Лабораторные методы определения минералов

Рассмотрим наиболее простые и распространенные методики идентификации минералов. К таким относятся кристаллооптические, рентгенографические методы и методы с применением электронного микрозонда. Сначала рассмотрим оптические методы определения физических свойств минералов.

Устройство микроскопа

Помощь микроскопа неоценима в минералогии, а так же в геммологии, когда необходимо отличить один камень от другого, поскольку, изучив под микроскопом включения в камне, можно определить природу образца и даже место его добычи. Таким же образом можно определить спайность, характер и глубину дефектов и трещин в ювелирных камнях, выявить наличие двупреломления и приблизительно оценить его величину; с помощью иммерсионных жидкостей можно установить показатель преломления. В минералогии используют два типа микроскопов.

Первый – это бинокулярный или монокулярный микроскоп, в котором наблюдения производятся в отраженном свете. Минерал лежит на предметном столике и освещается сверху или сбоку, а мы через систему линз, которая включает в себя объектив, промежуточную линзу и окуляры, наблюдаем увеличенное прямое изображение. По принципу действия такой микроскоп представляет собой огромную лупу, ее еще иногда называют «бинолупой». Увеличение меняется в зависимости от того, какой объектив используют. С помощью бинокулярного микроскопа изучают морфологию мелких зерен, которые слагают концентрат, полученный после отмыва шлихов при минералогических исследованиях. Это обязательный и очень важный этап геологических исследований, который часто проводят непосредственно в поле (есть сравнительно дешевые полевые бинокуляры), где появление или исчезновение какого-либо минерала в шлихе может служить указанием правильности проведения работ. Например, при поисках алмазов очень важно появление в шлихах пиропа – спутника алмазов. Поэтому увеличение количества зерен пиропа или его исчезновение укажет, в какую сторону надо идти, чтобы обнаружить месторождение.

Поляризационный микроскоп гораздо более сложный и дорогой прибор, использование которого возможно в основном в лабораторных условиях, хотя существуют и полевые упрощенные варианты.

В микроскопе имеются две системы линз, обеспечивающие необходимое увеличение, причем каждая из них выполнена в виде отдельного узла. Нижняя группа называется объективом, верхняя окуляром. Объектив ввинчивается в нижний конец тубуса, а окуляр вставляется в верхнее отверстие. Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличения окуляра на увеличение объектива, умноженное на 1,2 – увеличение промежуточных линз. Микроскоп закреплен на штативе – тяжелого основания, на котором крепятся окуляры с промежуточным тубусом, объективы, осветительное устройство с конденсором и вращающийся столик с делениями. Столик микроскопа может подниматься и опускаться, обеспечивая настройку резкости, винтами грубой и тонкой регулировки (которые также проградуированы).

Свет в микроскопе проходит снизу вверх, таким образом являясь проходящим. Минерал исследуется на просвет.

В поляризационном микроскопе существует устройство – призма Николя, или просто николь (поляризатор), который крепится в нижней части осветительного устройства. Проходя через поляризатор, свет становится поляризованным, т. е. через своеобразный фильтр – поляризатор, пропускаются световые колебания, которые совершаются только в одной определенной плоскости; направление колебаний задается поляризатором. Минерал изучается в проходящем поляризованном свете, который внешне ничем не отличается от обычного света, т. е. мы без дополнительных устройств не в состоянии определить, с каким светом имеем дело – простым или поляризованным. Для того, чтобы воспользоваться всеми преимуществами поляризованного света, необходимо использовать еще один поляризатор, который называется анализатором. Он расположен в верхней части тубуса, непосредственно перед окулярами. Анализатор можно убирать, и тогда мы рассматриваем минерал на просвет так же, как и в обычном свете. Когда же анализатор включен (николи скрещены), то наблюдаются специфические картины, зависящие от структуры минерала и его оптических свойств.

Для возможности использования поляризованного микроскопа необходимы специальные знания по кристаллооптике, т. к., используя такой микроскоп, исследователь по оптическим свойствам и явлениям, наблюдаемым только в такой микроскоп, может многое сказать о структуре минерала. Не вдаваясь в теоретические знания по кристаллооптике, мы рассмотрим некоторые практические следствия, которые можно наблюдать при работе с поляризационным микроскопом.

Оптические методы определения минералов

Наиболее важными оптическими свойствами для идентификации минералов является оптический класс и показатель преломления.

При оптическом методе исследования применяют поляризационный микроскоп. Надо приготовить препарат из исследуемых зерен. Исследуемые зерна должны быть небольшими (при необходимости большие зерна раздавливают) – размер 0,1–0,2 мм. Они должны находится (быть погружены) в капле жидкости на предметном стекле, покрытой покровным стеклом. Иногда минералы исследуются в шлифах (тонких пластинках толщиной 0,03 мм). Пластинки наклеивают на предметное стекло специальным изотропным веществом, смолой, – канадским бальзамом и накрывают покровным стеклом. Но это больше касается изучения минералов совместно с горными породами.

Первая задача при определении минерала заключается в выяснении, к какому минеральному виду он принадлежит: является ли он корундом, цирконом, оливином или полевым шпатом. Первое предположение о природе минерала нередко можно сделать на основании его цвета, блеска и общего вида, но быть уверенным в правильности определения можно только в результате измерения той или иной его оптической или физической константы.

Прежде чем определять оптические свойства минерала, под микроскопом наблюдают его физические свойства, связанные со структурой и симметрией – это форма зерен или их обломков, спайность, трещиноватость, включения. Наличие или отсутствие спайности выявляется обычно при дроблении минерала на мелкие осколки; так минерал с хорошей спайностью образует осколки преимущественно с прямыми ребрами (например, амфиболы, пироксены, полевые шпаты и тригональные карбонаты). В некоторых случаях под микроскопом можно определить направления или углы спайности.

Изучение прозрачности

Минералы бывают прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные. Минералы, слагающие горные породы (силикаты, алюмосиликаты, реже карбонаты и фосфаты) являются прозрачными – это оливин, пироксен, амфибол, кварц, полевые шпаты, кальцит, апатит и др. Полупрозрачными называются минералы, просвечивающие в тонких сколах, например, хромшпинелиды или гематит. Непрозрачными называются минералы, не просвечивающие даже в тонких сколах, например, пирит, халькопирит, магнетит, ильменит и др.

Изучение формы зерен

Для многих минералов форма зерен и наличие спайности являются легко наблюдаемыми диагностическими признаками, поэтому с их изучения и надо начинать определение минерала. Анизотропные минералы в зависимости от типа кристаллической решетки могут иметь таблитчатые, призматические, пластинчатые, листоватые, чешуйчатые, игольчатые и другие формы

Исследование включений

Включения и их характер дают представление об условиях кристаллизации несущего их минерала, от которого они отличаются размерами, формой, рельефом и цветом. Включения могут быть представлены округлыми пузырьками, тонкими игольчатыми кристалликами и неправильными образованиями (при замещении). Пузырьки заполнены газом, жидкостью, иногда тем и другим вместе и даже с участием твердой фазы – мельчайших кристалликов каких-либо минералов. Точная диагностика включений требует специальной методики. Поэтому при изучении под микроскопом ограничиваются описанием их формы и размеров, ориентировки по отношению к граням или спайности, количества, равномерности распределения в минерале и определением в первом приближении.