TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS1 Fizikai Intézeti szeminárium október 24. Az előadás és egyben az előterjesztett javaslat címe és tárgya: Kerüljön kialakításra az A/501-es labor helyiségben „Roncsolásmentes mikroanyag vizsgálatok laboratóriuma”, Ennek kapcsán bemutatjuk a TReLIBS, XRF, TEM berendezések kialakítására tett lépéseinket, és a velük végzett és végezhető alap-, és alkalmazott kutatási témákat, valamint pályázati lehetőségeket. A labor jelenlegi személyi állománya: Dr. Német Béla, Dr. Sánta Imre, Kaposvári Ferenc Előadó: dr. Német Béla FI,Környezetfizika és Lézerspektroszkópia Tanszék

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS2 Az A/501-es laboratórium javasolt mérőberendezései és kutatási területei A) Időbontást alkalmazó Lézer Indukált Plazma Emissziós Spektroszkóp (Time- Resolved Laser Induced Breakdown Spectroscopy (TReLIBS), B) Röntgen-fluorescencia spektroszkóp pásztázó berendezéssel (XRF), C) Transzmissziós és Pásztázó elektronmikroszkóp (TEM-SEM) + EDS

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS3 Az összefoglaló előadás, egyben a végzett munka szempontjai 1. A berendezések felépítése, paraméterei 2. Alapkutatási témák 3. Alkalmazott kutatási területek 4. Diákköri, doktori témák 5. Együttműködési lehetőségek egyetemen belül, Magyarországon, külföldön 6. Pályázati lehetőségek itthon és az EU-ban. 7. Publikációs lehetőségek 8. Oktatási anyagok, ismeretterjesztési munkák

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS4 Szeretnék megfelelni az A/501-es labor ajtaja melletti táblának

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS5 A). A TReLIBS berendezés bemutatása felépítése, paraméterei Időbontást alkalmazó Lézer Indukált Plazma Emissziós Spektroszkóp Time-Resolved Laser Induced Breakdown Spectroscopy (TReLIBS) (Német Béla, Sánta Imre)

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS6 A TReLIBS berendezés jelenlegi állapota

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS7 A) Időbontást alkalmazó Lézer Indukált Plazma Emissziós Spektroszkóp - TReLIBS

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS8 A) A TReLIBS berendezés főbb elemei, adatai Q-kapcsolt Nd:YAG lézer (10-12 mJ, 10 ns) Monokromátor: (MDR 6/01) kettős, Cherny-Turner elrendezésű, első rendben dolgozó, tükrös, rácsos monokromátor Fényerő: 1:6; Fókusz: 300 mm; Rácsok 1200 vonal/mm; Hullámhossz tartomány: nm; Reciprok lineáris diszperzió: 1,3 nm/mm Mérő, adatfeldolgozó rendszer: Dioda array, Micro Channel Plate (MCP hűtő rendszer), controller, impulzus generátor (késleltető 0-1,7 µs, kapuzó 0-3,0 µs), léptető motor, számítógép. Mintavétel: Nyaláb nyak 0,1 mm-nél kisebb, teljesítmény sűrűség: 1010 W/cm2, kivett anyagmennyiség ng.

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS9 A) 2. Alapkutatási témák 2.1. A plazma fejlődésének, az emisszió kinetikájának vizsgálata, a TReLIBS minőségi és mennyiségi analitikai alkalmazás feltételeinek meghatározása érdekében. (késeltetés, kapu) egy és többkomponensű (2-4), fém tartalmú minták esetében. (Cu, Ag, Au, Mn, Ca, Mg, Pb, ) [1-2] 2.2. Elektron hőmérséklet meghatározás Boltzmann plot módszerrel. (Cu, Pb,..) [6] 2.3. Plazma hőmérséklet meghatározás (Lorentz kiszélesedés útján) (Cu, Ag, Au). [4] 2.4. Vibrációs és a rotációs hőmérséklet meghatározása - indukált kétatomos szénmolekulák, ( C2, CN, ) esetében. Pl. műanyagok, szerves festékek (szénhidrogén vegyületek) esetében keletkezik hidrogén (H-alfa vonala, mint „hőmérő”). [7]

