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Physikalisch-chemische Untersuchungsmethoden in den Geowissenschaften, Band 2

Beugungsmethoden, Spektroskopie, Physiko-chemische Untersuchungsmethoden

Hrsg.: Georg Amthauer; Miodrag K. Pavicevic

[Physico-chemical analytical techniques in the Earth Sciences. Vol. 2: Diffraction, spectroscopic and physico-chemical methods]

2001. XII, 262 Seiten, 185 Abbildungen, 15 Tabellen, 17x24cm, 650 g
Language: Deutsch

ISBN 978-3-510-65199-3, brosch., price: 48.00 €

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GeowissenschaftSpektroskopiephysikalischchemischMineralGesteingeo sciencesspectroscopyphysicalchemicalmineralrocks

Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Dies ist der zweite Teil des Werkes "Physikalisch-chemische Untersuchungsmethoden in den Geowissenschaften". Dieser Band beinhaltet Beugungsmethoden, Spektroskopie sowie physikalisch-chemische Untersuchungsmethoden. Das Buch, in deutscher Sprache geschrieben, soll Diplomanden, Doktoranden sowie erfahrenen Geowissenschaftlern helfen, für ihr Problem die möglichst optimale Lösung zu finden.

Bespr.: Erzmetall Bd. 55, Nr. 3 (2002), S. 195 top ↑

Die Beschreibung der physikalisch-chemischen Untersuchungsmethoden, die heute in den Geowissenschaften angewendet werden, wurde in zwei Bänden vorgenommen, da ein Gesamtbuch zu umfangreich geworden wäre. Der erste Band umfaßt die mikroskopischen Methoden und die eher geochemisch-analytischen Methoden (s. Erzmetall 9/2001). Der zweite Band beinhaltet Beugungsmethoden (z. B. Röntgenbeugung, Synchrotronstrahlung, Neutronenstreuung), Spektroskopie /z. B. IRS, RS, UV-VIS-NIR, ESR, NMR, MBS) und Messungen der physikalischen Eigenschaften (z. B. Magnetische, elektrische unt thermische Untersuchungsmethoden, HT-Lösungskalorimetrie). In beiden Bänden werden nur die heutzutage am häufigsten benutzten Methoden geschildert und anhand von geowissenschaftlichen Beispielen verdeutlicht.

Erzmetall Bd. 55, Nr. 3 (2002), S. 195

Bespr.: Veröffentlichungen des Naturkundemuseums Erfurt, Bd. 21, S. 22 top ↑

Diese beiden Bände schließen eine lange empfundene Lücke. Während die Literatur zur Beschreibung der Mineralspezies, Mineralvorkommen und Lagerstätten und anderen speziellen geowissenschaftlichen Problemen einen großen Umfang angenommen hat, ist die Literatur zur methodischen Seite der Geowissenschaften unterentwickelt. Das trifft auch auf die Vielzahl der in den letzten Jahrzehnten entwickelten, vielfältigen physikalisch-chemischen Untersuchungsmethoden zu. Die beiden Herausgeber haben es unternommen, zusammen mit über 30 Fachwissenschaftlern, einen Überblick und eine Einführung in die speziellen physikalisch-chemischen Untersuchungsmethoden zu geben. Dabei ist jeder der Autoren ein ausgewiesener Spezialist mit praktischen Erfahrungen für die jeweils behandelte Methode.

Das Werk ist sowohl für Fachwissenschaftler auf geologisch-mineralogischem Gebiet als auch für mineralogisch interessierte Laien mit entsprechenden naturwissenschaftlichen Kenntnissen gut geeignet. Die Bände sind durch eine hohe Informationsdichte gekennzeichnet. Daß es in der Verständlichkeit der einzelnen Kapitel Unterschiede gibt, liegt in der Natur der Sache. Das Bemühen der Herausgeber durch die Vorgabe gleicher Gliederungspunkte eine gute Vergleichbarkeit der Methoden zu erreichen. hat durchaus Früchte getragen. Zweckmäßig wäre eine tabellarische Gegenüberstellung der Methoden. Aber das wäre wohl fast Band 3 geworden und hätte einen erheblichen zusätzlichen Aufwand erfordert. Historische Bemerkungen zur Entwicklung der einzelnen Methoden wären sicher vom Leser begrüßt worden. Ebenso wären Angaben über die Verbreitung der Methoden, eine Abschätzung der Anzahl der Geräteinstallationen und des Kostenaufwandes empfehlenswert.

