گوهر شناسی و سنگ شناسی

علل رنگ در اسپودومن سبز طبیعی و پرتودهی شده

‫نوشته شده در تاریخ توسط حسن کرمی

اسپودومن سبز از دیرباز مورد توجه کانی شناسان و گوهرشناسان بوده است، زیرا به دلیل رفتار تنبرسنسی (Tenebrescence) خود، رنگ برخی از آنها ممکن است در زیر نور خورشید یا گرما کمرنگ تا بی رنگ شود، اما ممکن است با تابش دهی دوباره احیا شود. این مقاله ترجمه نویسنده جورج بوشارت (George Bosshart) است که به علل رنگ های پایدار و ناپایدار سبز در اسپودومن می پردازد.

علت رنگ اسپودومن سبز
شکل 1 اسپودومن سبز با تراش فست از افغانستان (نمونه شماره 4)

نمونه های اسپودومن سبز و روش بررسی

شش نمونه اسپودومن سبز از مناطق مختلف با منشاء رنگی متفاوت انتخاب شدند (شکل 1 و 2): دو هیدنیت طبیعی (hiddenite نوع اسپودومن سبز که به نور حساس نبوده و رنگ ثابتی دارد) از معدن آدامز، کارولینای شمالی (نمونه های شماره 1 و شماره 2)، سه اسپودومن سبز مایل به زرد تا سبز پرتودهی شده در لابراتوار از افغانستان (نمونه های شماره 3 و شماره 5 ) و یک نمونه اسپودومن سبز مایل به آبی که به طور در طبیعت به طور طبیعی پرتودهی شده است، از شمال پاکستان (نمونه شماره 6). تمام نمونه ها با استفاده از ابزارهای گوهرشناسی رایج مورد مطالعه قرار گرفتند. تمام ویژگی ها و توزیع رنگ زیر میکروسکوپ بررسی شد.

علت کمرنگ شدن اسپودومن سبز
شکل 2 نمونه های اسپودومن سبز شماره 1، 3 و 6 (از چپ به راست)، a. “همانطور که دریافت شدند” (ردیف بالایی) و b. پس از قرار گرفتن در معرض نور شدید و UV (ردیف پایین). نمونه های شماره 3 و 6 محو شدن رنگ و بی رنگ شدن آنها را نشان می دهند. عکس توسط Edward Liu.

طیف جذبی UV با استفاده از طیف‌سنجی GEM – 3000 UV – Vis در محدوده 225-1100 نانومتر به‌دست آمد. تغییرات رنگی نمونه‌ها مانند بی رنگ شدگی و تغییر رنگ‌ها پس از قرار گرفتن در معرض نور مرئی قوی یا اشعه ایکس بررسی و در تغییر طیف جذب اپتیکی درنظر گرفته شد. تجزیه تحلیل شیمیایی با استفاده از آنالیزور EDAX ENGLE III EDXRF تعیین شد. اندازه‌گیری‌ها و طیف‌های EPR تک کریستالی بر روی یک طیف‌سنج EPR JES-FEIXG در دمای اتاق ثبت شد. میدان مغناطیسی G1000±3350 (یا G 2500 ± 2550 )، فرکانس کاریMc/s 9449 (مگا سیکل در ثانیه)، پاسخ 0.3 ثانیه و زمان جاروب 4 دقیقه. سیگنال های جهت گیری های مختلف نمونه ها به میدان مغناطیسی برای مقایسه ثبت شد.

نتایج بررسی علت کمرنگ شدن اسپودومن

همه هیدنیت های طبیعی کارولینای شمالی در زیر نور قوی، رنگ سبز ثابتی را بدون تغییرات رنگ رفتگی و تنبرسنسی نشان دادند. طیف سنجی UV-Vis و تجزیه و تحلیل شیمیایی توسط XRF نشان داد که آنها حاوی عناصر Cr و V هستند (شکل 3 و جدول 1). باند جذب در 621 نانومتر و یک دابلت در 688 و 692 نانومتر را می توان به حضور کروم (3+ Cr) اختصاص داد.

