Цвят, отражение, двуотражение



Дата23.10.2018
Размер209.02 Kb.
Изследването на аншлифите в отразена светлина обикновено се извършва само с поляризатор (т.е. в линейна или плоскополяризирана светлина) или едновременно с поляризатор и анализатор (т.е. при кръстосани николи, когато анализаторът е ориентиран спрямо поляризатора под ъгъл от 90). В първия случай се определя цвят, отражение, двуотражение и плеохроизъм на отражение, а във втория – анизотропност и вътрешни рефлекси на минералите.

Наблюдението се извършва във въздушна среда или в имерсия.



Отражение
Отражение на минералите е отношението на интензитите на отразената спрямо падналата светлина върху полираната повърхност на минерала. То е едно от оптичните свойства на минералите и се обуславя от другите му оптични свойства – абсорбция (характеризира се с коефициента К) и лъчепречупване на светлината (бележи се с n).

Измерва се в %.

Количествено отражението се характеризира с коефициента на отражение (R).

R (%)=JI . 100 JR – интензитет на падналата светлина

JR JI - интензитет на отразената светлина


Тъй като винаги JI < JR (отразената светлина е винаги по-малко от падащата), то R винаги е по-малък от единица (R< 1) или R<100% (ако JR = 100%).
Отражението (или количественият му израз R) зависи също от дължината на вълната на падащата светлина (т.к. минералът може да отразява в по-голяма степен определени , което обуславя и специфичното му оцветяване) и от оптичните свойства на средата, в която се извършва наблюдението (главно от коефициента на лъчепречупване N на средата). Но главно влияние върху стойността на R оказват коефициентите n и K.

Значението на R за минераграфията е много голямо, т.к. може да се изрази количествено чрез измерване или изчисляване. Изчисляването става по следната формула (при n>0 и K>0):



R= (n - 1)2 + n2. k2

(n + 1)2 + n2 . k2
При изследване на рудните минерали в отразена светлина се вижда, че тези, които имат способност да отразяват по-силно светлината, са по-светли, отколкото минералите, които слабо отразяват светлината и имат по-малка стойност на коефициента R.
При прозрачните минерали отражението се равнява на части от процента (затова те изглеждат черни).

Най-високо отражение има самородното Ag (почти чисто, без примеси).


N. B.: Отражението не зависи от оцветяването на съответните минерали.


Минерали

n

K

R (в %)

Сребро (Ag)

0,18

20,3

95

Диамант

2,417

-

17,1



Отражението на рудните минерали зависи и от дължината на вълната на светлината, в която се правят наблюденията. За всички минерали отражението е различна за различните части на видимия спектър. Ако сменим бялата светлина с коя да е друга монохроматична светлина (т. е. при употребата на светлинни филтри, пропускащи лъчи с определена ), се вижда, че минералите променят своя коефициент на отражение. Така, галенитът има най-висок коефициент на отражение в синя светлина (със син филтър), докато пиритът - в жълтата част на спектъра. Затова отражението се характеризира за целия спектър.



Минерали

Жълта светлина

Зелена (=520)

В % към жълта светлина

Оранжева (=590)

В % към жълта светлина

Червена (=665)

В % към жълта светлина

Злато (Au)

84

47,0

57,25

82,5

98,17

84,0

100

Хромит

14

15,7

112,1

14,7

105

13,8

97,1

При наблюдение в имерсия минералите имат по-ниски стойности на R (както се вижда от формулата*) и ще изглеждат по-тъмни, отколкото при наблюдение във въздуха. За сметка на това се забелязва по-ясно разликата между R1 и R2.


* R = (n/N - 1)2 = (n - N)2

(n/N + 1)2 = (n + N)2


Коефициентите на лъчепречупване на имерсионните течности се подбират от N=1,33 (дестилирана вода) до N=1,515 (кедрово масло). При използването им се наблюдават по-добре някои явления, свързани с проникване на светлината в рудните зърна (вътрешни рефлекси).
Кривите зависят и от елементите-примеси в минералите. Например, сфалерит с повече Fe има по-високо отражение от чистия клейофанов тип.
Отражението има различни стойности за Rp и Rg при анизотропните минерали.

