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interprétation données XRF - identification phase minérale



  1. #1
    Fenestella

    interprétation données XRF - identification phase minérale


    ------

    Bonjour à tous,

    Dans le cadre de mon travail de fin d'étude, j'ai analysé la composition élémentaire de plusieurs zones d'un échantillon de brèche avec un spectromètre μXRF.

    Dans le fichier extrait de l'analyse μXRF, j'ai remarqué que la majorité des zones analysées ne bouclent pas à 100% en 1ère analyse [wt%] (ici par exemple 85,71% et 137,38% ). Comment est-il possible que cela dépasse 100% ? Est-ce dû à des interférences ou à des émissions superposées entre les éléments ? Lorsqu'il ne se rapproche pas de 100%, est-ce parce qu'il manque des éléments qui n'ont pas été analysés sachant qu'une première analyse avait été faite pour sélectionner les éléments les plus présent sur le spectre (la quantité de Na et P n'ont pas été analysés pour ses raisons car trop faible)? Sur plus de 30 zones analysées, seules 2 zones se sont fermées à 100%.

    J'ai aussi du mal aussi à comprendre le passage entre la colonne [norm. wt. %] et [norm. at. %] car pour moi la colonne [norm. wt. %] est déjà le pourcentage de poids atomique de l'élément.

    Je ne sais pas si quelqu'un peut me confirmer que c'est bien avec la colonne [norm. wt. %] que les oxydes des éléments majeurs sont calculés (comme fait sur la deuxième image) ? Même si les analyses ne ferment pas à 100% au début, ces résultats sont-ils toujours valables ?

    J'aimerai bien connaitre l'identité des phases minérales de ces zones depuis le %poids d'oxyde que j'ai calculé. J'ai regardé pour calculer les formules structurales mais je doute que cela fonctionne car je suspecte que beaucoup de zones soient un mix de différentes lithologies (c'est une brèche lunaire). Auriez-vous des pistes?

    Capture d’écran 2021-07-19 à 15.16.09.png
    Capture d’écran 2021-07-21 à 15.15.53.jpg
    Désolée pour ce long message,

    Bonne journée !

    -----
    Dernière modification par JPL ; 21/07/2021 à 17h15. Motif: Suppression d’une pièce jointe à la demande de Fenestella

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  3. #2
    Tawahi-Kiwi
    Modérateur

    Re : interprétation données XRF - identification phase minérale

    Salut,

    Citation Envoyé par Fenestella Voir le message
    Dans le fichier extrait de l'analyse μXRF, j'ai remarqué que la majorité des zones analysées ne bouclent pas à 100% en 1ère analyse [wt%] (ici par exemple 85,71% et 137,38% ).
    C'est courant en effet. Cela peut avoir plusieurs causes.

    Comment est-il possible que cela dépasse 100% ? Est-ce dû à des interférences ou à des émissions superposées entre les éléments ?
    C'est une possibilite mais cela doit normalement etre pris en charge par le software utilise. A moins d'avoir des combinaisons d'elements assez exotiques, les interferences classiques sont prises en charge automatiquement et ne devrait pas causer de deviation importante.

    Lorsqu'il ne se rapproche pas de 100%, est-ce parce qu'il manque des éléments qui n'ont pas été analysés sachant qu'une première analyse avait été faite pour sélectionner les éléments les plus présent sur le spectre (la quantité de Na et P n'ont pas été analysés pour ses raisons car trop faible)? Sur plus de 30 zones analysées, seules 2 zones se sont fermées à 100%.
    Une possibilite egalement. Soit des elements majeurs oublies, soit des elements qui ne peuvent pas etre analyses par une XRF classique (surtout les elements legers, plus legers que le sodium)

