MINERALOGIJA

metode analize

Metode istraživanja u mineralogiji

Optičke metode-petrografski mikroskop-rudni mikroskop

Elektronski mikroskop-SEM-TEM

Rentgenska difrakcija-monokristal-prah

Kemijske analize-mikrosonda-AAS-ICP ES-RFA (XRF)

Optička svojstva minerala

• svojstva u prolaznoj svjetlosti koja se promatraju na polarizacijskom mikroskopu

• optička svojstva opákih minerala promatraju se u reflektiranoj svjetlosti na rudnom mikroskopu

Zakon loma• zbog razlike u brzinama širenja svjetlosti u dva

sredstva, zraka svjetlosti se pri prijelazu iz jednog sredstva u drugo lomi u skladu s zakonom loma. Lomljena zraka mora biti u upadnoj ravnini i mora biti zadovoljen izraz sin i /sin l = nn – indeks loma = c1/c2

n – veličina karakteristična za neki materijal, a ovisna o valnoj duljini svjetlosti, T i P

apsolutni indeks – ako svjetlost dolazi iz vakuuma

relativni – ako dolazi iz drugog sredstva

nrel=n2/n1nzraka=1,000293

Totalna refleksija

• ukoliko svjetlost ide iz optički gušćeg u rjeđe sredstvo, lomi se od okomice, i ukoliko je kut upada veći od tzv. graničnog kuta totalne refleksije, za koji se zraka lomi pod kutem od 90°, biti će totalno reflektirana tj. neće izaći iz optički gušćeg sredstva

3 3

1

1

12

2

2n1 n1>n2

n2

Preparat• zrnati – pojedinačna slobodna zrna

urone se u imerziono sredstvo poznatog indeksa loma – kanada balzam – 1,54– dvokomponentna ljepila– imerzione tekućine (set 1,41-1,77)

• izbrusci minerala i stijena – pločica debljine 0,02-0,03 mm

objektno stakalce

pokrovno stakalce

mineral, stijena

izrada izbrusaka

• odreže se pločica ili otkrhne ili otkala dio minerala ili stijene

• porozni ili drobljivi materijali se impregniraju• jedna strana se izravna i ispolira s brusnim

prahom• zalijepi se na objektno stakalce• stanji se ili pomoću pile ili grubim brušenjem• finim brušenjem se stanji na 0,02-0,03 mm• bojenje preparata (karbonati, feldspati,…)• pokrivanje s pokrovnim stakalcem ili

poliranjem na visoki sjaj

Polarizacijski mikroskop

• obična i polarizirana svjetlost (polarizator)

• zakretni mikroskopski stolić

• ortoskop ili konoskop

okular

Amici – Betrandova leća

analizator

utor za umetanje akcesornih pločica

objektiv

mikroskopski stolić

kondenzor

iris-zaslon

polarizator

izvor svjetlosti

podjela materijala na temelju optičkih svojstava

• optički izotropni ili jednolomni– plinovi, tekućine, amorfne krute tvari te

materijali koji kristaliziraju u kubičnom sustavu• optički anizotropni ili dvolomni

– materijali koji kristaliziraju u svim ostalim sustavima

optički izotropni materijali

• kod njih se svjetlost svim smjerovima širi istom brzinom (imaju jedan indeks loma)

• svjetlost vibrira u svim smjerovima okomitim na smjer širenja svjetla

optički anizotropni materijali

• brzina širenja svjetlosti ovisi o smjeru širenja, stoga ti materijali imaju čitav niz indeksa loma

• nazivaju se i dvolomnima jer se zraka svjetlosti koja dospije do njih, u pravilu, lomi u dvije zrake tj. dolazi do pojave dvoloma– ekstraordinarna z.– ordinarna z.