Цвят на рудните минерали



Цветът на рудните минерали и техният оттенък е друг важен диагностичен белег. Когато даден минерал поглъща някакви цветове от спектъра на белия цвят, той се оцветява в допълнителен цвят, което зависи от това - коя част на спектъра е погълната.

Сравнително ограничен брой минерали имат ярко и отчетливо оцветяване под микроскоп. Повечето от рудните минерали в отразена светлина са слабо оцветени и изглеждат бели с различни сиви оттенъци.

Редица полупрозрачни минерали имат ясно изразени оттенъци. Например, минералите куприт, хематит, цинабарит и др., които пропускат в дюншлифове червените лъчи, в отразена светлина имат гълъбов (светлосиньо-бял) оттенък – т.е. оцветени са в бял цвят с гълъбов оттенък, който се явява допълнителен и показва, че те имат по-голям коефициент на отражение в синята и съседните й области на спектъра.

Обратно, минералите азурит, малахит и др., пропускащи в дюншлифове сините и зелените лъчи, в отразена светлина изглеждат сиви с розов оттенък, явяващ се допълнителен към сивия цвят, макар и да нямат ясно изразена дисперсия.


Анизотропните минерали често пъти в различните посоки имат различни оцветявания. Свойството да се променя цветът се нарича плеохроизъм на отражение.
Възприемането на цветовете е субективно явление. Затова в процеса на микроскопската работа трябва за всеки минерал да се запомни неговият цвят. (Затова Вахромеев предлага наименованието на цветовете да е по минерали: “пиритов”, “пиротинов” и др., за да се подчертае специфичността на цвета за всеки даден минерал + специфичността на възприятието му от различни хора.)

Прието е да се изпозват определени еталони за цвят, с които да се сравняват цветовете на останалите минерали За такива еталони могат да служат следните минерали:

галенит – на белия цвят

тетраедрит-тенантит – на светлосивия, сивобелия (или сивозеления)

сфалерит – на сивия ( спекуларит-хематит – също на сивия)

кварц – на тъмносивия

пирит – на светложълтия

халкопирит – на жълтия

пиротин – на кремавия

никелин – на кремаворозовия

борнит – на розовия

ковелин ( халкозин) – на синия



Винаги се работи чрез сравнение при определянето на минералите.

Има и апаратури за точно определяне на цвета при стандартна .



Колкото е по-голямо отражението на минерала, толкова той е по-светъл.
Изследването на поведението на цветовете на минералите във връзка с техния коефициент на отражение R показва, че жълтите минерали имат сравнително високи коефициенти на отражение (R за среброто е 95%, за златото R=84%, за пирита R=53%, за халкопирита R=47%).

Минералите с бял цвят, но с жълт или кремав оттенък имат средни значения на коефициента на отражение (R около 50-40%), а тези с бял цвят и зеленикав или гълъбов оттенък са с по-ниски стойности на R (от 40% до 15%). Докато розовите минерали заемат средно положение по стойности на R (от 20% до 73% - самородна мед).

Тъмносивите минерали като правило имат нисък коефициент на отражение (R<20%), тъй като коефициентът им на абсорбция К има минимални стойности.
Изменението на коефициента на отражение не е еднакво за целия спектър, а е по-голямо за едни области на спектъра и по-малко за други. Като се изменя коефициентът на лъчепречупване (N) на имерсионната течност, може да се получи представа за степента на дисперсия на коефициента на отражение за даден минерал.

Например, ковелинът изменя силно коефициента си на отражение и цвета в зависимост от средата. В пререз, успореден на неговата цепителност, в спирт (с N=1,36) има тъмнопурпурен цвят, в бензин (с N=1,50) – червенопурпурен цвят, в метилен йодид (с N=1,76) – червен. Докато без имерсия същият ковелин има интензивно син цвят – когато падащите лъчи са перпендикулярни на оптичната му ос, и гълъбовосин – когато лъчите са успоредни на оптичната му ос.


