JAMP-9500F - ОЖЕ-микроанализатор или ОЖЕ-микрозонд (JAMP - JEOL Auger Micro Probe) для исследования поверхности производства компании JEOL (Япония)

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 8Следующая ⇒

JEOL Ltd. -мировой лидер в производстве и разработке сканирующих (растровых) электронных микроскопов (РЭМ), просвечивающих электронных микроскопов (ПЭМ), анализаторов поверхности (ОЖЕ микроанализаторы, фотоэлектронные спектрометры, электронно-зондовые микроанализаторы EPMA), системы с фокусированным ионным пучком, масс-спектрометров, спектрометров ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и систем электронно-лучевой литографии для производства полупроводниковых приборов.

Оже-микроанализаторы с термополевой электронной пушкой обеспечивают получение информации о химсоставе образцов из малого информационного объёма, что определяет их высокие показатели по пространственному разрешению. Преимущество Оже-электронных микроанализаторов заключается в возможности исследования одномерных нанообъектов, а именно тонких (вплоть до одного монослоя) пленок, а также весьма высокая локальность анализа в латеральном направлении. Данные приборы в массивных образцах обеспечивают получение информации по элементному и химическому составу в областях глубиной до 1 нм и диаметром около 8 нм.

Метод Оже-электронной спектроскопии относится к числу методов анализа поверхности, поскольку глубина выхода Оже-электронов весьма мала (около 1 нм), и наряду с высокой поверхностной чувствительностью Оже-микроанализатор позволяет получать информацию о распределении элементов и их химическом состоянии как по поверхности (двумерное распределение или карта распределения элементного состава), так и в глубину путем ионного травления поверхности образца.

4. УСТРОЙСТВО ПРОСВЕЧИВАЮЩЕГО ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА

Современный просвечивающий электронный микроскоп представляет собой довольно сложную в технологическом и эксплуатационном отношениях установку.

В качестве источника электронов выступает электронная пушка. Она установлена в верхней части колонны просвечивающего электронного микроскопа. Внутри самой колонны путем откачки воздуха поддерживается высокий вакуум. Испускаемые пушкой электроны ускоряются в трубке ускорителя, проходят через линзы осветителя, после чего попадают на образец. После прохождения электронов через структуру объекта исследований в объективной линзе формируется изображение. Затем система промежуточных и проекционных линз производят его увеличение.

Просвечивающий электронный микроскоп состоит из электронной пушки и системы магнитных линз, одни из которых служат для создания освещающего пучка с небольшой расходимостью, а другие для создания увеличенного изображения. Электронный микроскоп работает с тонкими объектами на просвет. С толстыми объектами работа производиться на растровых (сканирующих) электронных микроскопах или с исследуемого массивного образца снимается тонкая реплика для исследования ее в просвечивающем электронном микроскопе.

Электронная пушка

Для получения электронного пучка используют явление термоэлектронной эмиссии. Источником электронов является тонкая вольфрамовая нить диаметром 0,1 мм V-образного изгиба. Нить нагревается переменным током до температуры 2700°С и становится источником электронов. Система, образованная катодом, анодом и нитью накала называется электронной пушкой. Ток электронного пучка зависит от температуры нити.

Термоэлектронная эмиссия (электроны, генерируемые нитью катода, ускоряются в ускорительной трубке (аноде). Анод находится под потенциалом земли, а к катоду прикладывается высокое отрицательное напряжение. К электроду Венельта, установленному ниже катода, прикладывается так называемое напряжение смещения (большее по модулю, чем напряжение, подаваемое на катод). Оно регулирует ток эмиссии, траекторию электронов относительно оптической оси микроскопа и положение точки наименьшего сечения электронного пучка (кроссовера).

Конденсорные линзы

Выходя из электронной пушки, пучок попадает в поле конденсорной линзы, которая его фокусирует и направляет на образец.

Держатели образцов

Устройство для удерживания образца, которое помещается в просвечивающий электронный микроскоп, называется держателем образца. Стандартный ПЭМ-образцец представляет собой тонкий диск диаметром 3 мм.

Объективная линза

Служит для первоначального увеличения изображения. Это очень важная часть микроскопа, так как любые дефекты изображения появившиеся в объективной линзе дают большие искажения всего изображения в целом. Объективная линза состоит из линзовых обмоток, магнитопровода (сердечника) и полюсного наконечника. Для получения большого увеличения фокусное расстояние объективной линзы должно быть как можно короче. Для этого поле должно быть, как можно сильнее и ограничено в пространстве. Увеличение поля достигается путем увеличения числа витков. Для уменьшения протяженности поля используют оболочку - магнитопровод для катушки из ферромагнитного материала. Для устранения влияния хроматической аберрации линз применяют водяное охлаждение и электронную стабилизацию тока в линзах. Объект располагается в непосредственной близости от фокальной плоскости линзы. Проходя через образец, электронный пучок рассеивается, отклоняясь от тяжелых атомов и поглощаясь более толстыми участками. Для повышения контраста изображения в задней фокальной плоскости объективной линзы (плоскость первичного дифракционного изображения) устанавливается апертурная диафрагма (специально-установленная диафрагма или оправа одной из линз, которая ограничивает пучки лучей, выходящих из точек предмета, расположенных на оптической оси и проходящих через оптическую систему), которая обрезает электроны, рассеянные на структурах с пространственными периодами меньшими тех, из-е которых хотят получить.

