Материал: Betekhtin

Глава 3. О методах детальных минералогических исследований

111

ройству очень близкую к колонне
электронного микроскопа (рис. 37).
После вакуумирования колонны
фокусированный пучок уско
ренных в электрическом поле
(50–300 КВ) электронов (соб
ственно электронный зонд) на
правляется на поверхность пре
парата, возбуждая в его атомах
характеристическое рентгенов
ское излучение, которое фикси
руется счетчиками того или ино
го типа. Сечение зонда может
быть доведено до 1 микрометра в
диаметре, глубина области воз
буждения имеет обычно тот же
порядок. Сигналы с детекторов
усиливаются и преобразуются в
электрические импульсы, кото
рые поступают для обработки в компьютер. При машинной обработке
анализируется спектр излучения, в составе которого пики, соответству
ющие определяемым элементам, оцениваются по мощности, которая
пропорциональна содержанию этих элементов в образце.

Для получения наиболее точных (относительная ошибка — 1–2 % при

содержаниях от 1 % вес. и выше) количественных результатов, характе
ристическое излучение, генерируемое атомами определяемого элемента
в исследуемом минерале, сравнивается с излучением эталона с извест
ным содержанием данного элемента. В этом случае используются прибо
ры с волновыми детекторами излучения; каждое новое элементоопреде
ление при такой схеме работы требует изменения настройки детектора.

Энергодисперсионный детектор излучения позволяет определять

практически все присутствующие элементы одновременно в течение при
близительно однойдвух минут, однако точность таких определений на
порядок ниже, а ухудшение разрешения квантов излучения по энергии
может приводить к перекрыванию пиков спектра и, следовательно, к не
различению некоторых элементов. Оптимальным для серийного анализа
является прибор, снабженный одним энергодисперсионным и несколь
кими волновыми детекторами.

При микрозондовом анализе возможно не останавливаться в одной

точке образца, а применять сканирующий режим, что позволяет оцени
вать распределение содержания элемента по площади образца. Применя
ется также съемка в обратно рассеянных электронах и некоторые другие
режимы работы, что доставляет множество ценных сведений об образце.

Рис. 37.

 Электроннозондовый микроанали

затор

Общая часть

112

1

 Источниками получения ультрафиолетовых лучей служат ртутная кварцевая лам

па или искровой разрядник, а катодных лучей — катодные трубки как с горячим, так и
с холодным катодом, причем в последнем случае явления люминесценции наблюдаются
в вакууме.

Люминесцентный анализ.

 Свечение минералов может происходить под

влиянием различных факторов: при нагревании (например, у флюорита),
под влиянием давления, изредка при растворении (а также при кристал
лизации некоторых соединений), наконец, при облучении ультрафиолето
выми, катодными и другими коротковолновыми лучами. Для нас наиболь
ший интерес представляют последние случаи свечения минералов.

Явление люминесценции наблюдается в темноте

1

. Минералы, обла

дающие этим свойством, под влиянием облучения начинают светиться и
кажутся окрашенными в те или иные цвета, иногда очень яркие. Природа
этого сложного явления сводится к возбуждению (энергетической накач
ке) некоторых атомов в кристаллических структурах, восстановление
исходного состояния таких атомов (релаксация) происходит в несколь
ко ступеней, так что кванты испускаемого при релаксации излучения,
соответствующего таким переходам, отвечают большим длинам волн,
нежели имеет возбуждающий невидимый коротковолновый свет. Энер
гия возбуждающего излучения, таким образом, превращается в более
длинноволновый, видимый свет. Следует заметить, что в катодных лучах
люминесцирует большее количество минералов, чем в ультрафиолетовых.

Этим путем чрезвычайно легко удается установить в породе вкрапле

ния важных минералов, которые не так просто бывает уловить на глаз.
К примеру, шеелит (Ca[WO

4

]) сильно светится под лучами ртутной квар

цевой лампы красивыми голубыми (реже зеленоватыми) тонами, легко
отличающими его от других минералов; алмаз флюоресцирует бледно
голубым или желтоватозеленым цветом; флюорит CaF

2

 — яркими сини

ми тонами и др. Очень эффектны свечения ряда минералов, содержащих
уран, битумов различного состава и пр.

В то же время этот способ обнаружения искомых минералов нельзя

назвать безотказным, так как встречаются иногда разности того же шее
лита или алмаза, совершенно не реагирующие на ультрафиолетовые или
катодные лучи. Для ряда минералов установлено, что существенную роль
в свечении играют примеси посторонних веществ, присутствующие час
то в совершенно ничтожных количествах. В искусственных светящихся
соединениях замечено, что окраска свечения меняется, если в веществе
одновременно присутствуют различные по составу примеси. Окраска
иногда гасится (например, свечение, вызванное присутствием меди, га
сится висмутом). Интересно также, что один и тот же минерал, но из раз
ных месторождений, дает неодинаковые окраски свечения (например,
карбонат кальция).

Глава 3. О методах детальных минералогических исследований

113

Шлиховой анализ.

 При процессах выветривания горных пород и руд

на земной поверхности в продуктах разрушения остаются химически ус
тойчивые минералы — кварц, магнетит (FeFe

2

O

4

), циркон (Zr[SiO

4

]), тур

малин, рутил (TiO

2

), иногда касситерит (SnO

2

), золото, платина и др.,

которые в результате перемыва текучими водами накапливаются в виде
россыпей в отложениях речных долин и вдоль морских берегов. При про
мывке проб этих рыхлых отложений с помощью простых приборов (лот
ка, ковша, бутары, вашгерда) получается концентрат наиболее тяжелых
минералов, называемый 

шлихом

.