شکل 3 طیف مرئی (a) هیدنیت طبیعی کارولینای شمالی و (b) اسپودومن سبز پرتودهی شده در لابراتوار افغانستان. نمودارها توسط ادوارد لیو
جدول 1 تجزیه و تحلیل ED-XRF عناصر کم مقدار رنگ‌بر ( کروموفور ) نمونه های اسپودومن

نمونه‌های اسپودومن سبز پرتودهی شده (به‌طور طبیعی و مصنوعی) طیف‌های جذب مشابهی را نشان دادند که مربوط به مرکز رنگ (colour centre) است (در مورد معنی مرکز رنگ در بلور، در مطلب علت رنگ هالیت آبی کاملا توضیح داده شده است). رنگ ناپایدار آنها را می توان به راحتی زیر نور روز، اشعه ماوراء بنفش یا حرارت متوسط تا 250 درجه سانتیگراد با کاهش باند جذب مربوطه (ناشی از تشعشع) در 637 نانومتر از سبز تا بی رنگ تغییر داد (شکل 3). تغییر کمی در قدرت باند جذب mn+3 در 543 نانومتر و باندهای جذبی تند Fe+3 در 437 نانومتر پیدا شد.

شکل 4 طیف EPR از:
(a) ساختار ظریف (fine structure) ازهیدنیت (نمونه شماره 1) در جهت های مختلف (g//: خط سیاه؛ g⊥: خط قرمز). واحد g-factor (خط سیاه): g1=3.671، g2=2.953، g3=1.595 [H (میدان مغناطیسی): G 3350 ± 1000];
(b) ساختار ظریف کروم Cr3+ که با یک مرکز رنگ مرتبط اسپودومن سبز مایل به زرد پرتودهی شده در لابراتوار همپوشانی دارد (نمونه شماره 4) [H (میدان مغناطیسی): 3350 ±1000G].
(c) یک سیگنال ساده از مرکز رنگ (با g-factor ناهمسانگرد) از اسپودومن سبز مایل به آبی روشن به طور طبیعی تابش شده (نمونه شماره 6) [H: 2550 ±2500G. در جهت گیری های مختلف].

نمونه‌های اسپودومن پرتودهی شده در لابراتوار از افغانستان به رنگ قرمز مایل به ارغوانی روشن با افزایش قدرت باند جذب 536 نانومتری پس از قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس (x-ray) ظاهر شدند. این رنگ در عرض چند ثانیه تحت نور مرئی به سرعت کمرنگ و محو شد. مطالعات طیف‌سنجی EPR روی همه نمونه‌ها نشان داد که رنگ‌های آن‌ها توسط مکانیسم‌های مختلفی ایجاد می‌شود:

  1. طیف‌سنجی EPR نشان می‌دهد که نمونه هیدنیت از کارولینای شمالی حاوی کروم (در موقعیت 6-کئوردینه Al3+) با سه خط ساختاری ظریف است (شکل 4a). هیچ سیگنالی از مرکز رنگ (colour centre) مشاهده نشد. سیگنال خطوط ساختار ظریف V+3 نیز شناسایی شد.
  2. طیف EPR نمونه اسپودومن سبز پرتودهی شده در لابراتوار نشان داد که سیگنال 3+Cr با یک مرکز رنگ مرتبط همپوشانی دارد (شکل 4b).
  3. نمونه اسپودومن سبز پرتودهی شده به طور طبیعی یک طیف EPR متفاوت را نشان می‌دهد که فقط حاوی یک سیگنال ساده از مرکز رنگ (با عامل واحد g-factor ناهمسانگرد) است (شکل 4c).

طبق گفته هاسون و لیبیب (1978) و ناسائو (1983)، رنگ سبز اسپودومن را می توان با تابش فضای(های) الکترونی القایی برای تبدیل (اکسید کردن) Mn+2 (بی رنگ) تا Mn+3 (ارغوانی) و متعاقبا نسبتاً ناپایدار Mn+4 (سبز) ایجاد کرد. تجزیه و تحلیل XRF همچنین نشان داد که هر دو نمونه اسپودومن سبز پرتودهی شده دارای محتوای اکسید منگنز MnO بالاتری نسبت به نمونه هیدنیت طبیعی بودند. با این حال، هیچ سیگنال متمایز منگنز EPR را نمی توان در این مطالعه مشاهده کرد. کشف این مراکز رنگی نشان داد که نقایص ساختاری (در بلور) در نمونه‌های اسپودومن سبز که به طور طبیعی و مصنوعی پرتودهی شده بودند، متفاوت بودند. طیف EPR ممکن است به تمایز این دو نسخه سبز کمک کند.

منابع:

Liu Shang Edward 　 George Bosshart　 Peng Ming-sheng Reinvestigation of the Causes of Colour in Natural and Irradiated Green Spodumene researchgate.net/publication/333017040_Reinvestigation_of_the_Causes_of_Colour_in_Natural_and_Irradiated_Green_Spodumene

حسن کرمی

گوهر شناسی ترکیبی از علوم آزمایشگاهی و هنر زیبایی شناختی هست. من اینجام تا شما رو با هر دو اونها یعنی "دنیای گوهرسنگها" آشنا کنم!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *