РЕФЕРАТ

УДК 549.618.51(234.853:235.211)

Катодолюминесцентные свойства содалита. Ермолина О. С., Еремяшев В. Е. // Металлогения древних и современных океанов–2008. Рудоносные комплексы и рудные фации. Миасс: ИМин УрО РАН, 2008.
 
Приведены катодолюминесцентные спектры содалита из месторождений района ледника Дара-и-Пиоз (Памир) и Вишневогорского щелочного комплекса (Южный Урал). Рассмотрено влияние на форму спектров степени измельчения минерала и присутствие реликтов нефелина. Приведены данные химических анализов и параметры элементарной ячейки изученных содалитов. Установлено, что катодолюминесцентные спектры содалита не зависят от химического состава и параметров элементарной ячейки.
 
Илл. 2. Табл. 1. Библ. 3.

 

 

О. С. Ермолина1, В. Е. Еремяшев2
1 – Южно-Уральский государственный университет, г. Миасс
2 – Институт минералогии УрО РАН, г. Миасс
 
Катодолюминесцентные свойства содалита
 
Катодолюминесценция возникает в веществе, облучаемом пучком электронов, при этом возникают неравновесные носители зарядов (электронно-дырочные центры). Последующая их рекомбинация приводит к возбуждению центров люминесценции, образованных в веществе как собственными, так и примесными дефектами, которые называются активаторами. В отличие от других видов люминесценции, катодолюминесценция возбуждается в более широком круге неметаллических твердых веществ, характеризуется на несколько порядков более высокой интенсивностью свечения и наблюдается при комнатной температуре [Соломонов, 2003].
Содалит Na8(AlSiO4)6Cl2 относится к фельдшпатоидам с дополнительными анионами. Для содалита характерны несколько видов люминесценции: рентгенолюминесценция, фотолюминесценция, термолюминесценция, люминесценция в ультрафиолетовых лучах. Наиболее подробно изучена люминесценция в ультрафиолетовых лучах, в которых была обнаружена ярко-оранжевая, розовая, красноватая, оранжево-красная флюоресценция, связанная с присутствием в структуре молекулярных ионов S2. Также центрами свечения могут выступать O2-, Cl–, SO42- [Бокий, Боруцкий, 2003].
Образцы содалита взяты из двух щелочных комплексов: района ледника Дара-и-Пиоз на Памире и Вишневогорского на Южном Урале. В обоих случаях содалит встречается в нефелин-сиенитовых пегматитах. Среди ассоциирующих минералов установлены нефелин, микроклин, альбит. Содалит с Дара-и-Пиоза имеет серовато-голубой цвет, вишневогорский содалит обладает более яркой окраской. В образцах с Дара-и-Пиоза среди продуктов изменения нефелина также был установлен канкринит.
Спектры катодолюминесценции были получены при помощи импульсного анализатора «КЛАВИ-Р». Возбуждение люминесценции осуществлялось облучением на воздухе при комнатной температуре электронным пучком длительностью 2 нс, с максимальной энергией электронов 150±10 кэВ. Интенсивность свечения памирского содалита в 3 раза превосходит интенсивность свечения вишневогорского, хотя форма спектров в целом сходна (рис. 1). Максимальная интенсивность свечения содалита с Памира составляет 2411 ед. при длине волны 434 нм и соответствует синей части спектра. Свечение в длинноволновой области менее интенсивное. В коротковолновой части спектра наблюдаются небольшие девиации интенсивности. Пик в более длинноволновой области несимметричен, выделяются 2 максимума 283 ед. и 234 ед. при длинах волн 666 нм и 730 нм соответственно. Эта часть спектра соответствует оранжево-красной области. Максимальная интенсивность свечения содалита из Вишневогорска составляет 750 ед. при длине волны 436 нм. Форма пика в коротковолновой области осложнена плечом. В длинноволновой части спектра зафиксирован симметричный максимум, составляющий 242 ед. при длине волны 669 нм.
Одной из причин усложнения формы спектров может быть примесь других минералов. Для подтверждения этой гипотезы было изучено поведение в катодных лучах нефелина. По форме спектра катодолюминесценции памирского нефелина (рис. 2) можно сделать вывод о том, что свечение содалита в длинах волн более
600 нм вызвано реликтами нефелина, и не является его собственным свечением.
Сопоставление спектров катодолюминесценции вишневогорских содалита и нефелина показывает, что плечо в спектре содалита может быть вызвано присутствием реликтов нефелина. Однако, соотношение интенсивности свечения нефелина в коротко- и длинноволновой области не позволяет однозначно соотнести плечо в спектре содалита в оранжево-красной области с примесью нефелина.
Кроме нефелина, с содалитом ассоциирует калиевый полевой шпат. Изучение катодолюминесценции полевого шпата показало, что он не может влиять на форму спектра содалита, поскольку люминесцирует в более длинноволновой области.
Ранее нами было показано, что на интенсивность свечения влияет степень измельчения содалита, но форма спектра при этом остается неизменной [Ермолина, Еремяшев, 2007].
Для выяснения влияния различных параметров на свечение содалита был определен химический состав и рассчитаны параметры элементарной ячейки содалитов. Химический состав содалитов сходен (табл.), что показывает, что соотношение макроэлементов не влияет на характер свечения.
Таблица
Средний химический состав содалитов
 
