schichtsystemen wird sukzessiv, beginnend bei der obersten Schicht, durchgeführt. Für Schichtsysteme mit konstanten Elementverteilungen, aber unterschiedlichen chemischen Verbindungen in den Schichten wird eine Erweiterung der, mit der 3D Mikro-XRF durchgeführten, Rekonstruktion von Schichtsystemen gegeben. Die Erweiterung basiert auf Tiefenscans bei Anregungsenergien, bei denen sich die Intensitäten der beteiligten XAFS-Spektren unterscheiden, den sogenannten Markerenergien. Zudem wird eine Möglichkeit aufgezeigt, wie ein solches Schichtsystem über einen dreidimensionalen Scan bei einer Markerenergie sichtbar gemacht werden kann. Abschließend wird mit der Untersuchung des Eisenoxidationszustandes von attischen Vasen und deren modernen Repliken ein Anwendungsbeispiel gegeben. Dabei wird sich herausstellen, dass 3D Mikro-XAFS auch zur Überprüfung von konventionellen XAFS-Spektren von oberen Schichten benutzt werden kann.