Dvolom• dvije dvolomom

nastale zrake su linearno polarizirane

• vibracijski smjerovi su im međusobno okomiti

• brzine širenja odnosno indeksi loma su im različiti

• razlika u indeksima loma te dvije zrake je dvolomdvolom = pojavadvolom = veličina

podjela optički anizotropnih materijala

• dijele se na jednoosne i dvoosne, prema broju smjerova duž kojih ne dolazi do dvoloma tj. prema broju optičkih osi

• optički jednoosni su materijali koji kristaliziraju u tetragonskom i heksagonskom sustavu

• optički dvoosni materijali kristaliziraju u rompskom, monoklinskom i triklinskomsustavu

indikatrisa• za prikaz optičkih svojstava materijala

koristimo geometrijska tijela:– plohu brzine zraka– indikatrisu

• geometrijsko tijelo koje se konstruira tako da se na vibracijske smjerove nanesu indeksi loma svjetlosti koja tim smjerom vibrira

• promatranjem središnjih presjeka indikatriseokomitih na smjer širenja svjetlosti zaključuje se kakve su optičke karakteristike materijala kad se svjetlost kroz njega širi tim smjerom

upotreba indikatrise• promatramo:

– oblik presjeka• kružni – svi polumjeri, čija veličina odgovara

indeksu loma, su isti = nema dvoloma, svjetlost može vibrirati duž bilo kojeg polumjera tog presjeka

• eliptičan – dolazi do dvoloma, zrake nastale dvolomom vibriraju duž polumjera eliptičnog presjeka, veličine polumjera ukazuju na indekse loma

IZOTROPNI JEDNOOSNI DVOOSNI

kuglarotacioni elipsoid troosni elipsoid

VRSTE OPTIČKIH INDIKATRISA

jednoosni - optička os podudara se s osi cpozitivni (izduženi e.) i negativni

dvoosni - položaj indikatrise u kristalu ovisi o simetriji

Različiti uvjeti promatranja služe za opažanje raznih pojava

• ortoskopski uvjeti– bez analizatora

• oblik, veličina, pukotine, kalavost• indeksi loma (reljef), pseudoapsorpcija• boja, pleokroizam

– s analizatorom• razlikovanje optički izotropnih i anizotropnih

materijala• interferencijske boje, dvolom, debljina preparata• orijentacija indikatrise u mineralu, potamnjenja,

optički karakter izduženja• zoniranje, sraslaci

Različiti uvjeti promatranja služe za opažanje raznih pojava

• konoskopski uvjeti• razlikovanje optički izotropnih materijala od

optički anizotropnih izbrušenih okomito na optičku os

• razlikovanje optički jednoosnih i dvoosnihanizotropnih materijala

• razlikovanje optički pozitivnih i negativnih materijala

• procjenjivanje kuta optičkih osi

reljef

• to je svojstvo ovisno o razlici u u indeksima loma materijala kojeg promatramo i njegove okolice npr. kanada balzama

• ako razlike nema kažemo da mineral nema reljefa i mi njegove granice u preparatu ne vidimo

• s povećanjem razlike u indeksima granice zrna pukotine u njemu i neravnine na njegovoj površini postaju sve vidljivije– nizak reljef - ±0,04– umjereni reljef - ±0,04-0,12– visok - >0,12

• reljef može biti pozitivan (nm>nkb) ili negativan (nm<nkb)

reljef

kvarc – 1,55nizak reljef

granat – 1,70-1,90izraženi, vrlo visoki reljef

Beckeova linija• pozitivni i negativni reljef se običnim

opažanjem ne mogu razlikovati, ali se opažanjem tzv. Beckeove linije može zaključiti koje sredstvo ima viši indeks loma

• pri povećanju razmaka između objektiva i preparata na obodu zrna formira se difuzna svjetla linija koja putuje u sredstvo višeg indeksa loma

• ukoliko se razmak smanjuje linija ide u sredstvo nižeg indeksa

Beckeova linijaa – izoštrena slikab – povećan razmakc – smanjen razmak

nmin>nkb

- na tom principu temelji se određivanje indeksa imerzijskom metodom -ortoskopski uvjeti promatranja, prigušena svjetlost, veliko povećanje

reljef kod anizotropnih -pseudoapsorpcija

• kod anizortopnih materijala treba određivati reljef za svaki od dvolomom nastalih valova – položaj potamnjenja

• psudoapsorpcija – ukoliko se dva vala izrazito razlikuju po indeksima loma, a jedan od njih je blizak indeksu balzama, u jednom položaju će reljef biti nizak, a u drugom izražen, uslijed čega će granice zrna i pukotine biti izražene tj. mineral će izgledati tamnije kao da je dio svjetla apsorbiran

psudoapsorpcija

nm~nkb nm>>nkb

boja - pleokroizam

• boja je posljedica selektivne apsorpcije• boja koju vidimo je smjesa valnih duljina koje

su zaostale• kod anizotropnih minerala apsorpcija može, ali

ne mora, biti različita za različite vibracijske smjerove – pleokroizam. Promatra se boja za svaki dvolomom nastao val (položaj potamnjenja)