SiO2
Al2O3
Na2O
Cl
Сумма
Формула
Памирский (4 точки)
37.27
30.66
24.88
6.95
99.76
Na4.02Si3.01Al2.93O12Cl0.97
Вишневогорский
(4 точки)
37.38
31.16
25.20
7.01
100.75
Na3.94Si3.06Al2.96O12Cl0.94
Примечание. Анализы выполнены на приборе JEOL-733, аналитик В. А. Муфтахов.
Параметры элементарной ячейки были рассчитаны по дифрактограммам, полученным на приборе ДРОН-2.0 (Cu-Ka излучение, внутренний эталон Si, аналитик Т. М. Рябухина). Параметры рассчитаны как среднее арифметическое из значений, полученных для 15 отражений в диапазоне 2Q 25–90° и составили 8.876 Å для памирского и 8.877 Å для вишневогорского содалита при эталонном значении 8.878 Å. Ошибка не превышала 0.003 Å.
В результате проведенных работ установлено, что содалит характеризуется  катодолюминесценцией с максимумом на 434–436 нм в синей области спектра.  Спектры осложнены дополнительным максимумом в длинноволновой части спектра, которые могут быть соотнесены со спектрами катодолюминесценции нефелина.  Тем не менее, не все усложнения спектров содалита однозначно указывают на реликты нефелина. Возможно, в структуре содалита присутствуют дополнительные  центры, ответственные за свечение в длинноволновой области. Различия в спектрах свечения памирского и вишневогорского содалитов не связаны с различиями химического состава и параметров элементарной ячейки. Катодолюминесценция может быть сопоставлена с присутствием в структуре содалита одного центра свечения, не искажающего его структуру. Этим центром является O2-, т.к. именно он люминесцирует в синей части спектра, другие активаторы не обнаружены.
Авторы благодарны П. В. Хворову и Е. В. Белогуб за предоставленные образцы и помощь в постановке задачи работы и ее решении.
Работа поддержана грантом Минобрнауки РФ (РНП.2.1.1.1840) и ЮУрГУ.
 
Литература
1.    Бокий Г. Б., Боруцкий Б. Е. Минералы. Т. 5: Каркасные силикаты. Вып. 2: Фельдшпатоиды. М.: Наука, 2003. 379 с.
2.    Ермолина О. С., Еремяшев В. Е. Катодолюминесценция содалита // Уральская минералогическая школа. Екатеринбург, 2007.
3.    Соломонов В. И. Импульсная катодолюминесценция и ее применение для анализа конденсированных веществ. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 182 с.