NộI Dung
- Khoáng huỳnh quang là gì?
- Huỳnh quang chi tiết hơn
- Làm thế nào nhiều khoáng chất huỳnh quang trong ánh sáng tia cực tím?
- Fluorite: "Khoáng huỳnh quang" ban đầu
- Huỳnh quang huỳnh quang?
- Đèn để xem khoáng huỳnh quang
- Tính chất phát quang khác
Khoáng huỳnh quang: Một trong những triển lãm bảo tàng ngoạn mục nhất là một căn phòng tối chứa đầy đá huỳnh quang và khoáng chất được chiếu sáng bằng tia cực tím. Chúng phát sáng với một loạt các màu sắc rực rỡ đáng kinh ngạc - trái ngược hoàn toàn với màu sắc của những tảng đá trong điều kiện chiếu sáng bình thường. Ánh sáng cực tím kích hoạt các khoáng chất này và khiến chúng tạm thời phát ra ánh sáng nhìn thấy có nhiều màu sắc khác nhau. Sự phát xạ ánh sáng này được gọi là "huỳnh quang." Bức ảnh tuyệt vời ở trên cho thấy một bộ sưu tập các khoáng chất huỳnh quang. Nó được tạo ra bởi Tiến sĩ Hannes Grobe và là một phần của bộ sưu tập Wikimedia Commons. Ảnh được sử dụng ở đây theo giấy phép Creative Commons.
Khóa khoáng huỳnh quang: Bản phác thảo này là chìa khóa cho đá huỳnh quang và khoáng chất trong hình ảnh màu lớn ở đầu trang này. Các khoáng chất huỳnh quang trong mỗi mẫu vật là: 1. Cerussite, Barite - Morocco; 2. Scapolite - Canada; 3. Hardystonite (xanh dương), Canxit (đỏ), Willemite (xanh lá cây) - New Jersey; 4. Dolomite - Thụy Điển; 5. Adamite - Mexico; 6. Scheelite - địa phương chưa biết; 7. Mã não - Utah; 8. Đá quý - New York; 9. Willemite - New Jersey; 10. Dolomite - Thụy Điển; 11. Fluorit, Canxit - Thụy Sĩ; 12. Canxit - Rumani; 13. Rhyolite - địa phương chưa biết; 14. Dolomite - Thụy Điển; 15. Willemite (xanh), Canxit (đỏ), Franklinite, Rhodonite - New Jersey; 16. Eucryptite - Zimbabwe; 17. Canxit - Đức; 18. Canxit trong một nốt sần Septian - Utah; 19. Fluorite - Anh; 20. Canxit - Thụy Điển; 21. Canxit, Dolomit - Sardinia; 22. Dripstones - Thổ Nhĩ Kỳ; 23. Scheelite - địa phương chưa biết; 24. Aragonit - Sicily; 25. Benitoite - California; 26. Thạch anh Geode - Đức; 27. Dolomite, Quặng sắt - Thụy Điển; 28. Không rõ; 29. Corundum tổng hợp; 30. Powocate - Ấn Độ; 31. Hyalite (opal) - Hungary; 32. Vlasovite ở Eudyalite - Canada; 33. Spar Canxit - Mexico; 34. Manganocalcite? - Thụy Điển; 35. Clinohydrite, Hardystonite, Willemite, Canxit - New Jersey; 36. Canxit - Thụy Sĩ; 37. Apatit, Diopside - Hoa Kỳ; 38. Dolostone - Thụy Điển; 39. Fluorite - Anh; 40. Manganocalcite - Peru; 41. Hemimorphite với Sphalerite trong gangue - Đức; 42. Không biết; 43. Không rõ; 44. Không biết; 45. Dolomite - Thụy Điển; 46. Chalcedony - địa phương chưa biết; 47 Willemite, Canxit - New Jersey. Hình ảnh này được sản xuất bởi Tiến sĩ Hannes Grobe và là một phần của bộ sưu tập Wikimedia Commons. Nó được sử dụng ở đây theo giấy phép Creative Commons.