Определянето на цвета на някои минерали се усложнява от наличие на силно двуотражение (при анизотропните минерали) или от вътрешно отражение на падналата светлина (при наблюдение с имерсия на полупрозрачните рудни минерали).
Цветът на рудните минерали (и неговото възприемане от човешкото око) зависи от редица условия. По-важни от тях са следните:

1. Качеството на полираната повърхност на рудните минерали

Обикновено много добре полираните минерали изглеждат по-светли от неполираните (или лошо полираните). Например, пиритът при лоша полировка изглежда жълт, а при добра – жълтобял; халкозинът при лоша полировка е гълъбов , а при добра – бял с гълъбов оттенък. Така че наблюдението на цвета минералите трябва да са добре полирани. Но трябва да се внимава препаратът да не се преполира, тъй като тогава цветът на някои минерали също може да се промени. Например, преполираният халкопирит става бял, макар и да запазва характерното си жълто оцветяване по периферията и покрай пукнатините.

Някои минерали се окисляват много лесно (като борнит, самородна мед, халкопирит, галенит и др.), затова преди наблюдение аншлифите трябва да се почистват. Понякога може да се наложи те да се полират наново, за да се махне окислената повърхност.

2. Източникът на светлина (дневна, електрическа крушка, светлинни филтри)

Колкото е по-силен източникът на светлина в рудния микроскоп, толкова по-светли и ярки изглеждат рудните минерали в отразена светлина. Затова в различните микроскопи цветът на едни и същи минерали се възприема по различен начин.

В зависимост от източника на светлина се появява един или друг оттенък на цвета. При наблюдение с дневна светлина се забелязва известен гълъбов оттенък, а при наблюдение с електрически лампи – жълт.

Тъй като електрическите лампи дават жълта светлина и се получава жълт оттенък дори при белите минерали (с което се затруднява определянето и сравняването на цветовете), е необходимо да се използва син или гълъбов филтър, с който се поглъщат жълтите лъчи и наблюденията се правят в светлина, близка до дневната. Тези филтри трябва да са достатъчни тънки и слабо оцветени, за да не дават син оттенък.

Затова - при сравняване на минералите по цвят трябва да се използва една и съща светлина и един и същ микроскоп. Информацията за минералите, която се дава в таблиците (и е получена от другите изследователи) би трябвало да се приема като ориентировъчна.

3. Окръжаващата среда (цветът на фона около рудното зърно)

Един и същ минерал в зависимост от минералната асоциация може да има различни оттенъци. Това е т.нар. взаимна цветова интерференция. Затова минералът трябва да се наблюдава в различни асоциации и цветът да се описва за всеки конкретен случай – в сравнение с другите минерали, с които асоциира.

Например, самородното злато сред кварц изглежда бледожълто, докато ако е в асоциация с други сулфиди е яркожълто и блестящо. Халкопиритът изглежда яркожълт в съседство в пирит и галенит; зеленикавожълт, ако е до самородна мед и тъмножълт (и матов), ако наоколо има самородно злато. Тенантитът е с бял цвят, когато е сам сред кварц, но в съседство с галенита изглежда сивозелен. Сфалеритът е сив в сулфидна асоциация, а когато наблизо има спекуларит (хематит) е кафеникавосив. Магнетитът е сив, но при наблюдение на мартитизирани руди в сравнение с белия хематит придобива кафеникаворозов оттенък.

4. Изменение на химичния състав

При някои минерали изменението на химичния състав също оказва влияние върху цвета им. Става дума за минерали, които се характеризират с по-широк изоморфизъм и които нямат постоянна химична формула (изоморфните съединения). Така например, съдържанието на мед в самородното злато му придава по-розов оттенък, а при съдържание на сребро златото изглежда по-бяло (има бял оттенък). Редицата тенантит-тетраедрит: при повече As цветът е сив с кафеникав оттенък, докато при преобладаване на Sb цветът става сивозеленикав.