    Donc les possbilites sont (non exhaustifs):
    - (Total < 100%) --> la LOI (Loss on Ignition) si elle est comptabilisee dans l'analyse ou le reste est H2O, CO2, etc. Cela depend de la technique analytique.
    - (Total <100%) --> Beaucoup d'elements legers. Si aucune LOI n'a ete faite, l'echatillon peut contenir de l'eau, du carbone (du bore, des nitrates, etc.) qui ne sont generalement pas analysables en XRF. Cela depend de la technique analytique.
    - (Total <100%) --> Il manque des elements lourds. En plus de ne pas rentrer dans le total, les autres mesures sont inexactes car pas corrigees pour les effets de matrice etc.
    - (Total >100%) --> Un calcul d'oxydes faux. L'oxygene n'est pas mesure, c'est un calcul pour chaque element sous forme d'oxydes. Si l'echantillon contient des sulfures, une partie des metaux et tout le soufre ne sont pas combine a de l'oxygene et ce dernier ne devrait pas rentrer dans le total pour les elements correspondants.
    - (Total > ou < 100%) --> Un calcul d'etat d'oxydation faux. Le fer (et eventuellement le manganese) sont les deux elements les plus courants sur ce point. Si on considere tout le fer comme Fe3+, on surestime potentiellement la quantite d'oxygene dans l'echantillon (Fe:1,5O) alors que si on considere tout le fer comme reduit Fe2+, on sousestime peut etre l'oxygene (Fe:O).
    - (Total < ou >100%) --> Interference entre pic d'emission proche avec absorption et reemission.

    La LOI/elements legers et le calcul d'oxydes sont les causes les plus courantes pour etre loin de 100% en analyse de routine.

    J'ai aussi du mal aussi à comprendre le passage entre la colonne [norm. wt. %] et [norm. at. %] car pour moi la colonne [norm. wt. %] est déjà le pourcentage de poids atomique de l'élément.
    Wt.% est le pourcentage en poids. at.% est le pourcentage molaire. Cela peut etre tres different.
    Ex: l'uraninite (cas extreme pour illustrer), c'est UO2
    L'analyse en poids, c'est 88 wt.% U et 12 wt.% O
    L'analyse en moles, c'est 33 at.% U et 66 at.% O

    Je ne sais pas si quelqu'un peut me confirmer que c'est bien avec la colonne [norm. wt. %] que les oxydes des éléments majeurs sont calculés (comme fait sur la deuxième image) ? Même si les analyses ne ferment pas à 100% au début, ces résultats sont-ils toujours valables ?
    Pas vraiment, La machine va transformer des cps (comptage par seconde) en wt.%. Les oxydes sont calcules a partir des cps pour l'etat d'oxydation choisi et le tout est transforme en wt.% Ox.

    J'aimerai bien connaitre l'identité des phases minérales de ces zones depuis le %poids d'oxyde que j'ai calculé. J'ai regardé pour calculer les formules structurales mais je doute que cela fonctionne car je suspecte que beaucoup de zones soient un mix de différentes lithologies (c'est une brèche lunaire). Auriez-vous des pistes?
    Si c'est mono- bi- tri- mineralique, c'est generalement assez simple si les phases sont identifiees.
    Si le nombre de phases est inconnu mais leur nature est suspectee, tu peux creer ta propre analyse normative.
    Si tu n'as aucune idee de ce qu'il y a dedans mais que c'est a l'equilibre, ca peut se faire mais c'est complique.
    Si c'est differentes mineralogie dans differentes lithologies, le tout homogeneise a l'XRF, ca ne peut pas se faire sur une seule analyse. Ca peut se faire par regression lineaire multivariee sur tout les elements. Parfois ca marche bien. Parfois ca ne marche pas du tout car les lithologies ne sont pas fixes.

    A noter que si c'est une breche lunaire, tout est vraisemblablement assez reduit. Le fer doit dont etre exprime essentiellement sous forme de FeO aussi non tu surestimes la quantite d'oxygene associe au fer par 150 mol.%. Meme chose pour le soufre. Je sais bien qu'on a trouve des sulfates sur la Lune, mais je ne pense pas que ce soit tres commun par rapport aux sulfures.

    T-K
    Dernière modification par Tawahi-Kiwi ; 21/07/2021 à 16h56.
    If you open your mind too much, your brain will fall out (T.Minchin)

  4. #3
    Tawahi-Kiwi
    Modérateur

    Re : interprétation données XRF - identification phase minérale

    Citation Envoyé par Tawahi-Kiwi Voir le message
    Pas vraiment, La machine va transformer des cps (comptage par seconde) en wt.%. Les oxydes sont calcules a partir des cps pour l'etat d'oxydation choisi et le tout est transforme en wt.% Ox.
    Oublie ce passage la, je pensais que tu parlais d'autre chose. Le "wt. % Ox" peut se calculer soit a partir de "wt. % el." ou "at. %" at.% permet de sauter une etape c'est tout.

