Минеральная спектроскопия и химический анализ

Спектроскопические и объемные химические методы позволяют определить состав, степени окисления и особенности связей минералов, что выходит за рамки возможностей одной лишь дифракции и микроскопии.

Definition

Использование спектроскопических и объемных химических методов для определения состава, степеней окисления и атомных связей минералов.

Scope

Эта тема охватывает спектроскопические методы, применяемые к минералам: инфракрасную и рамановскую колебательную спектроскопию, мессбауэровскую спектроскопию для определения окисления железа и заселенности позиций, оптическое поглощение и рентгеновскую флуоресценцию, а также объемный химический и микроэлементный анализ с помощью таких методов, как ICP и масс-спектрометрия. Она связывает спектральные сигнатуры с кристаллохимической средой.

Core questions

• Что инфракрасные и рамановские спектры раскрывают о структуре и связях минералов?
• Как мессбауэровская спектроскопия определяет степень окисления и положение железа?
• Как измеряются объемный и микроэлементный составы минералов?
• Как спектроскопические методы дополняют дифракцию и микроанализ?

Key theories

Колебательная спектроскопия минералов

Инфракрасные и рамановские спектры регистрируют частоты атомных колебаний в структурах минералов, что позволяет идентифицировать связи и функциональные группы, такие как вода, гидроксил и карбонат, а также различать структурно схожие фазы.

Мессбауэровское определение окружения железа

Безоткатное резонансное поглощение гамма-лучей ядрами железа чувствительно к степени окисления и координации, поэтому мессбауэровская спектроскопия позволяет различать двухвалентное и трехвалентное железо и их структурные позиции в минералах.

Clinical relevance

Спектроскопический и химический анализ поддерживают исследования степеней окисления и микроэлементов, что важно для геохимии, дистанционной идентификации минералов с помощью спектроскопии отражения в планетологии, а также для характеристики особенностей связей, которые определяют поведение минералов.

History

Применение спектроскопических методов к минералам значительно расширилось во второй половине двадцатого века, что было рассмотрено в томе «Reviews in Mineralogy» Минералогического общества Америки под редакцией Хоторна, поскольку инфракрасные, рамановские, мессбауэровские и связанные с ними методы стали стандартными для исследования кристаллохимии.

Key figures

• Frank C. Hawthorne
• Rudolf Mossbauer
• Andrew Putnis

Seminal works

• hawthorne1988
• klein2007
• putnis1992

Frequently asked questions

Что рамановская спектроскопия может рассказать о минерале?

Она предоставляет колебательный «отпечаток», который может идентифицировать минерал и раскрыть структурные детали, такие как полиморфизм, особенности связей и присутствие воды или карбонатных групп, часто неразрушающим способом и даже через стекло.

Зачем измерять степень окисления железа в минералах?

Соотношение двухвалентного и трехвалентного железа отражает кислородные условия во время образования, предоставляя информацию об окислительно-восстановительной среде магм, метаморфизма и выветривания.