5. Оптичните свойства на средата, в която се прави наблюдението (във въздух или в имерсия)

Изменението на цвета на минерала може да стане в зависимост от средата, в която става наблюдението. При наблюдение с имерсионни течности не само че се променя цветът на минералите, но благодарение на по-силната концентрация на светлина става възможно по-точното определяне на оттенъка на цвета (който се проявява по-рязко). Например, при наблюдение на магнетита и илменита с имерсионна течност, първият се отличава със своя кафеникаворозов оттенък, а вторият – с червеникавокафяв, макар че във въздушна среда и двата имат сив цвят.

Общо взето, обаче, при наблюдение с имерсия благодарение на това, че се намалява коефициентът на отражение, се забелязва и известно увеличаване на сивия оттенък при минералите с по-нисък коефициент на отражение R.

Анизотропност
Явлението анизотропност при изследването на рудните минерали се наблюдава с поляризирана светлина, т.е. при кръстосани николи на микроскопа. Както е известно, минералите от кубичната сингония изглеждат тъмни, а всички останали частично просветляват1. Т.е. ако при Х N и въртене на масичката минералът в различни посоки има различна степен на отражение и промяна на цвета има анизотропен ефект. Ако минералът при въртене не показва ефекти той е изотропен.

Частен случай е изотропност на анизотропните минерали при пререз, успореден на някоя от оптичните оси (изотропни прерези са, например, базалните сечения на хексагоналните и тетрагоналните кристали). Затова наблюденията трябва да се правят върху повече зърна.

Понякога при въртене на масичката (поради анизотропията на съседните зърна) е трудно да се реши – дали даденият минерал е изотропен или слабоанизотропен. Тогава масичката се оставя неподвижна, а анализаторът бавно се обръща на 5-10 назад и напред от неговото “кръстосано” положение спрямо поляризатора. В този случай вниманието не се разсейва от движението на обекта, а се съсредоточава върху вариациите в неговия цвят и отражение.

За наблюдаване на ефекта на анизотропност трябва да се използва по-силна светлина, а филтрите за монохроматна светлина по възможност да се изключват.

Може да се допусне грешка, ако при несъвършената полировка върху аншлифа са останали фини успоредни драскотини. Те могат да предизвикат ефекти, подобни на тези на анизотропията и двуотражение.

Наблюдение може да се извършва и при не съвсем кръстосани никули, особено при слабо анизотропните минерали (тогава потъмняването също става 4 пъти, но не през 90, а е равно на ъгъла, който не достига на никулите до пълно кръстосване). Цветният ефект при непълно кръстосаните никули, обаче, няма никакво диагностично значение.


За разлика от прозрачните минерали, обаче, рудните никога не показват пълно потъмнение. Непълното потъмнение се дължи на това, че плоско-поляризираната светлина, преминавайки през поляризатора, обектива и пластинките в микроскопа, престава да бъде плоско-поляризирана, а става елептично-поляризирана (само в централния част светлината е плоско-поляризирана и трепти само в една посока, по периферията е елептично-поляризирана и не трепти в една посока) и известна част от нея успява да премине през анализатора.

Степента на поява на елептично-поляризираната светлина е в пряка зависимост от коефициента К и от коефициента на отражение R. Колкото е по-голямо отражението, толкова минералът е по-разсветлен при Х N (т.е. най-светло е Ag).


В някои случаи изотропни минерали показват анизотропен ефект (т.нар. аномална анизотропност). Това често се дължи на елементите-примеси, отсмесени в самостоятелни фази. Например, сфалерит с много Cu или Fe (халкопиритови включения) или пирит с повишено съдържание на As и Co и др.