    T-K
    If you open your mind too much, your brain will fall out (T.Minchin)

  5. #4
    Tawahi-Kiwi
    Modérateur

    Re : interprétation données XRF - identification phase minérale

    Citation Envoyé par Fenestella Voir le message
    J'aimerai bien connaitre l'identité des phases minérales de ces zones depuis le %poids d'oxyde que j'ai calculé. J'ai regardé pour calculer les formules structurales mais je doute que cela fonctionne car je suspecte que beaucoup de zones soient un mix de différentes lithologies (c'est une brèche lunaire). Auriez-vous des pistes?
    Je n'ai vu qu'a la fin de ton message qu'il s'agissait d'une roche lunaire.
    En supposant que ce n'est pas exotique et alteré, le type de phases minerales possible est relativement reduit aux mineraux classiques du magmatisme mafique/ultramafique anhydre (avec les particularites lunaires).
    En gros, les phases a considerer sont olivine, plagioclase, orthopyroxene, spinelle et clinopyroxene. Suivant la description de la roche (et l'analyse chimique), une ou plusieurs phases minerales peuvent ne pas etre presentes de maniere significative.

    Au final, ce petit exercice pour une roche lunaire classique est une equation a 2-3-4-5 inconnues dependantes les unes des autres.
    [MgO] = xOlv+yOpx+zCpx
    [FeO] = xOlv+yOpx+zCpx +wSp
    [CaO] = vPlag+zCpx
    [Na2O] = VPlag
    [TiO2] = wSp
    [Cr2O3] = wSp
    [SiO2] = xOlv+yOpx+zCpx +vPlag
    [Al2O3] = vPlag + wSp + zCpx
    avec quelques equations internes supplementaires comme le Mg#, An#, Fe2+/Fe3+ qui donnent des contraintes supplementaires....

    Pour l'exemple que tu donnes, en supposant (mais tout cela se confirme avant calcul generalement, par une observation de l'echantillon) qu'il s'agit d'une troctolite/anorthosite, le calcul normatif peut se faire de la maniere suivante -->
    - Considerer initialement que tout le MgO ('a') est sous forme d'olivine. Sachant que le Mg# des olivines troctolitiques lunaires est aux environs de 90, prendre egalement 10 % de la quantite 'a' de MgO dans FeO.
    - Soustraire X mol% de SiO2 ou X mol% = a*MgO + 0.1*a*FeO
    - Considerer ensuite que tout le CaO est sous forme d'anorthite. Si Na2O est mesure egalement, il va vraisemblablement dans l'anorthite.
    - Calculer ensuite l'alumine et la silice necessaire pour former l'anorthite en consommant tout CaO+Na2O (quantite 'b') selon b = Al2O3+2SiO2.
    - Considerer ensuite que tout le titane, le chrome et le fer non consomme par l'olivine est sous forme de spinelle.
    - Pour un cas simple triphase (Olv+Plag+Sp), le calcul devrait s'arreter la. Tout l'aluminium residuel est utilise par le spinelle.
    - Les troctolites/anorthosites lunaires contiennent frequemment de l'orthopyroxene. Si un residu de silice est observe, c'est tres vraisemblablement que tout le MgO considere comme etant dans l'olivine initialement n'est pas une approximation correcte et il faut refaire une iteration avec 0.9MgO +0.1FeO= xOlv+yOpx pour consommer toute la silice.
    Il faut faire de meme si une quantite importante de clinopyroxene est supposee, en jouant sur CaO qui n'est pas entierement sous forme de plagioclase.

    T-K
    If you open your mind too much, your brain will fall out (T.Minchin)

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Fenestella

    Re : interprétation données XRF - identification phase minérale

    Tout d'abord, merci beaucoup pour ces réponses!

    Si je comprends bien, [norm. at. %] est la fraction molaire. Tout s'explique dans ce cas!
    J'ai bien transformé tout mon fer en FeO.

