چگونه با چراغ قوه UV سنگ‌های معدنی اصل را تشخیص دهیم؟

دوستان عزیز توجه داشته باشید این مطلب توسط گروه جی لایت تا حد ممکن ساده سازی و ترجمه شده در صورت اشکال یا ایراد تخصصی از نظر سنگ شناسی در جهت بهبود این مطلب می توانید در قسمت نظرات آن را با ما به اشتراک بگذارید.
اگر تعداد زیادی کانی های فلوروسنت در یک اتاق تاریک قرار داشته باشند با انداختن نور یووی به آن ها می توانید زیباترین و شگفت انگزترین صحنه ها را مشاهده کنید.
نور ماورابنفش ، این مواد معدنی را فعال می کند و باعث می شود که به طور موقت نور مرئی با رنگ های مختلف از خود ساطع کنند. این انتشار نور به عنوان “فلورسانس” شناخته می شود. عکس فوق العاده بالا مجموعه ای از کانی های فلورسنت را نشان می دهد.

کانی فلورسنت چیست؟

برخی از مواد معدنی دارای خاصیت فیزیکی جالبی هستند که به «فلورسانس»  شناخته می شوند. این مواد معدنی این توانایی را دارند که به طور موقت مقدار کمی نور را جذب کنند و بعداً مقدار کمی نور با طول موج متفاوت را آزاد کنند.
این تغییر طول موج سبب تغییر رنگ موقت کانی در چشم بیننده می‌شود. تغییر رنگ کانی‌های فلوئورسان زمانی که در تاریکی بوسیله نور ماوراء بنفش (که برای انسان مرئی نیست) می‌درخشند و نوری مرئی را آزاد می‌سازند، بسیار تماشایی است. عکس فوق، نمونۀ چنین پدیده‌ای است.

لیست قیمت بهترین چراغ قوه های یووی در جی لایت ؛ اینجا بزنید !

جزئیات بیشتر از فلوئورسانی

نورماوراء بنفش، اشعه ایکس و اشعه کاتدی انواع نورهای مرسوم هستند که موجب فلوئورسانی یا درخشش کانی ها می‌شوند. در واقع فلوئورسنس زمانی در کانی‌ها اتفاق می‌افتد که یک نمونه بوسیله طول موج خاصی از نور درخشان می‌شود. این گونه نورها توانایی برانگیختن الکترون‌های مستعد درون ساختار اتمی کانی‌ها را دارند. این الکترون‌های برانگیخته شده موقتاً به لایۀ اوربیتالی بالاتر در ساختار اتمی کانی‌ها می‌جهند.

وقتی آن الکترون‌ها به اوربیتال اولیۀ خود برمی گردند مقدار اندکی از انرژی به شکل نور آزاد می‌گردد. این آزاد‌سازی نور تحت عنوان فلوئورسانی شناخته می‌شود.
اغلب طول موج نوری که از کانی فلوئورسان آزاد می‌گردد به گونه‌ای واضح متفاوت از طول موج نور تابش شده است. این تفاوت در طول موج سبب تغییر آشکار رنگ کانی می‌شود. این درخشش تا آنجائیکه کانی با نوری با طول موج طبیعی بدرخشد ادامه می‌یابد.

چند کانی در نور ماوراء بنفش فلوئورسان هستند؟

اغلب کانی‌ها فلوئورسان نیستند. تنها در حدود 15 درصد از کانی ها چنین توانایی ای دارند و تمامی گونه‌های این کانی ها نیز فلوئورسان نیستند.
فلوئورسانی معمولاً وقتی رخ می‌دهد که ناخالصی‌های خاص تحت عنوان فعال سازها  داخل کانی باشند. این فعال سازها معمولاً کاتیون‌های فلزاتی مانند: تنگستن، مولیبدن، سرب، بور، تیتانیم، منگنز، اورانیوم و کروم هستند.
عناصر نادر خاکی مانند يوروپيم (europium)، تربیم (terbium)، دیسپروزیم (dysprosium) و ایتریم (yttrium) نیز در ایجاد پدیده فلوئورسانی دخالت دارند. فلوئورسانی همچنین می تواند به سبب عیوب ساختارهای بلوری یا ناخالصی‌های آلی باشد.