Промежуточная и проекционная линзы

Проекционная линза служит для дальнейшего увеличения изображения объекта и получения его конечного изображения на экране микроскопа и на фотопластинке. Для плавного изменения увеличения и получения большего увеличения между объективной и проекционной линзами ставят промежуточную линзу.

На конечном экране исследователь видит увеличенное изображение объекта. Различные участки объекта по-разному рассеивают падающие на них электроны. После объективной линзы будут фокусироваться только электроны, которые при прохождении объекта отклоняются на малые углы. Эти же электроны фокусируются промежуточной и проекционной линзами на экране для конечного изображения. На экране соответствующие детали объекта будут светлые. В том случае, когда электроны при прохождении участков объекта отклоняются на большие углы, они задерживаются апертурной диафрагмой, расположенной в объективной линзе, и соответствующие участки изображения будут на экране темными. Изображение становится видимым на флюоресцентном экране (светящимся под действием падающих на него электронов). Фотографируют его либо на фотопластинку, либо на фотопленку, которые расположены на несколько сантиметров ниже экрана.

Применение. Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) – это электронно-оптический прибор, в котором пучки электронов используются для формирования изображения исследуемого объекта. Электронные микроскопы позволяют увидеть и изучить строение отдельных молекул, коллоидов, вирусов, кристаллических решеток, материалов и многое другое. Наивысшим достижением современной электронной микроскопии является визуализация отдельных атомов тяжелых элементов и прямое наблюдение кристаллической решетки. Вряд ли остался какой-либо сектор исследований в области биологии и материаловедения, где бы не применялась просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ); это обеспечено успехами техники приготовления образцов.Главной целью электронной микроскопии высокого разрешения на сегодняшний день является визуализация деталей ультраструктуры несовершенных кристаллических материалов. Электронная микроскопия высокого разрешения- находит также широкое применение для исследования микроструктуры очень маленьких кристаллов, от которых нельзя получить картину рентгеновской дифракции. В последние годы этот метод широко применяется для исследования минералов и керамических материалов. Непосредственно методом просвечивающей электронной микроскопии первыми были изучены слюда и глинистые минералы. Электронная микроскопия применялась также для определения возраста земных, лунных и метеоритных пород. Электронная микроскопия широко применяется в биологических и медицинских исследованиях.

5. ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ И ПОНЯТИЯ НАНОМИНЕРАЛОГИИ

Со второй половины XX в. и особенно бурно в начале XXI в. усилиями прежде всего Российских учёных акад. Н.П. Юшкина, чл-корр. РАН А.М. Асхабова и ряда других исследователей успешно развивается наноминералогия, рассматривающая структурно-морфологические особенности, конституционную специфику и разнообразие минеральных наноструктур и наноиндивидов, анализирующая формы существования и кластерную самоорганизацию вещества на наноуровне, генезис минеральных микро- и наноструктур.

Наноминералогия - одно из перспективных направлений современной минералогии, решающее проблемы изучения организации минерального вещества микро- и ультрамалого масштаба. Это изучение особых свойств ультрадисперсных минеральных выделений и минералов со структурой кластеров. Это наука о формировании, физико-химических свойствах природных соединений, размер которых хотя бы в одном измерении входит в наношкалу. Наноминералогия рассматривает структурно-морфологические особенности, конституционную специфику и разнообразие минеральных наноструктур и наноиндивидов; особое внимание уделяется анализу форм существования и кластерной самоорганизации вещества на наноуровне, генезису минеральных микро- и наноструктур. Аномальность наноминералов связана с размерными эффектами - явлениями изменения свойств в связи с резким возрастанием удельной поверхностной энергии минералов при уменьшении размера индивидов, начиная с 0,1 мм. В задачи наноминералогии входят также синтез ультрадисперсных материалов и исследования их свойств, разработки по совершенствованию методов исследования тонкой неоднородности кристаллических структур. Наноминералогическими исследованиями разработаны новые методы извлечения и освоения золота, платиноидов, алмазов, созданы новые матричные материалы для захоронения радионуклеидов.

Задачи наноминералогии:

• Размерное ранжирование объектов минералогии.

• Ультрадисперсное состояние минерального вещества.

• Микро- и наноуровни, история минералогической интервенции в микро- и наномир.

