Identification of Uranyl Minerals Using Oxygen K-Edge X-Ray Absorption Spectroscopy

Although most of the world's uranium exists as pitchblende or uraninite, this mineral can be weathered to a great variety of secondary uranium minerals, most containing the uranyl cation. Anthropogenic uranium compounds can also react in the environment, leading to spatial–chemical alterations that could be useful for nuclear forensics analyses. Soft X-ray absorption spectroscopy (XAS) has the advantages of being non-destructive, element-specific and sensitive to electronic and physical structure. The soft X-ray probe can also be focused to a spot size on the order of tens of nanometres, providing chemical information with high spatial resolution. However, before XAS can be applied at high spatial resolution, it is necessary to find spectroscopic signatures for a variety of uranium compounds in the soft X-ray spectral region. To that end, we collected the near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectra of a variety of common uranyl-bearing minerals, including uranyl carbonates, oxyhydroxides, phosphates and silicates. We find that uranyl compounds can be distinguished by class (carbonate, oxyhydroxide, phosphate or silicate) based on their oxygen K-edge absorption spectra. This work establishes a database of reference spectra for future spatially resolved analyses. We proceed to show scanning X-ray transmission microscopy (STXM) data from a schoepite particle in the presence of an unknown contaminant. Bien que la plupart de l'uranium mondial soit contenu dans la pechblende ou l'uraninite, ces phases minerales peuvent etre alterees en une grande variete de mineraux uraniferes secondaires, la plupart contenant le cation uranyle. Les composes d'uranium anthropogeniques peuvent egalement reagir dans l'environnement, entrainant des alterations spatio-chimiques qui pourraient etre utiles pour les analyses dans le domaine de l'expertise scientifique nucleaire. La spectroscopie d'absorption des rayons X mous (XAS) presente l'avantage d'etre non destructive, specifique a l'element, et sensible a la structure physique et electronique. La sonde de rayons X mous peut egalement etre focalise pour atteindre une taille de spot de l'ordre de quelques dizaines de nanometres, fournissant ainsi des informations chimiques a haute resolution spatiale. Toutefois, avant que la XAS puisse etre appliquee a haute resolution spatiale, il est necessaire de trouver des signatures spectroscopiques pour une variete de composes d'uranium dans la region spectrale des rayons X mous. A cette fin, nous avons collecte les spectres de structure pres du front d'absorption des rayons X (NEXAFS) d'une variete de mineraux communs contenant des cations uranyles, y compris des carbonates d'uranyle, des oxyhydroxydes, des phosphates et des silicates. Nous montrons que les composes d'uranyle peuvent etre distingues par classe (carbonate, oxyhydroxyde, phosphate ou silicate) en fonction de leur spectre d'absorption des rayons X pres du seuil K de l'oxygene. Ce travail etablit une base de donnees de spectres de reference pour les futures analyses spatialement resolues. Nous presentons des donnees de microscopie a balayage par transmission des rayons X (STXM) d'une particule de schoepite en presence d'un contaminant inconnu.