علاوه بر ناخالصی‌های فعال سازها،  برخی ناخالصی ها اثرمیرایی بر فلوئورسانی دارند. اگر ناخالصی های آهن یا مس موجود باشند می‌تواند فلوئورسانی را کاهش دهند و یا حذف کنند. اغلب کانی ها تنها یک رنگ را فلوئورسان می‌کنند. برخی فلوئورسان ها چندین رنگ دارند. کلسیت به فلوئورسانی رنگ های قرمز، آبی، سفید، صورتی، سبز و نارنجی شهرت دارد. برخی از کانی‌ها قادرند تنها در یک نمونۀ منفرد، چند رنگ فلوئورسان داشته باشند. این کانی‌ها می‌توانند کانی‌های لایه‌ای باشند که چندین مرحله رشد از محلول‌های والد (parent solution) را با تغییر ترکیب‌ها نشان می دهند. بسیاری از کانی‌ها تحت نور ماوراء بنفش با طول موج کوتاه، یک رنگ و زیر نور ماوراء بنفش با طول موج بلند، رنگی دیگر را فلوئورسان می‌کنند.

بیشتر بدانید : چراغ قوه یووی (UV) و کاربردهای اشعه ماوراء بنفش ؛ اینجا بزنید !

فلوئوریت: نخستین کانی فلوئورسان

فلوئورسانی دربسیاری از گونه‌های فلوریت به حدی قوی است که بیننده می‌تواند آنها را زیر نور خورشید نگه دارد و سپس به سایه برود و تغییر رنگ را ببیند. چنین سطح از فلوئورسانی تنها در چند کانی دیده می‌شود. معمولاً فلوئوریت رنگی آبی- بنفش را تحت نوری با طول موج کوتاه و طول موج بلند می‌تاباند. برخی نمونه‌ها به تابش رنگی کرم یا سفید مشهورند. بسیاری از نمونه‌ها فلوئورسان نیستند. تصور می‌شود که فلوئورسانی در فلوئوریت بواسطه حضور ایتریم، یوروپیم، ساماریم یا مواد آلی به عنوان فعال سازها است.

لامپ‌های مخصوص مشاهدۀ کانی‌های فلوئورسان

لامپ‌های بکارگرفته شده برای یافتن و مطالعۀ کانی‌های فلوئورسان با لامپ‌های ماوراء بنفش (که لامپ های سیاه نامیده می شوند) که در فروشگاه‌های کادویی (novelty shop) فروخته می‌شوند، بسیار متفاوت هستند. لامپهای فروشگاه‌های کادویی به دو دلیل برای بررسی کانی‌ها مناسب نیستند: 1- نور با طول موج بلند ایجاد می‌نمایند (اغلب کانی‌های فلوئورسان به نور با طول موج کوتاه پاسخ می‌دهند)، 2- مقدار قابل‌ملاحظه ای از نور مرئی را متصاعد می نمایند که مانع مشاهدۀ دقیق می شود.

لامپ های با سطح علمی  در طول موج‌های مختلف تولید می‌شوند. بیشترین طیف‌های طول موج در تحقیقات کانی فلوئورسانس و نام اختصاری آنها در جدول فوق آمده است. لامپ‌های با سطح علمی که در تحقیقات کانی استفاده می‌شوند دارای یک فیلتر هستند که طول موج‌های ماوراءبنفش عبور می‌کنند اما مانع نور مرئی می‌شود که با مشاهده تداخل خواهد داشت. این فیلترها بسیار گران قیمت و تااندازه‌ای دلیل قیمت بالای لامپ‌های علمی هستند.

بیشتر بدانید : اینفوگرافیک : کاربردهای چراغ قوه UV ؛ اینجا بزنید !

رعایت موارد ایمنی در هنگام استفاده از لامپ ماوراء بنفش

طول موج‌های ماوراءبنفش گونه ای از نور موجود در خورشید است که سبب آفتاب سوختگی می‌شود. طول موج لامپ های ماوراءبنفش با طول موج‌های ماوراءبنفش کوتاه موج یکی است که توسط لایۀ اوزون جو زمین مسدود می‌شوند.