• Микро- и наноминералогические объекты, их свойства. Конституционная специфика наноструктур и наноиндивидов. Минеральные наноматериалы. Размерные зависимости свойств наноматериалов.

• Процессы и механизмы формирования и эволюции ультрадисперсных минеральных систем.

• Нанофазная кристаллизация. Процессы роста и растворения кристаллов на наноуровне.

• Минеральные микро- и нанофазы в проблеме минералогической систематики и номенклатуры.

• Микро- и наноминеральные ассоциации и парагенезисы. Нановключения в минералах.

• Прикладная наноминералогия. Нанотехнологии в минералогии.

• Методы исследования ультрадисперсного состояния минерального вещества. Диагностика нанофаз.

• Перспективы создания общей наноминералогической концепции.

На наноуровне открыт новый тип структурно и морфологически упорядоченных объектов, играющих конструктивную роль в строении минерального мира. Основными из них являются наноиндивиды, представляющие собой элементарные минеральные структуры, сложенные ограниченным числом, находящимся в дальнем порядке структурообразующих частиц.

Наноиндивиды имеют четкие фазовые границы, чисто кристаллические очертания. Конституция и форма наноиндивидов определяется только внутренними факторами и практически не зависит от внешних воздействий.

Особенностью наноуровня является его граничный, переходный характер. Он объединяет и минералообразующие элементы (атомы, ионы, молекулы, кластеры и т. п.), и наноиндивиды, и наноагрегаты. Этой размерности соответствуют наноблоки, анатомические элементы, дефекты, «наноорганы» минеральных макроиндивидов.

Структурный переход от минералообразующих сред к наноминеральным структурам характеризуется их фазовой гетерогенизацией, при этом может сохраняться структурное единство системы «дисперсная фаза - дисперсионная среда» благодаря ее агрегативной электростатической устойчивости. Агрегация наночастиц в этом случае происходит без их слияния.

Для многих наноиндивидов характерна структурная «небесконечность», они могут состоять всего из нескольких элементарных ячеек.

Структура, состав, свойства наноиндивидов изучены еще очень слабо, и мы не можем пока разобраться в их многообразии, не можем дать более или менее строгую классификацию, определиться с терминологией. Поэтому для характеристики наноиндивидов и автономизированных минеральных объектов широко используются различные операциональные названия (нанокристаллы, нанокластеры, наноблоки, кристаллиты и т. д.).

На наноуровне выделяются специфические объекты, совмещающие свойства минерала и молекулы (молекула - кристалл, нанопротокристалл).

Исследования на микро – и наноуровнях привели к открытию особых форм упорядоченности рентгеноаморфных , считавшихся некристаллическими природных образований, называемых минералоидами. В их структуре установлена надмолекулярная упорядоченность.

Наиболее обычным типом упорядоченности является частично или полностью регулируемая упаковка шарообразных или глобулообразных частиц. Такие структуры характерны, например, для опала, гидроксенотима, рентгеноаморфных фосфатов и других минералоидов, а также для ряда минералов.

Особенно широким разнообразием надмолекулярных структур отличаются некоторые типы твердых углеводородов (битумов), особенно нафтоидов.

Диагностика наноструктур и наноматериалов:

1.Оптическая микроскопия

2.Просвечивающая электронная микроскопия

3.Сканирующая электронная микроскопия

4.Сканирующая зондовая микроскопия

6 ЭФФЕКТ ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА ОТ ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ МИНЕРАЛА В ВИДЕ РАДУЖНЫХ ИЛИ ЦВЕТНЫХ ДИФФУЗНЫХ УЧАСТКОВ ИЛИ ПЯТЕН НАБЛЮДАЕМЫХ ПРИ СКРЕЩЕННЫХ НИКОЛЯХ, ЭТО?

Анизотропия (оптическая неоднородность) – основной качествен-ный диагностический признак, наблюдается в скрещенных николях. Рудные минералы в поляризованном отраженном свете подразделяются на изотропные и анизотропные. Изотропный минерал при скрещенных николях становится темным и не просветляется при повороте столика на 360°. Анизотропные минералы при скрещенных николях обнаруживают изменение цвета или яркости. Наблюдается четырехкратное угасание анизотропного кристалла через каждые 90° при вращении столика мик-роскопа.

В группу изотропных минералов в основном входят минералы ку-бической сингонии и аморфные. В группу анизотропных – минералы остальных сингоний (тетрагональной, гексагональной, тригональной, ромбической, моноклинной и триклинной). У некоторых минералов анизотропия сопровождается цветовым эффектом, который указан в справочниках и является одним из диагностических признаков.