Trotz dieser offenen Wünsche ist dieses, mit einem hohen Koordinierungsaufwand seitens der Herausgeber geschaffenen Werk, sehr zu empfehlen. Das Werk ist bestens geeignet, sich einen Überblick über die unterschiedlichen Untersuchungsmethoden zu verschaffen. Praxisbezogene Anwendungsbeispiele aus dem Bereich der Geowissenschaften erleichtern das. Die Bände sollten weder in einer geowissenschaftlichen Fachbibliothek, noch in einer öffentlichen Bibliothek größerer Städte fehlen.

Dr.-Ing. Günther Voigt

Veröffentlichungen des Naturkundemuseums Erfurt, Bd. 21, S. 22

Bespr.: Zentralblatt für Geologie u. Paläontologie Teil II Jg. 2003 H. 1-2 top ↑

Geochemische, aber auch geologische Prozesse, werden häufig stark durch die strukturellen und kristallchemischen Eigenschaften der an ihnen beteiligten Mineralphasen gesteuert. Zur Lösung struktureller und kristallchemischer Fragestellung stehen neben den klassischen Beugungsmethoden auch moderne spektroskopische und physiko-chemische Untersuchungmethoden zur Verfügung, die zunehmend zur Lösung verschiedenster geowissenschaftlicher Fragestellungen herangezogen werden. Das vorliegende Buch führt den Leser erstmals in deutscher Sprache an eine ganze Reihe moderner, strukturanalytischer Untersuchungsmethoden heran, die von insgesamt 17 anerkannten Fachleuten beschrieben werden. Während sich das erste Kapitel mit klassischen Beugungsmethoden, wie Röntgen-, Elektronen- und Neutronenbeugung beschäftigt, ist das zweite Kapitel einer Reihe von spektroskopischen Methoden gewidmet: Infrarot- und Raman-Spektroskopie, Lumineszenzspektroskopie, UV-VIS-NIR-Spektroskopie, Röntgenabsorptionsspektroskopie, Photoelektronenspektroskopie, Elektronen- und Kernspinresonanzspektroskopie und Mössbauerspektroskopie. Das dritte Kapitel "Physiko-chemische Untersuchungsmethoden" führt den Leser in die Grundlagen von magnetischen Untersuchungsmethoden, der Messung der elektrischen Leitfähigkeit, thermischer Analyseverfahren (TG, DTA und DDK) sowie in die Grundlagen der Hochtemperatur-Lösungkalorimetrie ein. Abgerundet wird das Werk durch ein recht umfangreiches Literaturverzeichnis sowie ein Sachwörterverzeichnis, das für die einzelnen Kapitel gegliedert ist.

Vorliegendes Werk ermöglicht dem deutschsprachigen Geowissenschaftler einen verständlichen Zugang zu den beschriebenen Untersuchungsmethoden. Die Autoren verzichten in der Regel auf unnötiges mathematisches Beiwerk und konzentrieren sich auf die wesentlichen, zum Verständnis notwendigen Informationen (eine Ausnahme ist das Kap. 2.2 über die Raman-Spektroskopie). Das Buch repräsentiert jedoch keinesfalls ein homogenes Gesamtwerk, was man aber aufgrund der Vielzahl der beitragenden Autoren wohl auch nicht erwarten kann. Da sich das Buch hauptsächlich an Geowissenschaftler richtet, ist es erstaunlich, dass z. T. bedeutende geowissenschaftliche Anwendungen der beschriebenen Untersuchungsmethoden überhaupt nicht erwähnt werden. Hier sei z. B. der Gebrauch der ESR- und Thermolumineszenzspektroskopie zur Datierung von holozänen Sedimenten (z.B. fossilen Korallenriffen) oder Mineralen, die Anwendung von magnetischen Messungen von Mineralen und Gesteinen zur Rekonstruktion des Paläomagnetismus, die Anwendung der Raman-Spektroskopie zur Untersuchung von Flüssigkeitseinschlüssen, von strukturellen Heterogenitäten innerhalb von Mineralphasen im Bereich weniger Mikrometer sowie zur Phasenbestimmung genannt.