    Lorsque je calcule mes oxydes, je ne boucle pas à nouveau à 100% pour la plupart (généralement entre 98 et 100, ce qui me paraît acceptable). Pour la suite des calculs est-ce que je dois normaliser mes oxydes pour qu'il fasse bien tous ensemble 100%?

    L'échantillon que j'ai analysé est une brèche feldspathique qui présente des traces d'altération (mais je ne pense pas que cela ait modifié la composition des minéraux présents). Elle est composée de clastes blancs qui sont clairement des morceaux d'anorthosite au vu des analyses.
    Il y en a juste un qui a une concentration en fer plus haute ce qui le classerait dans le groupe des ferroan anorthosite (FAN).

    Capture d’écran 2021-07-23 à 03.16.01.jpg

    Ensuite, elle est composée en moins grande quantité et de plus petites tailles de clastes noirs et gris qui baignent dans une matrice noire-grise que je suspecte d'être un mix des 3 clastes précédents.

    Capture d’écran 2021-07-23 à 04.09.24.jpg
    Capture d’écran 2021-07-23 à 04.09.09.jpg

    Une précédente analyse de cette météorite mais d'un fragment différent, a détecté cette minéralogie:

    olivine Fa19.3±0.6, ; pigeonite Fs24.8±0.5 Wo4.3±0.3 ; high-Ca pyroxene Fs27.4Wo34.4 ; plagioclase An97.8±0.7 Ab2.0±0.6 Or0.2±0.1

    Et selon ce que j'ai trouvé dans la littérature concernant cette altération (fine pellicule orangée) pour ce type de météorite, ce serait de la caliche . J'ai analysé plusieurs zones présentant cette "altération" mais aucun élément ne ressort pour confirmer cette hypothèse. La couche d'altération doit être trop fine et l'XRF doit certainement retranscrire la composition de la lithologie sous-jacente.

    Capture d’écran 2021-07-23 à 04.11.36.jpg

    Dans le cas de ma météorite, est-ce que je ne dois pas plutôt considérer l'ilménite plutôt que le spinelle? Ou aucun des deux, vu les précédentes minéralogie trouver?

    Par exemple pour effectuer le calcul normatif du 1er claste blanc, je dois prendre en compte :
    [CaO] = vPlag
    [SiO2] = vPlag + uIlm
    [Al2O3] = vPlag
    [TiO2] = uIlm

    et pour le deuxième claste blanc:
    [MgO] = xOlv+yOpx+zCpx
    [FeO] = xOlv+yOpx+zCpx +wSp
    [CaO] = vPlag+zCpx
    [Na2O] = VPlag
    [TiO2] = uIlm+wSp
    [Cr2O3] = wSp
    [SiO2] = xOlv+yOpx+zCpx +vPlag + uIlm
    [Al2O3] = vPlag + wSp + zCpx

    J'aimerais également utiliser ces données pour faire des diagrammes de Harker et comparer le wt. ox. % avec d'autres échantillons de météorites. Est-ce que je peux utiliser ces données malgré le fait qu'en 1ère analyse, je ne bouclais pas à 100%? J'ai l'impression que si je compare mes résultats avec d'autres données de la littérature, les analyses qui vont ressortir de cette comparaison vont être faussées soit par sur-estimation ou sous-estimation de mes oxydes au départ.

    Désolée pour le long message encore et toutes les questions. Je n'ai que très rarement fait de la minéralogie "appliquée" et je sèche un peu sur comment valoriser mes données.

  8. #6
    Tawahi-Kiwi
    Modérateur

    Re : interprétation données XRF - identification phase minérale

    Citation Envoyé par Fenestella Voir le message
    Si je comprends bien, [norm. at. %] est la fraction molaire. Tout s'explique dans ce cas!
    Oui, at.% est d'ailleurs independant de l'etat d'oxydation des elements. le pourcentage 'atomique' de l'oxygene est juste un calcul sur base de la somme de tout les autres at.% des elements mesures.

    J'ai bien transformé tout mon fer en FeO.