• anizotropni jednoosni – maks. dvije boje• anizotropni dvoosni – maks. tri boje (u jednom

presjeku maks. dvije boje)

pleokroizam

• pleokroizam vidljiv => anizotropan mineral• pleokroizam nije viđen => ?

razlikovanje izotropnih i anizotropnih materijala- izotropni

• promatra se s prekriženim nikolima• optički izotropni materijali biti će

ukoliko ih promatramo s prekriženim nikolima tamni, i ostat će tamni bez obzira koliko ih zakrećemo

P

A

razlikovanje izotropnih i anizotropnih materijala- anizotropni

• treba razlikovati dva slučaja:1. svjetlost se širi duž optičke osi, dolazi

okomito na kružni presjek indikatrise , pa su materijali tamni i ostaju tamni prilikom zakretanja tj, ponašaju se poput izotropnih materijala i od njih se u takvim presjecima mogu razlikovati samo na temelju konoskopskih opažanja

2. ako se svjetlost širi kroz anizotropnematerijale duž bilo kojeg drugog smjera, a ne duž optičke osi, dolazi okomito na eliptičan presjek indikatisetj. trebalo bi doći do dvoloma. Opet moramo razlikovati dvije vrste slučajeva:

a - specijalni – vibracijski smjerovi dvolomom nastalih valova podudaraju se s vibracijskim smjerovima polarizatora i analizatora

b - svi ostali slučajevi

potamnjenje - osi eliptičnog presjeka podudarne s vibracijskim smjerovima nikola

pri rotaciji za 360pri rotaciji za 360°°anizotropnianizotropni materijali materijali potamne 4 putapotamne 4 puta

P

A

anizotropni – osi eliptičnog presjeka podudarne s vibracijskim smjerovima nikola

• u slučaju 2a svjetlost koja je dospjela iz polarizatora u mineralu će nastaviti vibrirati duž osi eliptičnog presjeka koja je paralelna s vibracijskim smjerom polarizatora (zapravo ne dolazi do dvoloma), a kad svjetlost stigne do analizatora, on neće propustiti ništa i materijal će biti taman tj. mi kažemo da je u položaju potamnjenja

anizotropni – opći slučaj

K1=P sinφK2=P cosφL1=K1 cosφ=P sinφ cosφL2=K2 sinφ= P cosφ sinφ

φ

L1 L2

K1 K2

P

najviše svjetla prolazi uz kut φ=45° - položaj maksimalne rasvjete

položaj potamnjenja

položaj potamnjenja

položaj maksimalne rasvjete

anizotropni – opći slučaj

• u općem položaju doći će do dvoloma, svjetlost koja dolazi iz polarizatora mora se, u skladu s paralelogramom sila, raspodijeliti u dvije komponente. Dvije zrake putuju kroz mineral različitim brzinama i među njima nastaje razlika u hodu. Kad svjetlost dospije do analizatora on od dva vala propušta komponentu paralelnu s njegovim vibracijskim smjerom, pa je mineral osvijetljen – vidimo interferencijsku boju

bez analizatora prekriženi nikoli

anizotropni izotropni

svojstva s analizatorom- potamnjenja

• anizotropni minerali potamne 4X pri zakretu za 360°

• ukoliko su na mineralu vidljivi neki geometrijski elementi (plohe, pukotine kalavosti) možemo na temelju položaja indikatrise prema njima razlikovati :– paralelno potamnjenje– koso potamnjenje– simetrično potamnjenje

Paralelno potamnjenje

• ukoliko mineral potamni kad su njegovi geometrijski elementi paralelni s jednom niti križa govorimo o paralelnom potamnjenju. Do njega dolazi stoga što su vibracijski smjerovi dvolomom nastalih valova paralelni s geometrijskim elementima.

s analizatorom

bez analizatora

koso potamnjenje

• o kosom potamnjenju govorimo ukoliko mineral potamni u trenutku kad geometrijski elementi zatvaraju neki kut s nitima križa –vibracijski smjerovi anizotropnog presjeka nisu paralelni s geometrijskim elementima.

kut kosog potamnjenja

• kut koji zatvaraju geometrijski elementi s nitima križa u trenutku kad mineral potamni – karakterističan je za pojedine minerale