Изучение эффекта анизотропии производят следующим образом: проверяют настройку микроскопа с помощью сильно анизотропного минерала, затем ставят исследуемый минерал в поле зрения, включают анализатор и наблюдают анизотропию. Необходимо включить наиболее сильное освещение лампы, иногда следует слегка развернуть анализатор – создать условия неполного скрещивания николей. Эффект анизотро-пии можно усилить, применив иммерсию. Иммерсионный метод основан на изучении оптических свойств минералов в более плотных, чем воз-дух, средах. Для этого между объективом и минералом помещается один из иммерсионных препаратов, например сосновое масло.

Анизотропия. Когда полированная поверхность кубического минерала наблюдается в скрещенных николях, она остается темной (в состоянии погасания) при всех положениях столика микроскопа, в какой бы кристаллографической ориентировке ни находилась эта поверхность (в некоторых случаях сечение может быть темным не полностью, но и тогда оно не изменяется при вращении). Такие минералы называются изотропными. Минералы, которые образуют кристаллы 'более низких, чем кубическая, сингоний, не будут оставаться неизменными при вращении столика в основном при любой ориентировке полированной поверхности. Такие минералы относятся к анизотропным.

Однако некоторые сечения анизотропных минералов, имеющие определенную ориентировку, могут быть изотропными (например, базальные сечения гсксагональных и тетрагональных кристаллов), тем не менее большинство из них обнаруживают некоторые изменения в яркости или цвете или в том и другом одновременно при повороте столика на 360°. Как и в случае с двуотражением и плеохроизмом отражения, анизотропия может изменяться от максимальной до нулевой (когда минерал ведет себя как изотропный) в зависимости от сечения, в каком данный кристалл был отполирован. В анизотропных сечениях при повороте столика на 360° имеются четыре позиции через каждые 90°, в которых данное сечение становится темным (положение погасания) или, по крайней мере, снижает свою яркость до минимума. Между этими позициями (под углами 45° к положениям погасания) лежат позиции максимальной яркости. Как только обнаружено, что минерал обладает анизотропией, исследователю следует установить ее интенсивность, используя уже известные обозначения - очень слабая, слабая, умеренная, сильная, очень сильная.

Цвета, наблюдаемые у анизотропных минералов при вращении столика (цвета анизотропии), могут оказаться ценными для диагностики, если ими пользоваться с осторожностью; в некоторых случаях они проявляются достаточно отчетливо (например, темно-зеленые цвета у марказита). Однако эти цвета постоянны лишь при строго скрещенных николях и при их рас-крещиванин изменяются у конкретных минералов определенным образом. Наряду с проблемами, возникающими при качественном описании цвета, наблюдения цветов анизотропии связаны с дополнительными трудностями, так как они чувствительны к различиям, которые имеются между разными микроскопами и системами освещения. Тем не менее, эти цвета могут быть полезны для диагностики минералов, если ими осторожно пользоваться и если исследователь, ведущий работу при постоянных условиях, предварительно составил кадастр собственных наблюдений.

Как и при наблюдении двуотражения и плеохроизма отражения, приходится изучать большое число зерен в полированном шлифе, чтобы отыскать сечения с максимальной анизотропией; если же сама порода имеет ориентированную текстуру, то может возникнуть необходимость вырезать и отполировать другие шлифы в иной ориентировке. Иногда совместное влияние вращения столика и анизотропии окружающих зерен затрудняет решение вопроса, является ли данное зерно изотропным или слабо изотропным. Прийти к правильному заключению легче, если столик оставить неподвижным и медленно поворачивать анализатор на 5 - 10° вперед и назад от его «скрещенного» положения с поляризатором, т. е. когда он располагается по отношению к последнему под углом 90°. Этот прием исключает движение объекта, которое рассеивает внимание, столь необходимое при наблюдении крайне незначительных вариаций цвета и величины отражения. Большую помощь оказывает также хорошо центрированный объектив и включенная диафрагма, которая исключает из поля зрения посторонние зерна.

Отметим также, что тонкие параллельные царапины, оставшиеся в результате несовершенной полировки, могут вызвать эффекты, сходные с анизотропией и двуотражением.

7 ЭФФЕКТ, НАБЛЮДАЕМЫЙ В СКРЕЩЕННЫХ НИКОЛЯХ ДЛЯ МИНЕРАЛОВ СРЕДНИХ И НИЗШИХ СИНГОНИЙ, ИЗМЕНЯТЬ СВОЮ ОСВЕЩЕННОСТЬ И ЦВЕТА ПРИ ВРАЩЕНИИ СТОЛИКА МИКРОСКОПА НАЗЫВАЕТСЯ?

Внутренние рефлексы – отражение света от трещин и других дефектов внутри кристалла. Способы их выявления: при косом освещении, с анализатором, в иммерсии, в порошке. Индикаторные свойства цвета внутренних рефлексов, дополнительного к оттенку минерала в отраженном свете. Характерные цвета внутренних рефлексов для минералов: сфалерит – от желтых до красно-коричневых, киноварь – кроваво-красные, прустит-пираргирит – рубиновые, анатаз – голубые, азурит – синие, куприт – красные, малахит – зеленые, вольфрамит – темно-коричневые, гематит – кроваво-красные, алабандин – темно-зеленые.