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS10 A) 3. Alkalmazott kutatási területek Méréstechnikák kidolgozása, alkalmazása: 3.1. Nagyszámú elem esetében a főkomponensnél, minőségi és mennyiségi analitikai vizsgálatok elvégzése (elemek: Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ca, Mg, Na, K, Pb, Sb, Sn, Ge, Si,....), Pl. Alumíniumban a kimutatási határ Si és Sn esetében ppm, Pb, Fe, Zn és Ni esetében ppm, míg Mg, Cu, Mn, Cr és Ti esetében 5-10 ppm közé esik. [1-3] 3.2. Vonalpár arány módszer kidolgozása; hármas fémötvözetek minőségi és mennyiségi elemzése. (arany ékszerek, Au:Ag:Cu; vas ötvözet Fe:Cr:Ni; alumínium ötvözet Al:Mn:Mg; rézötvözet Cu:Zn:Ni).[4] 3.3. Azonosság, eltérés kimondása kriminalisztikában Lövedékek ólom magja alapján történő azonosítás kidolgozása (Cu, Ag, Sn, Sb, Bi) [4] 3.4. Félvezető komponensek vizsgálata (komponensek: Ge, Si, Sn, Sb)[5] 3.5. Felület mikrotérképezése (Geofizikai, kristálytani minták, pl.Recsk) [6] 3.6. Mélységi mikrotérképezés (több festékréteg vastagság és összetétel mérése, Szervetlen festékek komponensei: Cr, Ti, Pb, Mn, Fe, Ca, Sr, Ba, Si,..) (0,1 mm-1,0 mm). [6]

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS11 A TReLIBS alapkutatási és alkalmazott kutatási eredményeinek összefoglalóját egy külön PPT előadásban készítettem el.

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS12 B. Az XRF berendezés felépítése, paraméterei X-ray fluorescence (XRF), Röntgen-fluorescencia spektroszkóp + pásztázó berendezés (Kaposvári Ferenc, Sánta Imre)

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS13 B) Az XRF berendezés jelenlegi állapota

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS14 B) Az XRF, pásztázó multi-elem analizátor „felépítése”

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS15 B) Az XRF berendezés főbb elemei - Röntgen forrás (0,5 kg, 2 W, vékony-berillium kilépő ablak, 500 µm-es nyalábpont átmérő), + (fejlesztés: polikapilláris lencse) - Detektor: Si-pin detektor - Slow Scan Frame Grabber - Sokcsatornás analizátor (MCA) ( ) - Digitális impulzus processzor - Mozgás vezérlő (CNC rendszerű) mélység vezérlő - I/O mikrokontroller, hordozható számítógép - LabView alapú vezérlés

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS16 ECLIPSE III típusú röntgencső paraméterei MennyiségÉrték Anódáram100 µA Max (3 W max) Anód (target)Földelt anód (Ag) Katódfeszültség5 -30 kV TargetAg Anód vastagság4 µm (Ag) Fókuszpont1.5 mm Be ablak125 µm KatódW Tömeg300 gramm

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS17 Hordozható XRF első kísérleti példánya

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS18 ED-XRF - Energiaspektrum

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS19 Az XRF előnyei analitikai szempontból - a vizsgált anyagnak az elem-összetételét lágy röntgen sugárzással gerjesztett röntgen-fluoreszcencia mérésével határozza meg, - roncsolás-mentes multi-elem vizsgálatot biztosít, (Na-tól U-ig) (határ: ppm), - pontszerű és vonalszerű mérést biztosít, - a minta felületi multi-elem térképe készíthető el, - terepen használható mérőberendezés.

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS20 Az XRF berendezés pásztázó rendszerrel

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS21 Festmény vizsgálat: A Magányos cédrus festékanyagának vizsgálata (Pécs, Csontváry Múzeum, nov. 14.); Rippl-Rónai Múzeum március

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS22 Élet fája c. kép: fehér festékminta diffraktogrammja

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS23 Festmény vizsgálat XRF-el: Csontváry Múzeum

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS24 Római lelet együttes vizsgálata XRF-el, 2009

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS25 Ólom mag vizsgálata XRF berendezéssel

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS26 Ólom mag vizsgálata TReLIBS berendezéssel

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS27 C) Transzmissziós és Pásztázó elektronmikroszkóp (TEM-SEM) + EDS berendezés bemutatása felépítése, paraméterei (Kaposvári Ferenc, Sánta Imre)

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS28 C) JEOL-100C-sm az A/501-es laborban

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS29 C) JEOL-100C Brnoi Egyetem

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS30 C) A JEOL-100C alkalmazási lehetőségei - Alkalmazási területe a biológián és az orvostudományon kívül a krisztallográfia, fémötvözetek, félvezetők vizsgálata. (inkább elem analitikai vizsgálatokra alkalmas, kevésbé morfológiai vizsgálatokra). - A Transzmissziós üzemmódban (TEM) a felbontása 4 Angström volt (újonnan). - Energia diszperzív analitikai üzemmódban (EDS) elemanalízis céljára is alkalmazható, akár néhány µm átmérőjű térrészből is.