Khoáng huỳnh quang là gì?
Tất cả các khoáng chất có khả năng phản chiếu ánh sáng. Đó là những gì làm cho chúng có thể nhìn thấy bằng mắt người. Một số khoáng chất có một tính chất vật lý thú vị được gọi là "huỳnh quang." Những khoáng chất này có khả năng hấp thụ tạm thời một lượng ánh sáng nhỏ và ngay lập tức sau đó giải phóng một lượng nhỏ ánh sáng có bước sóng khác nhau. Sự thay đổi bước sóng này gây ra sự thay đổi màu sắc tạm thời của khoáng chất trong mắt của người quan sát.
Sự thay đổi màu sắc của khoáng chất huỳnh quang là ngoạn mục nhất khi chúng được chiếu sáng trong bóng tối bằng ánh sáng cực tím (không thể nhìn thấy được đối với con người) và chúng giải phóng ánh sáng khả kiến. Bức ảnh trên là một ví dụ về hiện tượng này.
Làm thế nào huỳnh quang hoạt động: Sơ đồ cho thấy các photon và electron tương tác với nhau như thế nào để tạo ra hiện tượng huỳnh quang.
Huỳnh quang chi tiết hơn
Sự phát huỳnh quang trong khoáng chất xảy ra khi một mẫu vật được chiếu sáng với các bước sóng ánh sáng cụ thể. Tia cực tím (UV), tia X và tia catốt là những loại ánh sáng điển hình kích hoạt huỳnh quang. Những loại ánh sáng này có khả năng kích thích các electron nhạy cảm trong cấu trúc nguyên tử của khoáng chất. Những electron bị kích thích này tạm thời nhảy lên một quỹ đạo cao hơn trong cấu trúc nguyên tử khoáng sản. Khi những electron đó rơi trở lại quỹ đạo ban đầu của chúng, một lượng năng lượng nhỏ được giải phóng dưới dạng ánh sáng. Sự giải phóng ánh sáng này được gọi là huỳnh quang.
Bước sóng ánh sáng phát ra từ khoáng chất huỳnh quang thường khác biệt rõ rệt với bước sóng của ánh sáng tới. Điều này tạo ra một sự thay đổi rõ ràng trong màu sắc của khoáng sản. "Sự phát sáng" này tiếp tục miễn là khoáng chất được chiếu sáng bằng ánh sáng có bước sóng thích hợp.
Làm thế nào nhiều khoáng chất huỳnh quang trong ánh sáng tia cực tím?
Hầu hết các khoáng chất không có huỳnh quang đáng chú ý. Chỉ có khoảng 15% khoáng chất có huỳnh quang mà mọi người có thể nhìn thấy và một số mẫu của các khoáng chất đó sẽ không phát huỳnh quang. Huỳnh quang thường xảy ra khi các tạp chất cụ thể được gọi là "chất kích hoạt" có trong khoáng chất. Các chất kích hoạt này thường là các cation của các kim loại như: vonfram, molypden, chì, boron, titan, mangan, urani và crôm. Các nguyên tố đất hiếm như europium, terbium, dysprosium và yttri cũng được biết là góp phần vào hiện tượng huỳnh quang. Huỳnh quang cũng có thể được gây ra bởi các khiếm khuyết cấu trúc tinh thể hoặc tạp chất hữu cơ.
Ngoài các tạp chất "chất hoạt hóa", một số tạp chất có tác dụng làm giảm độ huỳnh quang. Nếu sắt hoặc đồng có mặt như tạp chất, chúng có thể làm giảm hoặc loại bỏ huỳnh quang. Hơn nữa, nếu khoáng chất hoạt hóa có mặt với số lượng lớn, điều đó có thể làm giảm hiệu ứng huỳnh quang.