Внутренние рефлексы. У прозрачных и полупрозрачных минералов при скрещенных николях или косом освещении иногда наблюдаются своеобразные световые блики – внутренние рефлексы. Они обусловлены тем, что падающий свет проходит вглубь прозрачного минерала и ис-пытывает отражение под другими углами от трещин или иных дефектов внутри минерала. При этом первоначальное направление колебаний света может измениться (особенно это характерно для оптически актив-ных минералов, таких, как кварц, киноварь) и часть света пройдет через анализатор. Внутренние рефлексы имеют яркую окраску в красноватых, коричневатых, оранжевых, реже зеленых и синих тонах. У нерудных минералов обычно наблюдаются бесцветные внутренние рефлексы. По-скольку внутренние рефлексы обнаруживаются лишь у ограниченного числа рудных минералов, то они имеют диагностическое значение. Внутренние рефлексы отсутствуют у минералов со значениями R > 44 %.

С физической точки зрения цвет внутренних рефлексов характери-зует начало края поглощения, т. е. ту область спектра, где прозрачность минерала резко падает, а значения R соответственно сильно возрастают. Фотометрические исследования внутренних рефлексов позволяют при-ближенно оценить ширину запрещенной зоны рудного минерала – одну из фундаментальных констант твердых тел.

Для наблюдения внутренних рефлексов нужно установить один из объективов с большой апертурой (увеличение 21х, 40х, и более), вклю-чить анализатор и наиболее сильное освещение, ввести призму в опак-иллюминаторе. Наиболее характерные места проявления внутренних рефлексов – плоскости спайности, косые трещины и сколы в минералах. Вдоль них чаще всего возникают условия для образования внутренних рефлексов. Внутренние рефлексы отчетливо наблюдаются в порошке минерала, который можно получить, сделав ямку концом стальной иг-лы. В осколках вокруг ямки внутренние рефлексы проявляются отчет-ливо. Порошок следует рассматривать при большом увеличении. Яркие внутренние рефлексы имеют минералы: малахит – Cu2CO2(OH)2, азурит – Cu3(CO3)2(OH)2, аурипигмент – As2S3, сфалерит –ZnS, касситерит –SnO2, киноварь – HgS, куприт – Cu2O, гематит – Fe2O3.

8 ЯВЛЕНИЕ, ПРИ КОТОРОМ В ЛЮБОЙ ФОРМЕ В ЖИДКУЮ ФАЗУ ПЕРЕХОДЯТ ВСЕ ИЛИ НЕКОТОРЫЕ ИЗ МИНЕРАЛООБРАЗУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НАЗЫВАЕТСЯ? РАСТВОРИМОСТЬ

Раствори́мость — способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы — растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц. Растворимость выражается концентрацией растворённого вещества в его насыщенном растворе либо в процентах, либо в весовых или объёмных единицах, отнесённых к 100 г или 100 см³ (мл) растворителя (г/100 г или см³/100 см³). Растворимость газов в жидкости зависит от температуры и давления. Растворимость жидких и твёрдых веществ — практически только от температуры. Все вещества в той или иной степени растворимы в растворителях. В случае, когда растворимость слишком мала для измерения, говорят, что вещество нерастворимо.

Зависимость растворимости веществ от температуры выражается с помощью кривых растворимости.По кривым растворимости производят различные расчёты. Например, можно определить массу вещества, которое выпадет в осадок из насыщенного раствора при его охлаждении.

Процесс выделения твёрдого вещества из насыщенного раствора при понижении температуры называется кристаллизацией.Кристаллизация играет огромную роль в природе-приводит к образованию некоторых минералов, участвует в процессах, протекающих в горных породах.

Водорастворимых минералов очень немного. Кроме хлоридов — минералов соляных месторождений (галита, сильвина, карналлита и др.), можно назвать еще нашатырь NH4Cl (типичный минерал вулканических возгонов), бишофит MgCl2 • 6H2O, ряд сульфатов (тенардит, мирабилит, полигалит и др.), карбонатов (таких как содовые минералы: трона, натрон, термонатрит) и нитратов (селитры), некоторые бораты (в том числе бура и сассолин — природная борная кислота, в холодной воде растворяющаяся слабо, но в теплой — очень хорошо).

Некоторые минералы медленно растворяются в воде в естественных условиях; к их числу относятся прежде всего кальцит и гипс, растворение которых дождевыми и текучими водами приводит к развитию карста (образованию карстовых воронок, провалов, пещер и т.п.), а также фториды виллиомит NaF и криолит Na3AlF6, довольно быстро полностью или частично выщелачиваемые дождями и талыми водами из поверхностного слоя содержащих их горных пород, так что на месте этих минералов остаются лишь пустоты характерной формы. В частности, растворимость криолита при комнатной температуре (25°С) составляет 0,042%, а при 50°С 0,079%.

