Tonminerale Methodik

Die Methoden zur Bestimmung der Tonminerale in Böden sind im Prinzip die gleichen, wie die der klassischen Tonmineralogie. Im Mittelpunkt der Darstellung steht die Röntgenbeugungsanalyse (XRD), die zusammen mit den einzelnen beschriebenen Behandlungen der Tonfraktion die genausten Kenntnisse über die Struktur der Minerale liefert. Hierbei haben sich in den vergangenen Jahrzehnten Entwicklungen abgezeichnet, die in einigen Bereichen von den Techniken der klassischen Tonmineralogie abweichen. Gegenstand der Darstellungen sind Verfahren der Tongewinnung, der Fraktionierung und der Herstellung von Präparaten, insbesondere von orientierten Texturpräparaten. Da Tonfraktionen in Böden überwiegend Gemenge aus Tonmineralen sind und auch Wechsellagerungen enthalten, müssen Quellungsmittel (z. B. Ethylenglycol, Glycerin) gezielt gewählt werden, wobei die Desorption von überschüssigen Molekülen besonders zu beachten ist. Die Reflexe gehen vor allem beim Feinton (< 0,1 µm) allmählich in die Untergrundintensität über. Die sich daraus ergebenden Schwierigkeiten bei der Auswertung sollten beachtet und über die Linearisierung des Untergrundes der XRD berücksichtigt werden. Dies geschieht durch die Berechnung des Lorentz‐ und Polarisationsfaktors und die Anwendung von Fitprogrammen. Beide Rechenverfahren verbessern besonders bei Reflexverbreiterung als Folge kleiner Kohärenzlängen die Quantifizierung der Reflexintensitäten und die exakte Bestimmung der Reflexlage im XRD. Letzteres ist für die Bestimmung der Ladungsdichte in Vermiculiten und Smectiten besonders bedeutsam. Tonminerale besitzen unterschiedliche Zeigereigenschaften. Dies ist für die quantitative Abschätzung der Mineralanteile im Gemenge zu beachten. Hierzu werden verschiedene Ergebnisse eingehend diskutiert und vorgeschlagene Faktoren < 1 relativ zu Illit = 1,0 kritisch eingeschätzt und bewertet. Bei mittleren und größeren Illitgehalten sollte die geschätzte Mineralzusammensetzung über die Bestimmung der K‐Gehalte des Tons gesichert werden (K‐Gehalte der Illite aus Bodentonen variieren zwischen 5,8 und 6,4 Gew.‐%). n‐Alkylammonium‐Ionen dienen der Bestimmung von Ladungsdichten der Vermiculite und Smectite. Die Herstellung von n‐Alkylammonium‐ Chloriden und von Texturpräparaten wird beschrieben. Besondere Beachtung findet die Bestimmung und Berechnung der Ladungsdichten von Vermiculiten und Smectiten als Minerale, die in Bodentonen in typischer Weise nebeneinander auftreten. Hier muss eine große Genauigkeit bei der Bestimmung der Reflexpositionen gefordert werden, die durch Lp‐Korrektur und Fitten der XRD erreicht werden kann. Ergänzende strukturelle Informationen werden aus der Infrarot‐ Spektroskopie erhalten, deren Methodiken kurz vorgestellt werden. Zudem ermöglicht die simultane Thermische Analyse qualitative und quantitative Aussagen über die mineralische Zusammensetzung von Böden sowie über strukturelle Eigenschaften einiger Minerale, die mittels XRD oder IR nicht zugänglich sind.