Enttäuschend ist auch, dass die Qualität mancher Abbildungen teilweise nicht über die einer Photokopie hinausgeht. Auch sind die Abbildungsbeschriftungen in manchen Abbildungen noch in englischer Sprache. In diesem Zusammenhang ist auch unverständlich, weshalb man z. B. im Kapitel über Lumineszenz-Untersuchungen keine Kathodolumineszenzbilder von Mineralen zeigt - von denen man viele interessante Beispiele aus der Literatur kennt -, die Variationen (Zonierungen) in der Lumineszenzintensität aufweisen.

Zusammenfassend bleibt festzustellen, dass auch der zweite Band ein gelungener Versuch ist, eine Lücke in der deutschsprachigen, geowissenschaftlichen Fachliteratur zu schließen. Für eine zukünftige Neuauflage wäre es jedoch wünschenswert, die Qualität der Abbildungen zu verbessern und mehr Anwendungsbeispiele aus dem Bereich der Geowissenschaften einzubeziehen.

T. GEISLER-WIERWILLE

Zentralblatt für Geologie und Paläontologie Teil II Jahrgang 2003 Heft 1-2

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Vorwort: GEORG AMTHAUER und MIODRAG K. PAVICEVIC V
Liste der Autoren XI
1 Beugungsmethoden 1
1.1 Röntgenbeugung 1
HARTMUT FUESS
1.1.1 Einleitung 1
1.1.2 Pulverdiffraktometrie 2
1.1.3 Einkristallstrukturanalyse 5
1.1.4 Flüssigkeiten, Gläser 7
1.1.5 Textur und Spannung in polekristallinen Materialien 11
1.1.6 Oberflächen und Grenzflächen 14
1.2 Synchrotronstrahlung 19
HARTMUT FUESS
1.2.1 Eigenschaften der Synchrotronstrahlung 20
1.2.2 Pulverdiffraktometrie 21
1.2.3 Einkristalldiffraktometrie 26
1.2.4 Hochdruckkristallographie mit energiedispersiver Synchrotronstrahlung 30
1.2.5 Ausblick 32

1.3 Elektronenbeugung im TEM 32
MICHAEL CZANK
1.3.1 Einführung 32
1.3.2 Physikalische Grundlagen 33
1.3.3 Beugungsmethoden im TEM 37
1.3.4 Analytische Bedeutung der Elektronenbeugung 38
1.3.5 Anwendung in der Mineralogie 39
1.3.6 Zusammenfassung 43
1.4 Neutronenstreuung 43
HARTMUT FUESS
1.4.1 Eigenschaften des Neutrons 43
1.4.2 Experimentelles 46
1.4.3 Strukturuntersuchungen mit Neutronen 47
1.4.4 Molekül- und Gitterdynamik 55
2 SpektroskopischeUntersuchungsmethoden 60
2.1 Infrarot-Spektroskopie (IRS) 60
ANTON BERAN
2.1.1 Einleitung 60
2.1.2 Theoretische Grundlagen 60
2.1.3 Kurzbeschreibung und Funktion des Gerätes 62
2.1.4 Probenvorbereitung 64
2.1.5 Anwendungsbeispiele 64
2.1.6 Zusammenfassung 67
2.2 Raman-Spektroskopie (RS) 67
ULRICH BISMAYER