Hầu hết các khoáng chất huỳnh quang một màu duy nhất. Các khoáng chất khác có nhiều màu huỳnh quang. Canxit đã được biết đến để phát huỳnh quang màu đỏ, xanh dương, trắng, hồng, xanh lá cây và cam. Một số khoáng chất được biết là thể hiện nhiều màu huỳnh quang trong một mẫu vật. Đây có thể là các khoáng chất dải thể hiện một số giai đoạn tăng trưởng từ các giải pháp cha mẹ với các thành phần thay đổi. Nhiều khoáng chất phát huỳnh quang một màu dưới ánh sáng tia cực tím và một màu khác dưới ánh sáng tia cực tím.
Fluorite: Mẫu vật được đánh bóng bằng fluorite trong ánh sáng bình thường (trên cùng) và dưới ánh sáng cực tím sóng ngắn (phía dưới). Sự phát huỳnh quang dường như có liên quan đến màu sắc và cấu trúc dải của các khoáng chất trong ánh sáng đơn giản, có thể liên quan đến thành phần hóa học của chúng.
Fluorite: "Khoáng huỳnh quang" ban đầu
Một trong những người đầu tiên quan sát huỳnh quang trong khoáng chất là George Gabriel Stokes vào năm 1852. Ông lưu ý khả năng fluorite tạo ra ánh sáng màu xanh khi được chiếu sáng bằng ánh sáng vô hình "vượt ra khỏi đầu tím của quang phổ". Ông gọi hiện tượng này là "huỳnh quang" sau khoáng chất fluorit. Tên này đã được chấp nhận rộng rãi trong khoáng vật học, đá quý, sinh học, quang học, chiếu sáng thương mại và nhiều lĩnh vực khác.
Nhiều mẫu vật của fluorite có huỳnh quang đủ mạnh để người quan sát có thể đưa chúng ra ngoài, giữ chúng dưới ánh sáng mặt trời, sau đó di chuyển chúng vào bóng râm và thấy sự thay đổi màu sắc. Chỉ có một vài khoáng chất có mức huỳnh quang này. Fluorite thường phát sáng màu xanh tím dưới ánh sáng sóng ngắn và sóng dài. Một số mẫu vật được biết là phát sáng màu kem hoặc màu trắng. Nhiều mẫu vật không phát huỳnh quang. Huỳnh quang trong fluorite được cho là gây ra bởi sự hiện diện của yttri, europium, samarium hoặc vật liệu hữu cơ như chất kích hoạt.
Đèn huỳnh quang Dugway Geode: Nhiều geodes Dugway chứa khoáng chất huỳnh quang và tạo ra một màn hình ngoạn mục dưới ánh sáng tia cực tím! Mẫu vật và hình ảnh của SpiritRock Shop.
Huỳnh quang huỳnh quang?
Bạn có thể ngạc nhiên khi biết rằng một số người đã tìm thấy geodes có khoáng chất huỳnh quang bên trong. Một số địa chất Dugway, được tìm thấy gần cộng đồng Dugway, Utah, được lót bằng chalcedony tạo ra huỳnh quang màu lục vôi gây ra bởi một lượng uranium.
Dugway geodes là tuyệt vời cho một lý do khác. Chúng hình thành vài triệu năm trước trong các túi khí của một chiếc giường rhyolite. Sau đó, khoảng 20.000 năm trước đây họ đã bị xói mòn bởi tác động của sóng dọc theo bờ biển của một hồ băng và vận chuyển vài dặm đến nơi mà họ cuối cùng cũng đến phần còn lại trong trầm tích hồ. Ngày nay, người ta đào chúng lên và thêm chúng vào bộ sưu tập khoáng chất huỳnh quang và huỳnh quang.
Đèn UV: Ba đèn cực tím cấp độ sở thích được sử dụng để xem khoáng chất huỳnh quang. Ở phía trên bên trái là một đèn kiểu "đèn pin" nhỏ tạo ra ánh sáng tia cực tím dài và đủ nhỏ để dễ dàng bỏ vào túi. Trên cùng bên phải là một đèn sóng ngắn cầm tay nhỏ. Đèn ở phía dưới tạo ra cả ánh sáng sóng dài và sóng ngắn. Hai cửa sổ là các bộ lọc kính dày loại bỏ ánh sáng nhìn thấy. Đèn lớn hơn đủ mạnh để sử dụng trong chụp ảnh. Phải luôn đeo kính chống tia UV hoặc kính bảo hộ khi làm việc với đèn UV.
