阴极发光地质学基础

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1、《阴极发光地质学基础》中国地质大学出版社宋志敏早在1859年，Crookes发明了阴极射线管，为矿物的阴极发光研究提供了基本装置。一、阴极发光基本原理：这里涉及到两个定义：发光和阴极发光发光：当某些物质受到某种能量激发吋，会从物体农面发射出光的辐射，光辐射频率大多在可见光范围，波长400-760nm,也冇可能冇紫外或近红外光辐射的发射，这种现彖叫做发光。阴极发光：指川带能量的电子束轰击某些物质表面时造成的发光现象。由于带能量的电子束一般是由阴极发射岀来，经过阳极电压加速而得到的，因而电了束轰击造成的发光，习惯上成为阴极发光。为什么会产生阴极发光现彖？当入射电子进入固体表面时，与固体原子的

2、价电子相互作用,使价电子从基态跃迁到激发态，由于价电子在激发态不稳定，经过极短时问（一般小于10一8秒）即跃迁冋基态，同时发射出一个光了，产生光的辐射，也称跃迁辐射。光了能量等于激发态能最E2与基态能量E

3、Z差，即hv=E2—E）式中h—普朗克常数,6.62x10-34J•Sv—光子频率。二、矿物受辐射发光的条件：首先要明确的是，并非所有种类的矿物受电了激发示都会辐射发光，有时戻至同一种矿物在不同条件下的发光也会不同。矿物是否产住发光取决于下面的的些因素：激活剂与猝灭剂、电子在激发态停留时间…能级寿命的长短。激活剂与猝灭剂对于大多数矿物来说，只在其中存在某些微量的杂质原子或结构缺陷时，才

4、有显著地发光现象，这些矿物的发光，实际上是由于杂质原了或结构缺陷造成的，而这些杂质原了和结构缺陷，为方便认识，在这里可理解为第一节中述及的“原了的价电了”。激活剂原子中价电子从激发态跃迁回基态的过程中住随着光的辐射，这些杂质原子或结构缺陷则称为激活剂，如方解石屮的Mn2+使方解石发橙红或橙黄色光；长石屮Fe2+使长石发绿色光，Ti4+使长石发天蓝色光，这些离子就是方解石和长石的激活剂。常见的激活剂元素与阴极发光颜色如下表1-1所示。表1・1常见激活剂与阴极发光颜色激活剂名称元素化合价阴极发光颜色含激活剂矿物备注Mn2+橙红色，橙黄色磷酸盐矿物绿，黃绿色斜长石绿黄色石榴石Mn4+红色刚玉铁

5、Fe2+绿色长石低浓度Fe3+红色钾长石，斜长石钛Ti4+天蓝色长石蓝色石英Cr3+红色石榴石蓝色萤石钻Co蓝色萤石饵Er3+绿色萤石0.1%黄色方解石铅Pb2+橙黄色方解石Ce3+蓝紫色磷灰石Tm3+蓝色萤石钦Ho3+绿色萤石Th橙黄含Th的独居石不发光此外,尚有汞(Hg)、银(Ag)、锢(In)、错(Ge)等元素或离子可做激活剂。通过上表可以看出，矿物的种类不同，激活剂的种类不同，激活剂种类相同但化合价不同，都会导致最终矿物发光的情况各有差界。即使是同种矿物、激活剂、化合价，但激活剂含量不同，其阴极发光也不相同，如：方解石中Mn2+含量逐渐加大吋，方解石发光土黄色—亮黄色。猝灭剂猝灭

6、是使矿物发光减弱以致消失的物理作用。猝灭按物理因素分为口猝灭(激活剂含量升高，矿物阴极发光强度增大，但若含量超过某一固定值一般为1%,发光衰退或消失)敏化剂猝灭(敏化剂受激发后所获能量并不直接辐射发光，而是将能量再传递给激活剂,使激活剂发光，如果其能量不足以激化激活剂时，发光猝火)电荷迁移带猝灭“纯”晶体猝灭(不含杂质、晶格完整的晶体不发生受激辐射，如纯方解石、纯石英等)过激发猝灭(能量过高的电子束破坏样晶，改变其物理化学状态，造成过激猝灭)。原子屮的价电十从激发态跃迁到基态时丕发射光于，而是将能量传递给晶格，从而使晶格发热而消耗掉能量，这种杂质原子称为猝火剂，如方解石中的Fe2+。能级

7、寿命能及寿命也就是电子在激发态停帘的时间，若发生辐射跃迁的几率为A,发生无辐射跃迁的儿率为B,则能及寿命t(s)可表示为:t=l/A+Bo显然，B越小，无辐射跃迁所占比例减小，反Z,无辐射跃迁比例增大，发光减弱。三、常见矿物的阴极发光特征目前人们已经对多种矿物的阴极发光特征进行了总结，尤其是对石英、方解石、H云石、磷灰石等研究较为深入。Nikel（1978）总结了80余种矿物的发光特征，现仅介绍儿种主要的和常见矿物的阴极发光特征。1.石英石英的阴极发光有3小类型：1）紫色发光石英，色谱较宽，以蓝、蓝紫、紫、红紫、红为主。2）褐色发光石英3）不发光石英。-般來说，紫色发光石英多为产出于火山

8、岩、深成岩和接触变质岩的高温B■石英；褐色发光石英多产出于高级区域的变质岩以及产岀于低级变质岩屮的a■石英；不发光石英即为自生石英。图1・23种类型石英阴极发光光谱2.长石长石的阴极发光颜色很多，有蓝、红、绿、褐、不发光。一般來说，碱性长石以天蓝色居多：斜长石则颜色较多，除呈天蓝色外，钙长石多呈红色发光，更长石具绿色发光，自生长石不发光。长石的阴极发光颜色与所含激活剂冇关，常见激活剂冇Ti4+、Fc3+、Fc2+、Mn2+及一些稀土