Clay Minerals in Mixtures: Sample Preparation, Analysis, and Statistical Interpretation

Abstract

A method of clay mineral sample preparation for electron microprobe analysis has been developed in which a film of clay plus 10–12 wt. % colloidal graphite is deposited on a porous ceramic disc using a specially designed suction device. Correction procedures are used to obtain quantitative elemental analyses representing the average chemical composition of the prepared sample. A statistical technique is employed to estimate the most likely proportions of clay minerals representing the known composition. Chemical compositions of clay minerals are presented in terms of five coordinates (“Si,” “Al,” “Mg,” “K,” and “Fe”). Using literature data, the chemical compositions of 13 different clay mineral groupings were defined statistically by their multivariate means and variance-covariance matrices. A correlation parameter, χ², was calculated to compare the chemical composition of a sample with that of any mixture of the defined clay mineral groupings, the minimum χ² indicating the best-fit mixture.

From chemical analyses of artificial mixtures only approximate clay mineral proportions could be determined when the various clay mineral groupings had been defined statistically from literature analyses. The best results were obtained when the actual compositions of the end-members forming the artificial mixtures replaced the statistical definitions. Tests of the estimation procedure on clay mineral mixtures for which chemical compositions and corresponding clay mineral proportions were found in the literature, indicate that the technique has appreciable merit.

Резюме

Разработан метод подготовления образцов глинистых минералов для анализа путем рентгеновского микроанализатора. Фильмы глины и 10–12% по весу коллоидального графита осаждаются на пороватом керамическом диске при помощи специально конструированного всасывающего прибора. Процедуры коррекции используются для качественных эдементных анализов, представляющих средний химический состав подготовленных образцов. Статистическая техника используется для определения более вероятных пропорции глинистых минералов, представляющих известный состав. Химические составы глинистых минералов представлены как функции пятп координат (“Si,” “Al,” “Mg,” “К,” и “Fe”). Используя литературные данные был определен статистически химический состав 13 различных группировок глинистых минералов на основании их многовариантных средних и вариантных-ковариантных матриц. Параметр коррелиции, \gc{su2}. был подсчитан для сравнения химического состава образца с составом любой смеси определенных группировок глинистых минералов; минмиум \gc{su2} соответствовал самому лучшему подбору смеси.

Только приблизительные пропорции глинистых минералов можно определить из данных химических анализов искусственных смесей, в то время когда различные группировки глинистых минеролов были определены статистически по литературным данным. Самые лучшие результаты былы получены когда действительные составы конечных членов, формирующих искусственные смеси, заменяли статистические определения. Проверка оценивающей процедуры на смесях глинистых минералов, для которых химические составы и соответствующие пропорции глинистых минералов были найдены в литературе показывают, что эта техника имеет большое значение. [E.G.]

Resümee

Es wurde eine Methode zur Probenaufbereitung von Tonmineralen für Mikrosondenanalysen entwickelt, bei der ein Film von Ton mit 10–12 Gew.-% kolloidalem Graphit auf eine poröse Keramikscheibe aufsedimentiert wird, wozu eine speziell entworfene Absaugvorrichtung verwendet wird. Korrekturvorgänge werden verwendet, um quantitative Elementanalysen zu erhalten, die den Durchschnittschemismus der präparierten Probe darstellen. Ein statistisches Verfahren wird benutzt, um die wahrscheinlichsten Tonmineralverhältnisse aus der gegebenen Zusammensetzung abzuschätzen. Die chemische Zusammensetzung der Tonminerale werden durch fünf Koordinaten (“Sr,” “Al,” “Mg,” “K,” und “Fe”) dargestellt. Indem Ergebnisse aus der Literatur verwendet wurden, wurden die chemischen Zusammensetzungen von 13 verschiedenen Tonmineralgruppen statistisch definiert und zwar durch ihre Multivariatmittelwerte und ihre Varianz-Kovarianz-Matrizen. Ein Korrelationsparameter, x², wurde berechnet, um die chemische Zusammensetzung einer Probe mit der einer Mischung aus den definierten Tonmineralgruppen zu vergleichen, wobei das kleinste x² die best passendste Mischung anzeigt.

Aus den chemischen Analysen von künstlichen Mischungen konnten nur ungefähre Tonmineralverteilungen bestimmt werden, wenn die verschiedenen Tonmineralgruppen statistisch aus den Literaturanalysen definiert wurden. Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn man die tatsächliche Zusammensetzung der Endglieder, die die künstlichen Mischungen bildeten, anstelle der statistischen Daten verwendete. Tests dieses Auswerteverfahrens an Tonmineralmischungen, deren chemische Zusammensetzung und entsprechende Tonmineralverhältnisse in der Literatur angegeben sind, zeigen, daß diese Methode beachtliche Vorzüge hat. [U.W.]

Résumé

Une méthode de préparation d’échantillon de minéral argileux pour l'analyse microprobe d’électrons a été dévelopée dans laquelle un film d'argile plus 10–12% au poids de graphite colloïdale est deposé sur un disque de céramique poreux au moyen d'un dispositif à ventouse crée spécialement. Des procédés de correction sont employés pour obtenir des analyses quantitatives d’éléments représentant la composition chimique moyenne de l’échantillon préparé. Une technique statistique est employée pour estimer les proportions les plus vraisemblables des minéraux argileux représentant la composition connue. Les compositions chimiques des minéraux argileux sont présentées en fonction de cinq coordonnées (“Si,” “Al,” “Mg,” “K,” et “Fe”). En employant les données de la littérature, les compositions chimiques de 13 groupes differents de minéraux argileux ont été définis statistiquement par leur moyenne multivariat et par leurs matrices de variance-covariance. Un paramètre de correlation, χ², a été calculé pour comparer la composition chimique d'un échantillon avec celle de n'importe quel mélange des groupes de minéraux argileux définis, le minimum χ² indiquant le mélange chimiquement le plus proche de l’échantillon.

A partir d'analyses chimiques de mélanges artificiels, seules des proportions approximatives de minéraux argileux pouvaient être déterminées quand les groupes de minéraux argileux avaient été définis statistiquement à partir des analyses provenant de la littérature. Les meilleurs resultats ont été obtenus lorsque les compositions actuelles des membres extrêmes formant les mélanges artificiels remplaçaient les definitions statistiques. Des tests de procédés d'estimation des melanges de minéraux argileux pour lesquels des compositions chimiques et des proportions de minéraux argileux correspondants avaient été trouvées dans la littérature, indiquent que la techique a un mérite appréciable. [D.J.]