Многие водорастворимые минералы (в основном хлориды, сульфаты, карбонаты, осаждающиеся из воды соляных озер и лагун), а также нитраты образуют на суше, в районах с аридным климатом, различные эфемерные выделения — выцветы, налеты и т.п., исчезающие в периоды дождей.

Хорошая растворимость в воде в сочетании с испытанием раствора на вкус (с помощью языка) — ценный диагностический признак. Стоит заметить, что большинство минералов, хорошо растворяющихся в воде, в той или иной степени гигроскопичны и на влажном воздухе просто расплываются.

Минералов, растворимых в сильных кислотах и щелочах, гораздо больше. Большинство минералов щелочных и щелочноземельных элементов по отношению к щелочам устойчивы, но легко взаимодействуют с кислотами. Из минералогической практики можно привести классический способ отличия кальцита от доломита по их реакции с соляной кислотой: кальцит СаСO3 на холоде бурно реагирует с HCl с выделением углекислого газа (как говорят, "со вскипанием"), тогда как доломит заметно взаимодействует с ней только при нагревании, да и то без бурного "вскипания".

Минералы, богатые Zr (и Нf), Ti, Sn, Si, Al, Cr, Th, обычно довольно устойчивы к действию кислот (особенно при комнатной или более низкой температуре), но зато подвержены воздействию щелочей и других оснований (легче всего — при сплавлении, например, с содой).

Один из наиболее надежных способов диагностики минералов класса фосфатов, часто трудноопределимых макроскопически, — цветная реакция с азотной кислотой и парамолибдатом аммония (получается нерастворимый осадок ярко желтого фосфорномолибденовокислого аммония).

9 МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ГАЗОВО-ЖИДКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ, ПРИ КОТОРОМ В ХОДЕ НАГРЕВАНИЯ ВКЛЮЧЕНИЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ЖИДКОСТИ СТАНОВЯТСЯ ОДНОРОДНЫМИ НАЗЫВАЕТСЯ ?

Газово-жидким включением называется герметически изолированное в минерале пространство, заполненное при комнатной температуре либо только жидкостью, либо только газом или жидкостью и газом в различных объемных соотношениях и нередко с твердой фазой в виде разных по составу минералов.

Образуются газово-жидкие включения в процессе роста минералов (первичные и мнимовторичные включения) или же после их окончательной кристаллизации, локализуясь в тончайших залеченных трещинках (вторичные включения). В обоих случаях во включениях герметизируются минер ал ©образующие растворы. Только в первом случае минерал при росте захватывал микропорции растворов, из которых он кристаллизовался. Во втором случае во включениях консервировались растворы, не имеющие отношения к росту минерала, в котором они располагаются, но характеризующие более поздние условия минералообразования изучаемой парагене- тической группы минералов. Газово-жидкие включения широко распространены в минералах гидротермального и пневматолитового происхождения.

Метод гомогенизации основан на нагревании минерала до температуры, когда содержимое включения минералообразующей среды становится однородным. Для подсечения этой температуры на предметный столик микроскопа устанавливают специальную нагревательную камеру с небольшим кусочком минерала. Момент гомогенизации регистрируется визуально, например по исчезновению пузырька газа. Для надежных результатов необходимо промерить не менее 30-50 включений различного генезиса.

Температуры гомогенизации определяются по максимумам функции распределения включений. На практике считается, что минералы вырастают из однородных сред (за исключением кипящих растворов или растворов с мелкими подхваченными в результате движения частиц), поэтому температуры гомогенизации можно приравнять к минимальным температурам минералообразования. Это утверждение часто не соблюдается, по этому существуют дополнительные методики для расчёта поправок. Кроме того, сочетая данные по гомогенизации с результатами криометрии можно довольно точно определить и давление в минералообразующей среды. Эти два параметра (давление и температура) являются наиболее значимые при моделировании геологических процессов. Знание состава и структуры само собой разумеется.

Гомогенизация в металлургии, создание однородной (гомогенной) структуры в сплавах путём ликвидации концентрационных микронеоднородностей, образующихся в сплавах при кристаллизации, диффузионной металлизации и др. Для Г. сплавы подвергают термической обработке, так называемому диффузионному или гомогенизирующему отжигу, при котором за счёт процессов диффузии происходит выравнивание химического состава в микрообъёмах, соизмеримых с размером зёрен сплава. Температура отжига обычно составляет 0,8—0,9 температуры плавления сплава. Длительность такого отжига колеблется от одного до нескольких десятков часов и определяется типом сплава, его структурой и степенью ликвационной неоднородности (см. Ликвация). Г. улучшает технологическую пластичность сплавов, повышает стабильность механических свойств и уменьшает их анизотропию.

