Comprensione basilare dei principi della microscopia elettronica a scansione e a
trasmissione e loro principali applicazioni allo studio dei minerali; microsonda
elettronica e microanalisi. Analisi chimica mediante fluorescenza a Raggi X.
Introduzione ai più comuni metodi spettroscopici in mineralogia.
1) G. P. Bernardini – Metodi Fisici di Analisi Mineralogica – Firenze University Press
(1982)
2) A. Putnis – Introduction to Mineral Sciences – Cambridge University Press (1992)
Obiettivi Formativi
Acquisizione di una competenza multidisciplinare nella caratterizzazione
strumentale fisica, chimica e fisico-chimica dei minerali.
Conoscenza a livello basilare delle principali metodiche di indagine spettroscopica
dei minerali.
Prerequisiti
Conoscenze acquisite nei corsi di Chimica, Fisica, Matematica, Geochimica,
Mineralogia e Petrografia.
Metodi Didattici
Lezioni frontali con utilizzo in aula di lavagna semplice, videoproiettore per
computer, lavagna luminosa. Attività di laboratorio presso laboratori strumentali di
ricerca (microscopie elettroniche, XRF, EPR). Attività di laboratorio presso
laboratori didattici (IR)
Altre Informazioni
la frequenza alle lezioni ed esercitazioni anche se non obbligatoria è
altamente raccomandata.
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale, che può includere la discussione di un articolo scientifico fornito dal
docente.
Programma del corso
Separazione dei minerali, preparazione dei campioni per le indagini strumentali.
Microscopia elettronica a scansione. Il cannone elettronico. Le sorgenti termoioniche e ad emissione di campo. Regolazione e focalizzazione del fascio. Lenti condensatrici e lenti obiettivo. Formazione e interpretazione delle immagini.
Microsonda elettronica e microanalisi. Interazione elettroni-materia. Diffusione elastica e anelastica. Volume di eccitazione. Livelli di energia e transizioni elettroniche. Legge di Moseley. Effetti di matrice e fattori di correzione. Spettrometri EDS e WDS.
Diffrazione di elettroni retrodiffusi. Principi e funzionamento della tecnica EBSD. Preparazione dei campioni. Analisi microstrutturali e cristallografiche. Le linee di Kikuchi e il riconoscimento delle fasi.
Microscopia elettronica a trasmissione. Schema e principi di funzionamento del TEM. Preparazione dei campioni. La relazione di De Broglie e il potere risolutivo. Reticolo diretto e reciproco. Diffrazione di elettroni. Immagini a contrasto di diffrazione: bright field e dark field. Lo studio dei difetti nei solidi.
Spettroscopia UV-VIS-NIR. Schema generale di uno spettrofotometro: sorgenti, monocromatori, rivelatori. La legge di Lambert-Beer. Le principali transizioni nelle fasi inorganiche. Teoria del campo cristallino. Effetto Jahn-Teller.
Spettroscopie vibrazionali. Teoria vibrazionale delle molecole e cristalli: modello classico e modello quanto-meccanico.
La spettroscopia IR. Sorgenti, interferometri, rivelatori. Moti traslazionali, vibrazionali e rotazionali. Interazione con la radiazione. Modi IR attivi. Applicazioni alle molecole organiche e alle sostanze inorganiche. L'effetto dei leganti. FTIR e microFTIR. Tecniche in trasmissione e riflessione. Applicazioni mineralogiche.
La spettroscopia Raman. Sorgenti, reticoli, rivelatori. Diffusione elastica e anelastica della luce. Effetto Raman e modi vibrazionali Raman attivi. Microscopia Raman. Applicazioni mineralogiche.
Spettroscopie IBA (Ion Beam Analysis).
Sorgenti artificiali e sorgenti naturali. Interazione particelle-materia e produzione di raggi X. Le tecniche PIXE e PIGE. Applicazioni ai beni culturali e all'esplorazione spaziale.
Spettroscopia LIBS. La sorgente di eccitazione e la formazione del plasma. Le emissioni di riga caratteristiche. Dall'analisi qualitativa all'analisi quantitativa.
DIffrazione di raggi X. Diagnostica, applicazioni quantitative e introduzione al metodo Rietveld.
Spettrometria XRF; descrizione dello strumento; preparazione dei campioni; analisi
EDS e WDS; metodi per l'analisi quantitativa.
Introduzione alle spettroscopie EPR e Moessbauer.
Introduzione alla luce di sincrotrone; funzionamento e struttura delle facilities;
applicazioni alle Scienze della Terra (tecniche di diffrazione, assorbimento e
tomografia ai raggi X); spettroscopia XAS; principi (sommari); le regioni EXAFS e
XANES; esempi di applicazioni in mineralogia.