Цветен ефект на анизотропността се изразява в това, че в разсветлените участъци в минералите се появяват и цветни ефекти (това няма нищо общо с интерференционните цветове на прозрачните минерали). Цветните ефекти по-добре се долавят, ако се изведе от точно Х N. И по-добре е да се наблюдава при по-силна светлина. Друго условие е да се наблюдават агрегати от един минерал. Най-добре е да се гледа в имерсия.

Двуотражение (или рефлексионен плеохроизъм)
Минералите от кубична сингония (изотропните минерали) не променят отражението и цвета си при въртене на масичката на микроскопа, т.е те са константа във всички прерези (единствено при различни отражението има различни стойности). При анизотропните минерали при една и съща има различно отражение и/или различен цвят. Съответно, изменението на отражението на минерала се нарича двуотражение, а изменението на цвета – плеохроизъм на отражението. Тогава се измерва max отражение, min отражение (съответно Rmax и Rmin) като разликата между тях дава абсолютната стойност на двуотражението (R=Rmax–Rmin), изразено в %.

Максималната величина на двуотражението зависи от максималната разлика на коефициентите на лъчепречупване (n1 и n2) и е в пряка зависимост от тях.

В изометричните (базалните) си сечения хексагоналните и тетрагоналните минерали имат поведение на кубични и не променят отражението и цвета си.
Най-общо минералите могат да се разделят на 3 групи в зависимост от рефлексионния плеохроизъм (или двуотражение):

- с ясен (за слоисти минерали като молибденит, графит и др.);

- със слабо изразен (трябва внимателно да се наблюдава периферията на зърната, за да се забележи, а най-добре агрегат от тези зърна с различни сечения на осите);

- съвсем слаб (установява се при работа в имерсия).


Към минерали със силно двуотражение се отнасят графит, молибденит, ковелин, антимонит, валериит; с умерено двуотражение – марказит, хематит, никелин, кубанит, пиротин; със слабо – илменит, енаргит, арсенопирит.
Качествено двуотражението може да се определи като се включи единият от николите (поляризаторът или анализаторът) на микроскопа.
Двуотражението е важен диагностичен белег за някои анизотропни минерали, които при въртене на масичката на микроскопа на 360 и при включен никол (поляризатор или анализатор) изменят своя коефициент на отражение или цвят 4 пъти.

При някои минерали двуотражението се придружава и с изменение на цвета, например – молибденит, ковелин, антимонит, никелин и др. При други минерали двуотражението е много слабо, понякога незабележимо при слаба светлина (пиротин, цинабарит, илменит, гьотит и др.), затова се използва имерсионна течност.



Примери на минерали с плеохроизъм на отражение (във въздуха) и двуотражение


Минерал

Изменение на цвета (от по-тъмен до по-светъл)

Двуотражение

(~R% при 546 nm)


Антимонит



Сив бял




Вътрешни рефлекси

При наблюдение на някои рудни минерали, особено при използване на имерсия, се забелязва отразяване на вертикално падащата светлина не само от полираната повърхност на минерала, но и от по-дълбоките му слоеве на границата с други минерали (в дълбочина), от пукнатини или включения (въздушни, други минерални фази). Това явление характеризира т.нар. вътрешни рефлекси.

Диагностично значение има както наличието на вътрешните рефлекси, така и техният цвят. Те се забелязват у доста голям брой рудни минерали и са особено характерни за прозрачните и полупрозрачните видове.
Накратко: рудните минерали взаимодействат с вертикално падащата светлина и я отразяват. Но известна част от светлината винаги прониква и в по-вътрешните слоеве, където се разсейва. При това минералите, които имат по-голям коефициент на абсорбция (поглъщане K), имат и по-висок коефициент на отражение (R). Обратно, минералите, които имат по-малък коефициент на отражение (и абсорбция) пропускат по-голямо количество паднала светлина. При коефициент на абсорбция (К) равен на нула, светлината изцяло преминава през минерала.
Следователно, колкото е по-малък коефициентът на отражение (R) и коефициентът на абсорбция (К), толкова е по-голяма вероятността да се появят вътрешни рефлекси в даден минерал.
Затова минерали, които имат висок коефициент на отражение (R>40%) като правило са лишени от вътрешни рефлекси (тъй като имат и голям коефициент на абсорбция).