10 МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ГАЗОВО-ЖИДКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ, ПРИ КОТОРОМ В ХОДЕ НАГРЕВАНИЯ ВКЛЮЧЕНИЕ РАСТРЕСКИВАЕТСЯ, НАЗЫВАЮТ?

Декрипитация – это избирательное раскрытие, основанное на способности отдельных минералов разрушаться по плоскостям спайности при нагревании и последующем быстром охлаждении или только при нагревании.

Процесс декрипитационного разрушения объясняется наличием кристаллизационной воды, газово-жидких включений, низкой теплопроводностью отдельных минералов, ярко выраженной спайностью. Наличие газово-жидких включений, кристаллизационной воды при нагреве приводят к появлению значительных внутренних напряжений в минерале, что является причиной появления трещин и разрушения минералов. Неоднородные тепловые свойства компонентов полезного ископаемого при нагреве также приводят к появлению множества очагов внутренних напряжений. Увеличение внутренних напряжений достигается резким охлаждением поверхности кусков полезного ископаемого, что приводит или к его разрушению, или к ослаблению связей между минералами.

Метод позволяет судить о температуре образования м-лов, направлении течения минералообразующих растворов, температуре и давлении (глубинности) образования поздних пегматитовых растворов и степени метаморфизма изв. г. п.

11 В ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ НИЖНЮЮ ГРАНИЦУ ТЕМПЕРАТУРЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МИНЕРАЛА-ХОЗЯИНА ОПРЕДЕЛЯЕТ, ЧТО? ТЕМПЕРАТУРА ГОМОГЕНИЗАЦИИ

Температура, при которой фиксируется переход из гетерогенного состояния в гомогенное, называется температурой гомогенизации (7'_гом).

Процесс гомогенизации и последующей гетерогенизации каждого включения можно повторять неограниченное количество раз и при этом температура гомогенизации при каждом нагреве будет неизменна, что доказывает, во-первых, непроницаемость минералов и, во-вторых, отсутствие утечки содержимого газово-жидких включений.

Если исходный, первоначально гомогенный раствор во включении был высококонцентрированным, то его охлаждение приведет к снижению растворимости солей, содержащихся в жидкой фазе включения, а затем и к их пересыщению, Что вызовет кристаллизацию в полости включения обычно прекрасно ограненных кристалликов растворимых минералов, которые при нагревании вновь растворяются.

Температура гомогенизации является минимальной температурой образования минерала, близкой к истинной температуре минералообразования для тех минералов, кристаллизация которых происходила на малых и средних глубинах при невысоких давлениях минералообразующей среды.

Результаты измерения Г_гом включений используются для выявления изменений температурного режима в процессе образования отдельного минерала, жилы, всего месторождения или минерализованной зоны в пространстве и во времени, а также для решения прикладных задач при поисках и разведке эндогенного оруденения.

12 КАК НАЗЫВАЕТСЯ СОРТИРОВКА МИНЕРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ В СООТВЕТСТВИИ СО СКОРОСТЯМИ ИХ ОСАЖДЕНИЯ В ЖИДКОСТИ (ОБЫЧНО ВОДЕ)

Классификация это разделение частиц согласно скорости их осаждения в жидкости. Эффективноиспользуются различия в плотности, размере и форме. Классификаторы применяются, чтобы разделитьгрубый и мелкозернистый материал, таким образом фракционируя на большие классы по размеру.

Типичное их применение контроль операции размола закрытого цикла. Если первая задача здесь разделение по размеру, то обычно еще происходит и некоторое разделение по типу минерала иззаразличий в плотности.В спиральном классификаторе скребковый механизм поднимает более грубые пески от шламовой массы,давая чистый продукт без шлама.Гидроциклон использует центробежную силу, чтобы ускорить оседание и произвести эффективноеразделение частиц малого размера. Шламовая суспензия вводится с большой скоростью по касательной вконический сосуд. Изза циркулирующего движения быстрее оседающие, более крупные и более тяжелыечастицы движутся к внешней стене, где скорость самая низкая, и оседают вниз, тогда как более легкие,меньшие частицы движутся к зоне низкого давления по оси, где выносятся наверх.

Разделение по концентрации делается для того, чтобы различить частицы ценного минерала и лишнейпороды и эффективно разделить их на концентрат и отбросы. Цель состоит в том, чтобы достичьмаксимального выделения ценного минерала в той степени, которая может быть приемлема длядальнейшей обработки или продажи.

Сортировка руды Самый старый и самый простой метод концентрации отбор частиц визуально и удаление их вручную.Ручная сортировка имеет современные эквиваленты в ряде электронных методов. В фотометрическихметодах распознавание частиц основано на различии в отражении света различными минералами. Тогдаприменяется давление сжатого воздуха для удаления их с перемещающейся ленты материала. Подобнымже образом может быть использована различающаяся проводимость разных минералов.

Разделение в тяжелой или плотной среде процесс, который зависит только от различия в плотностимежду минералами. Он сводится к введению смеси в жидкость с плотностью, имеющей промежуточноезначение между плотностями разделяемых минералов, и тогда более легкий минерал плавает, а болеетяжелый тонет. В некоторых случаях он используется для предварительной концентрации минераловперед окончательным размолом и часто применяется как этап очистки при приготовлении угля.

Классификаторы - оборудование, позволяющее с высокой точностью производить классификацию, то есть разделение частиц по фракциям в соответствии со скоростью их осаждения в жидкости.

Допускается применение классификаторов для обогащения руд черных и цветных металлов, прочих полезных ископаемых, обезвоживания пульп, обесшламливания строительного песка.

Использование классификаторов позволяет разделить материал на зернистую часть и шламы в обработке рудного материала, производить качественный минеральный, химический или иной продукт.

13 КАК НАЗЫВАЮТ ОСЬ В ДВУПРЕЛОМЛЯЮЩЕМ МИНЕРАЛЕ, ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ НАПРАВЛЕНИЮ, В КОТОРОМ ВСЕ КОМПОНЕНТЫ ПЛОСКОПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА РАСПРОСТРАНЯЮТСЯ С ОДИНАКОВОЙ СКОРОСТЬЮ?

Оптическая ось кристалла — выделенное направление в кристалле. Чаще всего данный термин употребляется в связи с двулучепреломлением. Из-за особенностей внутренней структуры кристалла (специфической структуры кристаллической решётки, формы атомов или молекул его составляющих) свет распространяется вдоль оптической оси иначе чем в других направлениях. Так если свет будет распространяться вдоль оптической оси одноосного кристалла (например, кальцит, кварц), то ничего необычного не произойдёт. Однако если луч света будет не параллелен оптической оси, то, при прохождении через кристалл он расщепится на два: обыкновенный и необыкновенный, которые будут взаимно перпендикулярно поляризованы.

Показатель преломления обыкновенного луча постоянен для любого направления в кристалле, а необыкновенного луча переменный и зависит от направления. В одноосном кристалле для направления, параллельного оптической оси, их показатели преломления равны.

ОПТИЧЕСКАЯ ОСЬ кристалла - направлениев кристалле, вдоль к-рого скорости распространения необыкновенного и обыкновенноголучейравны, т. е. в этом направлении не наблюдается двойное лучепреломление. РазличаютО. о. 1-го рода (бирадиали), вдоль к-рых равны лучевые скорости, и О. о.2-го рода (бинормали), вдоль к-рых равны нормальные скорости.

14 СВОЙСТВО МИНЕРАЛА ОБНАРУЖИВАТЬ РАЗЛИЧНУЮ ОКРАСКУ ПРИ КОЛЕБАНИЯХ СВЕТА ПАРАЛЛЕЛЬНО РАЗЛИЧНЫМ ЕГО ОСЯМ

Плеохроизм - способность некоторых анизотропных кристаллов, в том числе двупреломляющих минералов, избирательно поглощать световые волны в зависимости от кристаллографического направления. Обычно проявляется в изменении цвета, оттенка или интенсивности окраски зёрен минералов при повороте под микроскопом в проходящем через них поляризованном свете при рассматривании по различным направлениям, но у некоторых минералов наблюдается визуально (кордиерит, турмалин, кунцит и др.).Явление связано с тем, что лучи, поляризованные в разных плоскостях, поглощаются веществом кристалла различно.Впервые плеохроизм наблюдался в 1816 Био и Зеебеком.

Физика явления

Плеохроизм - следствие оптической анизотропии веществ. Поглощение или преломление света в них анизотропно, а зависимость поглощения от длины волны (следовательно, видимого цвета) определяет видимую окраску кристаллов. Физическая сущность явления состоит в анизотропии поглощения света кристаллом, что обусловлено неодинаковым распределением в нём светопоглощающих ионов по разным кристаллографическим направлениям. Оптически одноосные минералы характеризуются наличием двух цветов плеохроизма (дихроизм), двуосные - трёх (трихроизм).

Виды плеохроизма

Если наблюдаются два различнных цвета по двум перпендикулярным направлениям. Это явление называется дихроизмом, например, у турмалина).Круговой дихроизм (эффект Коттона) — различие поглощения для света правой и левой круговых поляризаций.

Трихроизм. В двуосных кристаллах возможно проявление трёх основных окрасок, по трём направлениям, которые иногда могут совпадать с главными направлениями кристалла (в этом случае их обозначают Ng, Nm и Np). При наблюдении по другим направлениям кристалл кажется окрашенным в промежуточные цвета.

Прибор для обнаружения плеохроизма в кристаллах в 19 веке назывался дихроископом. Современные исследователи пользуются спектрофотометрами.

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 879; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!