    Lorsque je calcule mes oxydes, je ne boucle pas à nouveau à 100% pour la plupart (généralement entre 98 et 100, ce qui me paraît acceptable). Pour la suite des calculs est-ce que je dois normaliser mes oxydes pour qu'il fasse bien tous ensemble 100%?
    98-102% est une erreur acceptable pour des mesures de ce type. Dans le cas ou toute l'erreur est sur l'analyse d'un element, cela peut etre un souci, mais generalement, les ~2% d'erreurs analytiques sont repartis sur les differents elements analyses et ne posent pas de problemes majeurs vu que c'est souvent assez bien en dessous de la variabilite naturelle. De plus comme en geochimie/petrologie, ce sont souvent des rapports d'elements qui sont utilises, une erreur systematique homogene n'a quasi aucun effet sur les interpretations.

    L'échantillon que j'ai analysé est une brèche feldspathique qui présente des traces d'altération (mais je ne pense pas que cela ait modifié la composition des minéraux présents). Elle est composée de clastes blancs qui sont clairement des morceaux d'anorthosite au vu des analyses.
    Il y en a juste un qui a une concentration en fer plus haute ce qui le classerait dans le groupe des ferroan anorthosite (FAN).
    Ok, si tu as une idee des lithologies et de la minera associee, ca va aider pas mal
    Attention que pour les FAN, le Mg# des olivines, pyroxenes va etre different si tu veux faire une analyse normative.

    Ensuite, elle est composée en moins grande quantité et de plus petites tailles de clastes noirs et gris qui baignent dans une matrice noire-grise que je suspecte d'être un mix des 3 clastes précédents.
    Si tu n'aboutis pas a une mineralogie satisfaisante hors de ce genre de chose, n'oublie pas qu'il est toujours possible (surtout si c'est une breche) que du basalte vienne s'incorporer au tout.

    Et selon ce que j'ai trouvé dans la littérature concernant cette altération (fine pellicule orangée) pour ce type de météorite, ce serait de la caliche . J'ai analysé plusieurs zones présentant cette "altération" mais aucun élément ne ressort pour confirmer cette hypothèse. La couche d'altération doit être trop fine et l'XRF doit certainement retranscrire la composition de la lithologie sous-jacente.
    Il y a quand meme quelques particularites qui montrent qu'il y a quelque chose qui ne va pas (pour une roche fraiche lunaire). Le potassium est 3x plus eleve que dans les KREEP; la silice est a 62%.
    Dans le cas de ma météorite, est-ce que je ne dois pas plutôt considérer l'ilménite plutôt que le spinelle? Ou aucun des deux, vu les précédentes minéralogie trouver?
    Oui, si tu as une raison de privilegier l'ilmenite au lieu du spinelle, le calcul reste le meme mais tu remplaces l'un par l'autre. Ce serait d'ailleurs un aboutissement logique si tu epuises tout ton aluminium pour former le plagioclase.

    J'aimerais également utiliser ces données pour faire des diagrammes de Harker et comparer le wt. ox. % avec d'autres échantillons de météorites. Est-ce que je peux utiliser ces données malgré le fait qu'en 1ère analyse, je ne bouclais pas à 100%? J'ai l'impression que si je compare mes résultats avec d'autres données de la littérature, les analyses qui vont ressortir de cette comparaison vont être faussées soit par sur-estimation ou sous-estimation de mes oxydes au départ.
    Si tes erreurs sont a 2%, cela n'a aucun effet. La variabilite naturelle est superieure a cela et les donnees de la litterature, il faut regarder les bases de donnees utilisees, mais elles ont sans doute egalement 2% d'erreur.
    (Ex: Si tu as 40 wt.% SiO2 avec 2% d'erreur (soit 0.8% sur le diagramme) vs 25 wt.% Al2O3 avec 2% d'erreur (soit 0,5% sur le diagramme), cela ne devrait pas changer l'interpretation a moins d'essayer d'identifier des tendances particulierement fines.)

    Meme chose pour un diagramme AFM.

    Au dela de 5% d'erreur, c'est plus delicat car les erreurs ne sont pas forcement systematiques, donc meme des rapports d'oxydes peuvent avoir une erreur inacceptable.

    T-K
    Dernière modification par Tawahi-Kiwi ; 23/07/2021 à 04h35.
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