Для диагностики и количественного определения минералов в шли

хах средняя проба полученного материала (весом 10–20 г) предваритель
но разделяется на фракции по крупности зерна при просеивании на стан
дартных ситах. Затем из каждой фракции простым подковообразным
магнитом через бумагу оттягивается магнитная фракция. Немагнитный
остаток с помощью электромагнита (при различной силе тока) подверга
ется делению на ряд фракций с различной магнитной проницаемостью,
после чего производится деление минералов по удельному весу в тяже
лых жидкостях (бромоформе, жидкости Туле и др.) в специальных дели
тельных или простых химических воронках.

Все полученные таким путем фракции минералов просматриваются под

бинокуляром с предварительным отделением минералов по внешним при
знакам (форме зерен, прозрачности, блеску, цвету, твердости и др.),
а затем производится определение оптических констант в иммерсионных
жидкостях с соответствующими показателями преломления. В случае не
обходимости применяются качественные микрохимические реакции, спек
тральный, люминесцентный и другие методы исследования. Из непрозрач
ных рудных минералов особым способом с помощью бакелитового лака или
других цементирующих веществ изготовляются полированные шлифы, изу
чение которых производится под микроскопом в отраженном свете.

Количественное определение всех минералов, входящих в состав шли

ха, представляет собой весьма трудоемкую задачу (для этого необходимо
взвешивание как общей, так и всех частичных проб, подсчет объемного
процента содержания каждого из минералов, определение их удельных
весов и пр.). Обычно подсчитывается содержание какихлибо главных по
лезных компонентов, встречающихся в шлихах, например, касситерита —
SnO

2

, шеелита — Ca[WO

4

] и др.

Таким же путем могут быть изучены искусственные шлихи, получен

ные из измельченных проб массивных горных пород с целью установле
ния наличия в них тех или иных минералов, имеющих значение при по
исках месторождений полезных ископаемых. Эти исследования обычно
проводятся при геологических съемках. Применение подобных методов
позволило В. В. Ляховичу с сотрудниками подробнейшим образом выде
лить и детально изучить акцессорные минералы многих горных пород на

Общая часть

114

Рис. 38.

 Сканирующий электронный

микроскоп

территории нашей страны. Изу
чение ореолов рассеяния полез
ных компонентов в рыхлых от
ложениях и коренных горных
породах, а также путей сноса тя
желых минералов, как показыва
ет практика, имеет важное значе
ние при поисках месторождений.

Электронноjмикроскопичеj

ские исследования

. Как извест

но, предел разрешения микроско
па (различимости мельчайших по
размерам частиц) зависит в зна
чительной мере от длины волны
света, падающего на объект (чем
меньше длина волны света, тем
более мелкие детали могут быть
рассмотрены в микроскоп). Раз
решающая способность обычных

оптических микроскопов сравнительно невелика: при наблюдении в бе
лом свете могут различаться частички размером около 0,5 µ. При микро
фотографировании в более коротковолновом ультрафиолетовом свете и
при применении иммерсионных объектов с большой апертурой предел раз
личимости можно снизить до 0,2 µ. Однако при использовании ультрако
ротковолнового электронного пучка (в электронных микроскопах особого
устройства) разрешающая способность возрастает во много раз (до 0,002 µ).
Таким образом, с помощью электронного микроскопа (рис. 38) могут быть
исследованы тонкодисперсные вещества: дым и пыль, осевшие на тонких
металлических сетках, взвеси глинистых продуктов в воде (для этого кап
ля взвеси высушивается на предметном стекле) и пр.

К сожалению, электроны обладают весьма ограниченной способностью

проникать в вещество (частицы его, прозрачные для световых лучей, в элект
ронном потоке оказываются обычно непрозрачными). Поэтому электронно
микроскопические исследования нередко дают лишь общее представление
о формах и размерах частиц, рассматриваемых этим способом.

Кроме того, для компактных объектов существует «метод реплик»

(отпечатков поверхностей с помощью получения на них тонких колло
диевых или кварцевополистироловых и других пленок), передающих
тонкие особенности рельефа граней кристаллов, а также протравленных
или непротравленных полированных плоскостей минералов.

Повышение ускоряющего напряжения современных электронных

микроскопов в комбинации с применением новых методов и приборов
(ионное утонение, ультрамикротомы) для получения сверхтонких пре

Глава 3. О методах детальных минералогических исследований

115

паратов повысило эффективность подобных исследований, особенно
в комбинации с микрозондовым анализом и микродифракцией. Транс
миссионная (просвечивающая) электронная микроскопия наших дней по
зволяет напрямую наблюдать дислокации в кристаллических структурах
и даже получать достаточно правдоподобные изображения кристалличе
ских структур, на которых можно различить некоторые атомные группи
ровки и особенно крупные атомы.

Экспериментальные исследования

 (химические и физикохимиче

ские) играют очень важную роль в деле получения в лабораторных усло
виях искусственных соединений, отвечающих по составу минералам как
природным образованиям. Этим путем, по крайней мере в некоторых слу
чаях удается получить совершенно аналогичные по составу и формам
соединения и выяснить условия образования и кристаллизации минера
лов в природе. В этом отношении для минералогов должны представлять
исключительный интерес также исследовательские и экспериментальные
работы химических и физикохимических институтов, занимающихся
проблемами использования минерального сырья.