Mjeri se tako da se mineral dovede u položaj tame - očita se položaj na mikroskopskom stoliću. Zatim se mineral zakreće dok geometrijski elementi ne postanu paralelni s jednom niti križa – ponovo se očita položaj na stoliću. Razlika dva očitanja je kut kosog potamnjenja

simetrično potamnjenje

• možemo ga smatrati specijalnim slučajem kosog potamnjena, o njemu govorimo ako su vibracijski smjerovi postavljeni simetrično u odnosu na dva prisutna geometrijska elementa tj. svejedno je da li kut kosog potamnjenja mjerimo u odnosu na jedan ili drugi geometrijski element

kut 1 kut 2

kut 1 = kut 2

• isti mineral može pokazivati različita potamnjenja ovisno o tome kako je presječen npr. pirokseni i amfiboli(monoklinski minerali) ovisno o presjeku mogu imati:– simetrično– paralelno – koso potamnjenje

• ukoliko nisu vidljivi geometrijski elementi nije moguće reći kakvo je potamnjenje

Interferencijska boja

• nastaje interferencijom dvolom nastalih valova nakon što su svedeni u titrajnu ravninu analizatora i posljedica je razlike u hodu (Δ) koja je posljedica različite brzine širenja tih valova kroz mineral

Δ = (n2-n1) dn2 i n1 - indeksi loma valova nastalih dvolomomd –duljina puta (kod ortoskopskih uvjeta = debljina

preparata)

Michel-Lévyijeva tablica interferencijskih boja

spektar interferencijski boja

• spektar se dijeli na redove– boje I. reda – Δ = 0 – 550 nm – boje II. reda – Δ = 551 – 1100 nm – itd.

• boje II. i III. reda su žive, a boje viših redova su blijede– bijela interferencijska boja višeg reda –

svijetlosiva boja – zadovoljen uvjet za pogašenjesvjetlosti čitavog niza valnih duljina, ali istovremeno dolazi do pojačanja svjetlosti iz različitih dijelova vidljivog spektra

interferencijske boje – razlika u hoduΔ = (n2-n1) d

• koju ćemo boju vidjeti ovisi o tome koliki je dvolom te o debljini minerala

• konkretan dvolom ovisi o maksimalnom dvolomu nekog minerala, ali i o tome kojim se smjerom svjetlost širi kroz mineral

interferencijske boje – razlika u hoduΔ = (n2-n1) d

• ukoliko je u preparatu mineralno zrno u određenoj orijentaciji, ali debljina zrna nije svugdje ista, interferirat će u različitim bojama

interferencijske boje – razlika u hoduΔ = (n2-n1) d

• ukoliko pak u preparatu postoji više individua istog minerala iste debljine, ali u više orijentacija, interferencijske boje ovisit će o orijentaciji presjeka

akcesorne pločice - kompenzatori

• specijalni preparati - odlikuju se određenom razlikom u hodu tj. određenom interferencijskom bojom, a vibracijski smjerovi dvolomom nastalih valova paralelni su tj. okomiti na izduženje (brži val u pravilu vibrira paralelno s izduženjemkompenzatora)

• određivanje orijentacije indikatrise u mineralu -podudarni i nepodudarni položaj

Konoskopska opažanja

• pri takvim opažanjima promatraju se konoskopske(interferencijske) figure

• možemo razlikovati:– optički izotropne materijale od anizotropnih izbrušenih

okomito na optičku os– jednoosne materijale od dvoosnih– pozitivne od negativnih

• najinstruktivniji su presjeci okomiti na optičku os ili na oštru raspolovnicu kuta optičkih osi

• za postizanje takvih uvjeta opažanja treba:– uklopiti kondenzor– promatrati s objektivom velikog povećanja– uklopiti analizator– uklopiti Amici-Bertrandovu leću

konoskopija - jednoosni

• konoskopska figura optički jednoosnoganizotropnog materijala izbrušenegokomito na optičku os– crni križ i koncentrični krugovi (izokrome)

obojeni interefrencijskim bojama (više boje dalje od središta križa)

– pri zakretu slika se ne mijenja

dvoosni materijali

• konoskopska figura odlikuje se crnim križem koji se zakretom za 45°raspada u dvije hiperbole (izogire) u čijim tjemenima izlaze optičke osi