แร่วิทยาเชิงแสงและการวิเคราะห์

แร่วิทยาเชิงแสงและการวิเคราะห์ครอบคลุมวิธีการทางเครื่องมือที่ใช้ในการระบุแร่ธาตุและกำหนดองค์ประกอบและโครงสร้างของแร่ธาตุเหล่านั้น

Definition

การรวบรวมวิธีการทางแสง ลำแสงอิเล็กตรอน และสเปกโทรสโกปีที่ใช้ในการระบุแร่ธาตุและวัดองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติทางกายภาพของแร่ธาตุ

Scope

สาขาวิชานี้ครอบคลุมการตรวจสอบแร่ธาตุด้วยแสงในภาคตัดบางด้วยกล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์ การกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของแร่ธาตุด้วยการวิเคราะห์จุลภาคด้วยลำแสงอิเล็กตรอนและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และการใช้เทคนิคสเปกโทรสโกปีและเทคนิคการวิเคราะห์อื่น ๆ เพื่อระบุลักษณะองค์ประกอบและพันธะ ซึ่งเป็นชุดเครื่องมือเชิงปฏิบัติสำหรับการศึกษาแร่วิทยาและปิโตรวิทยาในปัจจุบัน

Sub-topics

• จุลวิเคราะห์ด้วยลำอิเล็กตรอนและจุลภาคอิเล็กตรอน
• สเปกโทรสโกปีของแร่และการวิเคราะห์ทางเคมี
• แร่วิทยาเชิงแสงและศิลาวรรณนา

Core questions

• แร่ธาตุถูกระบุได้อย่างไรจากพฤติกรรมทางแสงในแสงโพลาไรซ์?
• องค์ประกอบทางเคมีของแร่ธาตุถูกวัด ณ ตำแหน่งในระดับไมครอนได้อย่างไร?
• วิธีการสเปกโทรสโกปีใดที่เผยให้เห็นพันธะและองค์ประกอบ?
• เทคนิคเหล่านี้เสริมวิธีการเลี้ยวเบนและวิธีการแบบดั้งเดิมได้อย่างไร?

Key theories

การระบุด้วยแสงโดยการโต้ตอบกับแสงโพลาไรซ์

แร่ธาตุที่มีสมบัติแอนไอโซโทรปิกจะแยกแสงออกเป็นรังสีที่มีความเร็วต่างกัน ทำให้เกิดสีรบกวน (interference colors) การเปลี่ยนสีเมื่อหมุนระนาบโพลาไรซ์ (pleochroism) และการดับแสง (extinction) ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะและสามารถวัดได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์ ทำให้สามารถระบุแร่ธาตุในภาคตัดบางได้

การวิเคราะห์จุลภาคด้วยลำแสงอิเล็กตรอน ณ ตำแหน่ง

ลำแสงอิเล็กตรอนที่โฟกัสจะกระตุ้นรังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะ ซึ่งพลังงานและความเข้มของรังสีเอกซ์จะเผยให้เห็นธาตุที่ปรากฏและความเข้มข้นของธาตุเหล่านั้น ทำให้สามารถวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณของเม็ดแร่แต่ละเม็ดได้

Clinical relevance

วิธีการวิเคราะห์เหล่านี้มีความจำเป็นอย่างยิ่งในสาขาแร่วิทยา ปิโตรวิทยา และธรณีเคมี โดยสนับสนุนการระบุแร่ธาตุ การตีความกำเนิดหิน การวัดอุณหภูมิและความดันทางธรณีวิทยา การจำแนกลักษณะแร่ และการศึกษาเฟสที่มีขนาดเล็กและหายาก

History

เฮนรี คลิฟตัน ซอร์บี (Henry Clifton Sorby) ได้ริเริ่มการศึกษาหินในภาคตัดบางในช่วงทศวรรษ 1850 ซึ่งเป็นการก่อตั้งวิชาปิโตรกราฟีด้วยกล้องจุลทรรศน์ โดยกล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์ได้กลายเป็นเครื่องมือมาตรฐานของปิโตรวิทยา และการประดิษฐ์เครื่องจุลภาคอิเล็กตรอน (electron microprobe) ของคาสแตง (Castaing) ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ได้เพิ่มการวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณ ณ ตำแหน่ง (in-situ) เข้ามา

Key figures

• Henry Clifton Sorby
• William D. Nesse
• Raymond Castaing

Seminal works

• nesse2013
• reed2005
• klein2007

Frequently asked questions

ภาคตัดบางคืออะไร?

แผ่นหินหรือแร่ที่ถูกบดให้มีความหนาประมาณ 30 ไมโครเมตร และติดตั้งบนกระจกเพื่อให้แสงผ่านได้ ซึ่งช่วยให้สามารถศึกษาด้วยแสงภายใต้กล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์

เหตุใดจึงต้องใช้วิธีการวิเคราะห์หลายวิธี?

แต่ละวิธีจะให้ข้อมูลที่แตกต่างกัน โดยวิธีทางแสงสำหรับการระบุอย่างรวดเร็ว เครื่องจุลภาคสำหรับการวิเคราะห์ทางเคมี สเปกโทรสโกปีสำหรับพันธะ และการเลี้ยวเบนสำหรับโครงสร้าง ดังนั้นจึงมีการรวมวิธีการเหล่านี้เข้าด้วยกันเพื่อการจำแนกลักษณะที่สมบูรณ์