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS31 5. Együttműködési lehetőségek egyetemen belül, Magyarországon, külföldön Fizikai Intézeten belül (a TReLIBS, az XFS, és a TEM a Laser Cult Lab munkatársaival), TTK-n belül: Természetföldrajzi Tanszék (Dezső József), Általános és Fizikai Kémiai Tanszék (Nagy Géza, Kovács Barna), PTE-n belül: ÁOK Igazságügyi Orvostani Intézet, Magyarországon: Miskolci Egyetem, Technoorg Linda Kft. (Bp.), Európában: Applied Photonics Ltd.

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS32 Publikációk, TReLIBS [1] B. Német, L. Kozma: „Time–resolved optical emission spectrometry of Q–switched Nd:YAG laser–induced plasmas from copper targets in air at atmospheric pressure”, Spectrochim. Acta, 50B, 1859–1888 (1995). [2] B. Német, L. Kozma: „Basic Investigations on Nanosecond Laser–Induced Plasma Emission Kinetics for Quantitative Elemental Microanalysis of High Alloys”, J. of Anal. At. Spectrom., 10, 631–636 (1995). [3] L. Paksy, B. Német, A. Lengyel, L. Kozma, and J. Czekkel: „ Production control of metal alloys by laser spectroscopy of the molten metals. Part 1. Preliminary investigations.”, Spectrochim. Acta, Part B 51B, (1996). [4] B. Német, L. Kozma: “Time–resolved line shape studies of Nd:YAG laser induced microplasmas arising from gold surfaces”, Fresenius J. Anal. Chem., 355, (1996). [5] B. Német, K. Musiol: Time-Resolved Optical Monitoring of Laser-Produced Plasma Derived from Germanium Contributions to Plasma Physics, 39, (1999). [6] B. Német, L. Kozma: in Proceedings of SPIE, OPTIKA' 98, 5th Congress on Modern Optics, Budapest, Hungary, Sept. 1998, vol. 3573, p [7] B. Német, K. Musiol, I. Sánta, J. Zachorowski: „Time-resolved vibrational and rotational emission analysis of laser-produced plasma of carbon and polymers”, J. of Molecular Structure, , 1-3, (1999). [8] B. Német, G. Kisbán: “Firearm lead bullet comparison by time-resolved laser-induced breakdown spectrochemical determination of tin, antimony, copper, silver and bismuth”, J. Forensic Science International, (1999).

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS33 Publikációk, előadások XRF eredményekről [1] Velledits Lajos (festő-restaurátor), Kaposvári Ferenc: „Egy új roncsolás mentes festékvizsgálat, Két jelentős festőnk palettája”, XXXIII. Nemzetközi Restaurátor Konferencia, (Magyar Nemzeti Múzeum, Budapest április [2] Dezső, J., Kaposvári,.F., Kovaliczky, G., Csabai, Z., Bertók, G., Bódis, E., Páll-Gergely, B.: „Geoarchaeologycal research methods and investigation in the loess-covered South-Transdanubia, Hungary”. Landscape Evolution and Geoarchaeology, 13th Belgium-France-Italy-Romania-Geomorpholgical Conference, June Porto Heli (Greece), [3] János Földessy, Gyula Maros, László Andrássy, Ferenc Kaposvári, József Dezső: „New data acquisition techniques in mineral exploration”. Konferencia a bányászat jövőjéről, június 22. Skelleftea, Svédország. [4] János Földessy, Gyula Maros, László Andrássy, Ferenc Kaposvári, József Dezső: „Core imaging and assaying instruments in mineral exploration” Securing the Future/8th ICARD, Skelleftea (Svédország) jun in The Swedish Association of Mines, Mineral and Metal Producers. Conference Book, 12p.

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS34 Javaslatok az A/501-es laboratórium kutatásainak, vizsgálatainak alkalmazási területeire, következtetések Az 501-es helyiségben kialakításra kerülő „Roncsolásmentes mikroanyag vizsgálati laboratórium” három kutató berendezésének eddigi és jövőbeli alkalmazási területei: - Környezettudományi kutatások (talaj, levegő, víz, műanyag hulladékok elemanalízise), - Fúró minták, érc kutatás (Mecsek: urán és szén bánya nyitás) - Kriminalisztika (fémfelkenődések, lövedékek,..), - Régészeti feltárások, műtárgyak (régi fémtárgyak, festmények,..) Folyamatos felkérések érkeznek a Fizikai Intézethez az előzőekben bemutatott vizsgálatokra Konklúzió: Létrejött a lehetősége az XRF, a TReLIBS és a TEM EDS Berendezések együttműködésének. Ezek a mérések egymást kiegészítő roncsolás mentes mikroanyag vizsgálati technikák.

TReLIBS, XRF, TEM SEM EDS35 Köszönöm a figyelmet mindhármunk nevében Német Béla, Sánta Imre, Kaposvári Ferenc