Đèn để xem khoáng huỳnh quang
Các loại đèn được sử dụng để định vị và nghiên cứu khoáng chất huỳnh quang rất khác so với đèn cực tím (được gọi là "đèn đen") được bán trong các cửa hàng mới lạ. Các đèn cửa hàng mới lạ không thích hợp cho các nghiên cứu khoáng sản vì hai lý do: 1) chúng phát ra tia cực tím sóng dài (hầu hết các khoáng chất huỳnh quang phản ứng với tia cực tím sóng ngắn); và, 2) chúng phát ra một lượng ánh sáng khả kiến đáng kể cản trở việc quan sát chính xác, nhưng không phải là vấn đề đối với việc sử dụng mới lạ.
Đèn cấp khoa học được sản xuất trong một loạt các bước sóng khác nhau. Bảng trên liệt kê các phạm vi bước sóng thường được sử dụng cho các nghiên cứu khoáng huỳnh quang và các chữ viết tắt phổ biến của chúng.
Hai cuốn sách giới thiệu tuyệt vời về khoáng chất huỳnh quang là: Thu thập khoáng chất huỳnh quang và Thế giới khoáng chất huỳnh quang, cả hai của Stuart Schneider. Những cuốn sách này được viết bằng ngôn ngữ dễ hiểu, và mỗi cuốn sách có một bộ ảnh màu tuyệt vời cho thấy các khoáng chất huỳnh quang dưới ánh sáng bình thường và các bước sóng khác nhau của tia cực tím. Chúng rất tốt cho việc tìm hiểu về khoáng chất huỳnh quang và phục vụ như những cuốn sách tham khảo có giá trị.
Tính chất phát quang khác
Huỳnh quang là một trong một số tính chất phát quang mà khoáng chất có thể thể hiện. Các đặc tính phát quang khác bao gồm:
PHOSPHORESCENTTrong huỳnh quang, các electron bị kích thích bởi các photon tới nhảy lên mức năng lượng cao hơn và ở đó trong một phần rất nhỏ của giây trước khi rơi trở lại trạng thái mặt đất và phát ra ánh sáng huỳnh quang. Trong quá trình lân quang, các electron vẫn ở trạng thái kích thích quỹ đạo trong một khoảng thời gian lớn hơn trước khi rơi xuống. Khoáng chất với huỳnh quang ngừng phát sáng khi tắt nguồn sáng. Khoáng chất có lân quang có thể phát sáng trong một thời gian ngắn sau khi nguồn sáng bị tắt. Các khoáng chất đôi khi là huỳnh quang bao gồm canxit, celestite, colemanite, fluorite, sphalerite và willemite.
NHIỆT ĐỘNhiệt phát quang là khả năng của một khoáng chất phát ra một lượng nhỏ ánh sáng khi được nung nóng. Hệ thống sưởi này có thể ở nhiệt độ thấp tới 50 đến 200 độ C - thấp hơn nhiều so với nhiệt độ của sự phát sáng. Apatit, calcite, chlorophane, fluorite, lepidolite, scapolite, và một số fenspat đôi khi phát quang.
TRIBOLUMINESCENTMột số khoáng chất sẽ phát ra ánh sáng khi năng lượng cơ học được áp dụng cho chúng. Những khoáng chất này phát sáng khi chúng bị đánh, nghiền nát, trầy xước hoặc vỡ. Ánh sáng này là kết quả của các liên kết bị phá vỡ trong cấu trúc khoáng sản. Lượng ánh sáng phát ra rất nhỏ và thường phải quan sát cẩn thận trong bóng tối. Các khoáng chất đôi khi hiển thị phát quang bao gồm amblygonite, calcite, fluorite, lepidolite, pectolite, thạch anh, sphalerite, và một số fenspat.