1

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ МИНЕРАЛОВ(Ч.II)

Коровкин М.В.

2

Методика измерений

Для получения удовлетворительного спектра поглощения исследуемого вещества необходимо применять порошок с размером частиц меньше длины волны падающего излучения ( т.е. около 2 микрон и менее).

3

Методика измерений• Образец минерала растирается в агатовой

ступке с маслом (парафиновым).• Пасту переносят на одну из подложек ( из

LiF, KCl или KBr) и накрывают другой пластинкой, что заставляет ее растекаться в тонкую пленку.

• Количество образца от 1 до 10 мГ и две капли масла ( 25 мГ), получаются слои с содержанием образа около 1 мГ / см2 , что соответствует тощине слоя пасты около 0,01 мм.

4

Методика измеренийИЛИ:

тонко измельченная проба смешивается с очень чистым порошком KBr , помещается в прессформу и прессуется под большим давлением ( 10 т / см2 ) в прозрачные тонкие диски. Эта методика особенно удобна для количественных исследований и для работы с редкими веществами.

5

Спектр поглощения характеризуется

длиной волны λ , при которой наблюдается максимальное оптическое поглощение (I)

6

Инфракрасные спектры поглощения карбонатов:

1 — кальцит. 2 — кобальтовый шпат, 3 — доломит, 4 — анкерит, 5 — арагонит

7

Интерпретация спектровКласс минерала Положение полос, см -1

Силикаты SiO4

1100-900 830-740 500-400

Бораты,

BO3 , BO4

1300-1150

1050-900 780-660

Фосфаты,

PO4 1100-1000

830-780 650-500

Арсенаты,

AsO4 900-780 550-400 350

Сульфаты, SO4

1250-1000

650-610 450

8

Интерпретация спектровКласс минерала Положение полос, см -1

Карбонаты

CO3

1450-1410

880-860 740-680

Нитраты

NO3 1380-1350

840-815

Вольфра-маты, WO4

930-810 450-400 320

Молибда-ты, MoO4

950-810 450-400 320

Ванадаты, VO4

1150-830 480-450 350

9

Интерпретация спектров карбонатных минералов

• Основную массу встречающихся в природе карбонатов образуют безводные нормальные соли двухвалентных металлов, обладающих достаточно большими ионными радиусами - Мg, Fе, Мn, Са, Sr и Ва. Реже встречаются безводные карбонаты Сu, Zn, Рb. Минералы, в состав которых входят эти катионы, часто представляют собой основные соли.

10

Интерпретация спектров карбонатных минералов

• Встречающиеся в природе карбонаты двухвалентных металлов в зависимости от ионного радиуса катионов образуют, как правило, кристаллическую решетку двух сингоний - тригональную (ряд кальцита) и ромбическую (ряд арагонита).

• Главным элементом кристаллической структуры нормальных и основных карбонатов является группа [СО3]2- - это плоский треугольный комплексный ион, который играет в соединениях роль двухзарядного аниона.

11

Интерпретация спектров карбонатных минералов

• Две полосы поглощения между 11 и 12 m и

13 и 14 m, смещаются в более длинноволновую область с увеличением полного радиуса двухвалентных катионов в минерале в ряду магнезит - смитсонит (цинковый шпат) - сидерит - родохрозит (марганцевый шпат) -кальцит в кальцитовой группе и в ряду доломит - анкерит -кутнагорит в доломитовой группе.

Понятно, что более длинные межатомные расстояния будут давать более низкие частоты колебаний, то есть большие длины волн.

12

Интерпретация спектров карбонатных минералов

• Для всех изученных карбонатов, за исключением карбоната лития, имеет место почти линейная зависимость между частотой центра полосы при 880-850 см-1 и логарифмом массы катионов.

• Полоса между 13-14 m является наиболее диагностической и применяется как для качественного, так и для количественного определения минеральной конституции породы.

13

Количественный анализ.

Интенсивности полос измеряются величиной отрезков, проходящих через максимум поглощения и заключенных между линией 100% погло-щения и базовой линией В спектре для выбранной полосы определяют условное поглощение (b/a), условное пропускание (c/a) и условную экстинцию ( lg c/a).

метод базовой линии.

14

Количественный анализ.

По построенному графику зависимости, например, пропускания от концентрации вещества, определяют концентрацию веществ для исследуемой минеральной смеси. Метод базовой линии дает достаточно высокую точность в особенности для интервала составов от 10 до 90% для двухкомпонентной смеси.

метод базовой линии.

15

Возможности метода ИКС

• определение ( идентификация минерала• исследование изоморфных замещений и

полиморфизма• определение минерала в смеси• определение неупорядоченных и

скрытокристаллических фаз• идентификация гидроксильных групп,

молекул воды в минералах

16

Возможности метода ИКС

C помощью ИК-спектров успешно различаются кристаллические формы карбоната кальция,

этот метод является более чувствительным, чем обычные методы рентгенографии.

17

Преимущества метода ИКС

• Спектры инфракрасного поглощения могут получены практически для всех веществ независимо от их физического состояния, цвета, кристаллической формы, молекулярного веса, числа компонентов, растворимости и числа фаз. Методы ИКС применимы для любого из трех агрегатных состояний вещества.

18

Преимущества метода ИКС

• экспрессность, • простота, • экономичность : для исследования

необходимо всего несколько миллиграммов вещества;

19

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