لامپ‌های کوچک ماوراءبنفش با توان چند وات برای استفادۀ کوتاه مدت ایمن هستند. از در معرض قرار گرفتن طولانی مدت در برابر نور مستقیم ماوراء بنفش اجتناب نمائید. از خیره شدن به نور این نوع لامپ و یا قراردادن حیوانات خانگی درمعرض لامپ خودداری کنید. خیره شدن به لامپ روشن ممکن است سبب آسیب جدی به چشم شود. لامپ ماوراءبنفش می‌تواند سبب سوختگی پوست شود.

کاربردهای عملی فلوئورسانی سنگ و کانی‌ها

فلوئورسانی در معدن کاوی، جواهرشناسی، نفت و کانی شناسی کاربرد دارد. فلوئورسان کانی شیلیت ، سنگ معدن تنگستن، آبی روشن است. زمین شناسان جویای شیلیت و سایر کانی‌های فلوئورسان گهگاهی با لامپ فلورسان شبانه برای جستجوی نهشته‌ها به بیرون می روند.

زمین شناسان در صنعت نفت و گاز بعضی اوقات حفره‌ها و برش‌های حفاری را با لامپ‌های ماوراءبنفش بررسی می‌کنند. میزان کمی از نفت در خلل و فرج‌های سنگ و ذرات کانی با لکه‌های نفتی زیر نور ماوراءبنفش می‌درخشند. رنگ فلوئورسانْ بلوغ گرمایی نفت را نشان می‌دهد که نورهای تیره حاکی از نفت سنگین و نورهای روشن نشان دهندۀ نفت سبک‌تر است.

لامپ‌های فلورسان می توانند در معدن‌های زیرزمینی برای شناسایی و ردیابی سنگ‌های کانساردار بکار گرفته شوند. آنها همچنین در نقاله‌های برداشت  برای شناسایی فوری قطعات ارزشمند از کانه   و جداسازی آنها از ضایعات استفاده شده اند.

خرید لامپ یووی 10 وات کِری 395 نانومتر CREE ؛ اینجا بزنید !

از گوهرهایی که گهگاه فلوئورسانی دارند می توان : یاقوت کبود، کونزیت ، الماس و عقیق را نام برد. گاهی این ویژگی می‌تواند برای شناسایی سنگ های کوچک در رسوبات یا کانه های خرد شده  مورد استفاده قرار گیرد. همچنین این فلوئورسانی می‌تواند یک ویژگی خاص از سنگ‌های یک ناحیه معدن کاری باشد. برای مثال: الماس‌های زرد روشن با فلوئورسانی آبی تند  بوسیله معدن پریمیر در آفریقای جنوبی  و سنگ‌های بدون رنگ با فلوئورسان آبی تند بوسیله معدن “جی گِرزفونتین” آفریقای جنوبی  تولید می‌شوند. گوهرهای بدست آمده از این معادن با نام مستعار”پریمیرز” (Premiers) و “جی گِرز” (Jagers)  شناخته می‌شوند.

در اوایل دهۀ 1900، بسیاری از تجار الماس در جستجوی سنگ‌هایی با فلوئورسانی آبی تند بودند. آنها معتقد بودند که این سنگ‌ها زمانی که با نوری با درصد ماوراء بنفش بیشتر دیده می‌شوند، بیرنگتر (زرد کمتر) به نظر می‌رسند. این قضیه نهایتاً به شرایط نوردهی کنترل شده برای درجه‌بندی رنگی الماس‌ها   منتج شد.

فلوئورسانی معمولاً در شناسایی کانی استفاده نمی‌شود. اغلب کانی‌ها فلوئورسان نیستند  و این خصوصیت نیز غیرقابل استناد (پیش بینی نشده) است. کلسیت مثال خوبی است. درحالیکه برخی کلسیت‌ها فلوئورسان نیستند، گونه‌هایی از کلسیت در طیف رنگ‌هایی مانند: قرمز، آبی، سفید، صورتی، سبز و نارنجی فلوئورسان هستند. فلوئورسان به ندرت یک ویژگی برای شناسایی کانی‌ها محسوب می‌شود.

گونه‌های دیگر لومینانس

فلوئورسانی یکی از چندین نوع لومینانس است که یک کانی ممکن است از خود بروز می‌دهد. دیگر گونه‌های لومینانس عبارتند از:

خرید لامپ یووی 10 وات کِری 365 نانومتر CREE ؛ اینجا بزنید !