2.2.1 Einführung 67
2.2.2 Theoretische Grundlagen und Meßprinzip 68
2.2.3 Anwendungsbeispiele 70
2.2.4 Diskussion 79
2.3 Lumineszenz 79
DIETER KOLLEWE
2.3.1 Einleitung 79
2.3.2 Grundlagen der Lumineszenz 80
2.3.3 Wechselwirkung von Elektronen mit Materie 84
2.3.4 Geräte für die Lumineszenz 86
2.3.5 Lumineszenz-Untersuchungen 89
2.3.6 Zusammenfassung 94
2.4 UV-VIS-NIR-Spektroskopie 94
IRMGARD ABS-WURMBACH
2.4.1 Einführung 94
2.4.2 Grundlagen der Spektroskopie im Sichtbaren 95
2.4.3 Meßmethoden 105
2.4.4 Anwendungsbeispiele in den Geowissenschaften 108
2.4.5 Empfohlene Literatur 1 13
2.5 Röntgenabsorptionsspektroskopie: XANES und EXAFS 113
PETER BEHRENS
2.5.1 Einleitung 1 13
2.5.2 Physikalische Grundlagen des Absorptionsprozesses im Röntgenbereich 115
2.5.3 Experimentelles und Datenanalyse 122
2.5.4 Informationsgehalt von XANES- und EXAFS-Spektren 128
2.5.5 Schlußbemerkungen 1 38
2.6 Photoelektronenspektroskopie (ESCA) 139
SIEGFRIED HOFMANN
2.6.1 Einleitung 139
2.6.2 Qualitative Photoelektronenspektroskopie 139
2.6.3 Experimentelles 141
2.6.4 Quantitative ESCA 143
2.6.5 Anwendungsbeispiele für ESCA 147
2.7 Elektronenspinresonanz (ESR) 149
HELMUT RAGER
2.7.1 Einleitung 149
2.7.2 Grundlagen der ESR 150
2.7.3 ESR-Messung am Einkristall 154
2.7.4 ESR-Messungen am Pulver 158
2.8 Hochauflösende Kernresonanzspektroskopie an Festkörpern (NMR) 160
TORSTEN SCHALTER und ANGELIKA SOBALD
2.8.1 Einleitung und Grundlagen 160
2.8.2 Isolierte Kerne mit Spin I = 1/2: MAS und CP/MAS 162
2.8.3 Nicht-isolierte Kerne mit I = 1/2: "multiple pulse" Experimente 169
2.8.4 Kerne mit Spin I > 1/2 170
2.8.5 Zusammenfassung und Ausblick 173
2.9 Mössbauerspektroskopie (MBS) 175
WERNER LOTTERMOSER und GEORG AMTHAUER
2.9.1 Einführung 175
2.9.2 Physikalisch-chemische Grundlagen 175
2.9.3 Kurzbeschreibung und Funktion der Meßapparatur 181
2.9.4 Auswertung der Spektren 182
2.9.5 Probenvorbereitung 182
2.9.6 Wichtige Anwendungsbeispiele in den Geowissenschaften 183
2.9.7 Zusammenfassung 189
3 Physiko-chemische Untersuchungsmethoden 190
3.1 Magnetische Untersuchungsmethoden 190
JÜRGEN PEBEER und WERNER TREUTMANN
3.1.1 Einleitung 190

3.1.2 Magnetisierung und magnetische Suszeptibilität 191
3.1.3 Magnetische Meßmethoden 193
3.1.4 Meßbeispiele 197
3.1.5 Zusammenfassung 203
3.2 Messungen der elektrischen Leitfähigkeit 204
LADO CEMIC
3.2.1 Einleitung 204
3.2.2 Ladungsträger und Leitungsmechanismen 205
3.2.3 Experimentelle Methoden 210
3.2.4 Meßbeispiele 214
3.2.5 Zusammenfassung 217
3.3 Thermische Analyseverfahren (TG, DTA und DDK) 218
LADO CEMIC
3.3.1 Einleitung 218
3.3.2 Thermogravimetrie (TG) 218
3.3.3 Differenzthermoanalyse (DTA) 221
3.3.4 Dynamische Differenzkalorimetrie (DDK bzw. DSC) 223
3.3.5 Zusammenfassung 227
3.4 Hochtemperatur-Lösungskalorimetrie 228
LADO CEMIC
3.4.1 Einleitung 228
3.4.2 Theoretische Grundlagen 228
3.4.3 Experimentiertechnik 230
3.4.4 Anwendungsbeispiele 234
3.4.5 Zusammenfassung 240
4 Literaturverzeichnis 242
5 Sachwörterverzeichnis 257