Минерали със среден коефициент на отражение (R=2040%) могат да имат рефлекси, макар че немалък брой са без такива.

Всички минерали с нисък коефициент на отражение (R<20%) имат добре изразени вътрешни рефлекси, които ясно изпъкват при наблюдение във въздуха (т.е. тук спадат всички прозрачни и полупрозрачни минерали, пропускащи падащата светлина в тънки пластинки).
Вътрешните рефлекси при редица минерали се наблюдават не по цялата повърхнина, а в отделни участъци или точки. Обикновено светлината се отразява от ямички, пукнатини, цепителни равнини или от включения в минерала, от които светлината се отразява. При това интензитетът на вътрешните рефлекси не е еднакъв, защото обикновено условията за осветяване също не са еднакви. Затова вътрешните рефлекси трябва да се търсят в повече минерални зърна от съответния тип. Те се виждат най-добре по периферията на зърната и в по-дребни зърна.
Наблюдението на вътрешните рефлекси в рудните минерали в зависимост от средата и обективите биват:

а) във въздушна среда;

б) с имерсионни течности.
По начина на осветяване се различават:

а) наблюдение със странична светлина (кос източник - осветителят (лампата) се изважда и светлината пада странично под остър ъгъл върху препарата, отразява се от по-дълбоките му слоеве и попада в обектива на микроскопа);

б) наблюдение с вертикално падаща светлина, но при кръстосани николи (става с много силен обектив - лъчите от него идват и вертикално, и косо спрямо повърхността на аншлифа).
Наблюдение на вътрешни рефлекси в имерсионни течности става с вертикално падаща светлина като се кръстосват и николите на микроскопа. Този начин може с успех да се приложи при наблюдение на минерали със слаби вътрешни рефлекси или върху много малки минерални зърна. Възможностите за изследване с имерсия на вътрешните рефлекси са почти неограничени.

[При наблюдение с имерсионна течност се намалява коефициентът на отражение, а концентрацията на светлина чрез течността усилва общото осветление на зрителното поле и съдейства за откриване на много слаби по интензитет рефлекси. Чрез кръстосване на николите се намалява интензитетът на отразената светлина (при изотропните минерали зрителното поле е тъмно), а изпъкват на първо място рефлексите.]


Един от начините да се открие наличието на вътрешни рефлекси в дадения минерал е с помощта на остра игла (обикновено стоманена) да се направи драскотина върху полираната повърхност, след което тя се наблюдава с имерсионна течност. Паралелно с това се наблюдава и прахът на минерала.
Интензитетът на вътрешните рефлекси се оценява в зависимост от това, в каква среда се наблюдават. Те са слаби - ако се наблюдават само с имерсионни течности, и силни - ако освен с имерсия, могат да се наблюдават и при кръстосани николи.

Една от характерните особености на вътрешните рефлекси е техният цвят, който в някои случаи е типичен само за даден минерал. Най-типичните цветове на вътрешните рефлекси за някои минерали са дадени в таблицата:




Цвят на вътрешните рефлекси

Условия на наблюдение

Минерали




въздух

масло




светлосини

+

+

анатаз

жълточервени, кафявочервени



-

+

колумбит

червени

-

+

тенантит, енаргит, полибазит, антимонит

облачнобели, безцветни

+

+

кварц, карбонати


N. B.: При ОС > 40% - няма вътрешни рефлекси (ВТ)

При ОС между 20 40% - имат често ВТ (но не винаги)

При ОС < 20% - ясно забележими ВТ
За ВР е важно минералите да пропускат част от светлината + да имат включения, цепителност, пукнатини и т.н.

2 начина за наблюдение: с кос източник и с много силен обектив.


1 N. B.: трябва да се има пред вид, че при рудните минерали пълно потъмняване не може да се получи.





База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница