Материал: Betekhtin

Глава 3. О методах детальных минералогических исследований

101

Этим путем удается не только установить сингонию и вид симметрии кри
сталлов, но и определить состав минерала. Е. С. Федоровым создан мону
ментальный труд «Царство кристаллов» (1920), в котором приводятся спе
циальные таблицы по кристаллохимическому анализу.

Надо отметить, что по мере широкого введения в практику рентгенов

ских методов изучения кристаллического вещества, кристаллохимиче
ский анализ как метод диагностики постепенно потерял свое значение и
сейчас представляет лишь исторический интерес, однако изучение раз
нообразия габитусных типов кристаллов некоторых широко распростра
ненных минералов (кальцит, пирит, циркон) в связи с условиями их об
разования привело к установлению типоморфного значения формы
кристаллов и позволило сформулировать важные положения поисковой
кристалломорфологии.

Рентгенометрический анализ (рентгенография)

1

,

применяемый для

определения кристаллического вещества путем сравнения получаемых
рентгенограмм с эталонными, может быть произведен различными мето
дами, из которых наиболее употребительны: метод вращения кристалла
(Поляни), метод рентгеновского гониометра (Вейссенберга) и метод по
рошка (Дебая — Шеррера).

Первые два метода применяются в тех случаях, когда мы имеем дело

с монокристаллами. Под методом вращения кристалла подразумевается
рентгеносъемка вращающегося кристалла при облучении монохромати
ческими рентгеновскими лучами. В противоположность этому в методе
Лауэ кристалл неподвижен и облучается непрерывным спектром рентге
новской трубки. При более широко применяемой рентгеносъемке по ме
тоду Вейссенберга помимо вращения кристалла производится также по
ступательное движение цилиндрической пленки параллельно оси
вращения кристалла, т. е. перпендикулярно рентгеновскому лучу.

Метод Дебая — Шеррера обладает тем важным преимуществом, что

позволяет изучать агрегатные массы минерала, включая 

скрытокристал'

лические

 и 

тонкодисперсные

 вещества, и поэтому широко применяется

в практике минералогов с целью диагностики. Рентгенограмма, называ
емая обычно дебаеграммой, получается в специальной камере на полоске
светочувствительной пленки, на которой после проявления видны раз
личной интенсивности линии — дужки (части колец, создаваемых конуса
ми рентгеновских лучей, отраженных от наиболее плотно упакованных
плоскостей в кристаллических осколках растертого испытуемого вещества).
Сравнивая полученную дебаеграмму (по интенсивности линий и вычис
ленным межплоскостным расстояниям) с дебаеграммами других извест
ных веществ, на которые похоже по внешним признакам испытуемое

1

 Не следует смешивать с рентгеноструктурным анализом, задачей которого являет

ся установление кристаллической структуры вещества.

Общая часть

102

вещество, можно точно определить данный минерал, имея результаты
спектральных исследований и хотя бы некоторые оптические константы.
Достоинство этого метода заключается также в том, что для получения
дебаеграммы достаточно 1 мм

3

вещества в виде порошка. Это особенно

важно в тех случаях, когда не удается набрать материала для полного хи
мического анализа. Следует, однако, указать, что очень тонкодисперсные
вещества дают слабо выраженные, завуалированные дебаеграммы, а аморф
ные тела (в собственном смысле) вообще не обнаруживают отражения
рентгеновских лучей.

В настоящее время рентгенография порошка осуществляется преиму

щественно методом 

порошковой дифрактометрии

 с фиксацией рассеян

ного излучения счетчиком квантов, что позволяет получать результаты в
виде кривых, построенных самописцем (рис. 33); чувствительность и точ
ность этого метода выше, чем при фоторегистрации дифрагированного
излучения, однако требуется в 5–10 раз больше вещества, чем в методе
Дебая — Шеррера. Дифрактометрия порошка обеспечивает оценку пара
метров кристаллической решетки минералов с высокой точностью; c по
мощью этого метода можно выяснять отдельные детали кристаллическо
го строения, такие как распределение атомов по позициям, т. е. успешно
решать частные задачи рентгеноструктурного анализа. С использовани
ем современных дифрактометров (рис. 34) удается достаточно надежно
определять компоненты в полиминеральных смесях и даже оценивать их
массовые соотношения (

количественный рентгенофазовый анализ

).

В связи с этим упомянем также об 

электронографическом

 методе ис

следования тончайших пленок толщиной в несколько миллимикронов

Рис. 33.

 Дифрактограмма эвдиалита. Пики кривой соответствуют максимумам интен

сивности излучения, дифрагированного на определенных семействах плоскостей

решетки. Цифры у пиков выражают соответствующие межплоскостные расстояния в Е

Глава 3. О методах детальных минералогических исследований

103

или чрезвычайно тонкодисперс
ных коллоидных масс. Этот ме
тод основан на свойстве электро
нов закономерно рассеиваться
при встрече с закономерно распо
ложенными атомами, т. е. анало
гично тому, что мы имеем для
рентгеновских лучей. Разница
заключается лишь в том, что
рентгеновские лучи проходят
вглубь кристаллического веще
ства, тогда как электронный пу
чок способен проникать в глуби
ну всего лишь до 0,01 µ (т. е. до
одной стотысячной миллиметра).

Одним из весьма эффектив

ных современных вариантов
электронографии является ме
тод 

микродифракции электро'

нов

, осуществляемый с примене

нием электронного микроскопа,
работающего в специальном режиме. В комбинации с микрозондовым ана
лизом микродифракция доставляет ценнейшую информацию о кристалли
ческой структуре и составе мельчайших минеральных частиц микронного
масштаба, что требует, однако, приготовления весьма тонких препаратов.

Резонансные методы

 исследования состава и структуры минералов

весьма многочисленны, они включают различные виды спектроскопии
вещества, среди которых особая роль в минералогии принадлежит инф
ракрасной спектроскопии (ИКС), оптической спектроскопии в видимой
области, а также спектроскопии электронного парамагнитного резонанса
(ЭПР), ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и Мессбауэровской спек
троскопии (ЯГР).

Инфракрасная спектроскопия позволяет идентифицировать минера

лы по эталонным спектрам, кроме того, данный метод позволяет полу
чать ценную информацию о структурном состоянии вещества — коорди
нации атомов и геометрии атомных группировок, о совершенстве
кристаллического строения. В ИКспектрах также отражаются размеры
и особенности формы минеральных частиц, что позволяет изучать сте
пень дисперсности вещества.

Оптическая спектроскопия в видимой области доставляет полезную

информацию о природе, концентрации и структурном положении ионов
хромофоров, что позволяет более полно изучить характер изоморфных
замещений.

Рис. 34.

 Дифрактометр

Общая часть

104

Спектроскопия ЭПР позволяет как устанавливать наличие и поло

жение в структуре атомов с неспаренными электронами (ионы группы
железа и платины, редкоземельные элементы), так и определять тип
и концентрацию электроннодырочных центров.

Из спектров ЯМР удается извлекать ценнейшие сведения о положе

нии и состоянии протонов в структуре минералов, в то время как рентге
ноструктурные методы практически не способны локализовать протон.

Мессбауэровские спектры используются для выяснения состояния

атомов железа в структуре (концентрация, валентность и особенности
координации).

Кристаллооптический анализ

 сводится к определению с помощью мик

роскопа ряда оптических констант, свойственных изучаемому минералу.

Прозрачные

 минералы горных пород и руд исследуются в тонких шли

фах (толщиной около 0,03 мм)

или в виде порошков. К числу оптических

констант, подлежащих определению в изучаемом минерале, относятся: по
казатель преломления 

N

 (для оптически изотропных минералов) или глав

ные показатели преломления 

Ng, Nm 

и 

Np 

(для анизотропных минералов),

устанавливаемые с помощью специально подобранных иммерсионных жид
костей или более точно на микрорефрактометре, затем двупреломление

Ng–Np, 

оптический знак (для анизотропных минералов), угол оптических

осей 2

V

 (для анизотропных двуосных минералов) и др. Метод определения

прозрачных минералов с помощью поляризационного микроскопа 

в прохо'

дящем свете

 в последнее время достиг высокой степени совершенства, осо

бенно для плагиоклазов, разработка методики определения которых на уни
версальном столике Е. С. Федорова (рис. 35) была развита акад.
А. Н. Заварицким. Этим методом могут быть точно определены даже мель

Рис. 35.

 Универсальный столик Е. С. Федорова

Глава 3. О методах детальных минералогических исследований

105

чайшие кристаллические зерна (диаметром в несколько сотых миллимет
ра), устанавливаемые в тонких прозрачных шлифах в виде включений, в чем
заключается его большое достоинство. Разработаны специальные определи
тели прозрачных минералов под микроскопом в виде таблиц. Они широко
используются петрографами при микроскопическом изучении горных по
род. Применение этого метода требует овладения работой на микроскопе
и усвоения ряда специальных приемов исследования.

Непрозрачные минералы

, слагающие главным образом руды месторож

дений металлических полезных ископаемых, а также встречающиеся в виде
включений в горных породах, изучаются в зеркально отполированных
шлифах в 

отраженном свете

 под микроскопом с помощью специального

осветителя, называемого опакиллюминатором. К числу оптических кон
стант относятся: показатель отражения 

R 

(способность минерала отражать

то или иное количество падающего света, измеряемая с помощью микро
фотомегрокуляра или фотоэлемента), а для оптически анизотропных дву
осных минералов — главные показатели отражения 

Rg, Rm 

и 

Rp, 

двуотра

жение 

Rg

–

Rp 

и др. Методика определения оптических констант для

анизотропных, особенно двуосных минералов еще не разработана. Тем не
менее определение показателя отражения в комбинации с данными опре
деления прочих свойств изучаемых под микроскопом минералов (твер
дость, цвет, отношение к реактивам и др.) оказывает большую услугу при
изучении руд под микроскопом в отраженном свете (

минераграфия

). Этим

путем во многих случаях могут быть определены даже мельчайшие вклю
чения рудных минералов размером в тысячные доли миллиметра.

Термический анализ

, введенный в практику исследований акад.

Н. С. Курнаковым, сводится к получению кривых нагревания (или охлаж
дения) вещества с целью установления эндо и экзотермических эффек
тов, обусловливаемых физическими и химическими превращениями,
происходящими в исследуемом веществе при повышении температуры
(выделение воды, окисление, восстановление, переход в новую полиморф
ную модификацию и др.).

В минералогической практике этот метод обычно применяется при

исследовании трудно определимых на глаз (или другими способами)
скрытокристаллических и тонкодисперсных масс. Для ряда минеральных
образований (каолина, гидратов глинозема, гидроокислов железа, карбо
натов, хлоритов и др.) получаются характерные кривые нагревания, спо
собствующие определению минеральных видов.

Необходимо отметить, что само число минералов, для которых этим

методом удается получить какиелибо характерные данные, имеющие
диагностическое значение, составляет относительно небольшой процент
от числа известных в природе минералов. К ним преимущественно отно
сятся химические соединения, содержащие воду, гидроксил и углекисло
ту. Затем этим методом удается узнать природу лишь основной массы