تابندگی فسفری

در فلوئورسانی،  الکترون‌ها بوسیله فوتون‌های واردشونده  برانگیخته می‌شوند و به سطوح انرژی بالاتر می‌جهند. این الکترون‌ها قبل از سقوط به پائین یعنی به حالت پایه  درآنجا برای کسرکوچکی از ثانیه می‌مانند و نور فلوئورسان ساطع می‌کنند. در تابندگی فسفری، الکترونها مدت زمان بیشتری قبل از سقوط، در اوربیتال حالت برانگیخته باقی می‌مانند. کانی‌های دارای ویژگی فلوئورسانی، زمانیکه منبع نور قطع گردید، از فلوئورسانی باز می‌مانند. کانی هایی با خصوصیت تابندگی فسفری می‌توانند مدت زمان کوتاهی پس از اینکه منبع نور خاموش گردید، به درخشش ادامه دهند. کانی‌هایی که گهگاهی تابندگی فسفری دارند عبارتند از: کلسیت، سلستین، کولمانیت  ، فلوریت، اسفالریت و ویلِمیت .

گرماتابی

گرماتابی قابلیت کانی در گسیل مقادیر کمی نور پس از دریافت حرارت است. این حرارت ممکن است بین 50 تا 200 درجۀ سانتی گراد است (بسیار کمتر از دمای روشنایی‌ سیمابی‌ ). آپاتیت، کلسیت، کلروفان ، فلوریت، لپیدولیت، اسکاپولیت و برخی فلدسپارها گرماتاب هستند.

ضربه تابناکی

برخی کانی‌ها درصورت اعمال انرژی مکانیکی از خود نور ساطع می‌کنند. این کانی‌ها درصورت ضربه خوردن، خردشدن، خراشیده شدن یا شکسته شدن می‌درخشند. این نور نتیجۀ تفکیک اتصالات (نوارها، باندهای) ساختار معدنی است. میزان نور ساطع شده خیلی کم است و مشاهدۀ دقیق در تاریکی را می‌طلبد. کانی‌هایی که گهگاه خصوصیت ضربه تابی را نشان می‌دهند عبارتنداز: آمبلیگونیت، کلسیت، فلوریت، لپیدولیت، پکتولیت ، کوارتز، اسفالریت و برخی فلدسپار ها.

کانی فلوئورسانس چیست؟

کانی‌های فلوئورسان آنطورکه به نظر می‌رسند شگفت انگیز نیستند، اما قطعاً منحصربفرد هستند. همۀ کانی‌ها از قابلیت انعکاس نور برخوردارند، و به همین دلیل وقتی آنها را می‌بینیم، می‌درخشند. برخی کانی‌ها ویژگی بسیار جالب دارند که فلوئورسان نامیده می‌شوند. این کانی‌ها می‌توانند مقدار کمی نور را جذب کنند و موقتاً ذخیره کنند. این نور چند لحظه بعد با طول موج متفاوت رها می‌شود. این تغییر در طول موج به فرد امکان می‌دهد آن را با رنگ‌های مختلف داخل کانی مشاهده کند. این ضیافت رنگ به بهترین نحو وقتی مشاهده می‌شود که کانی‌ها در تاریکی قرارگیرند و توسط نور ماوراءبنفش درخشان می‌شوند. نور مرئی درطی این فرایند رها می‌شود.

مولفۀ کلیدی مهم در وقوع و نمایش این جادو فلوئورسان است. این پدیده وقتی رخ می‌دهد که نور ویژه با طول موج ویژه به کانی تابیده می شود. نوع طول موج‌های مورد هدف اشعه های ایکس (ماوراءبنفش) و اشعه های کاتدی هستند. به محض تمرکز این نورها روی کانی‌ها، الکترون های مستعد درون ساختار اتمی کانی برانگیخته می‌شوند. این الکترون‌های برانگیخته به مدت کوتاه به اوربیتال بالاتر درون ساختار می روند. به محض اینکه به اوربیتال اولیۀ خود برگردند، میزان کمی انرژی در فرم نور رها می‌شود. این رهایی فلوئورسان نامیده می‌شود.

طول موج نور رها شده غالباً با منبع نوری که کانی درمعرض آن بوده متفاوت است.  این علت تغییر رنگ کانی است. درخشش سنگ ادامه خواهد داشت مادامیکه کانی بواسطۀ نور مناسبی که طول موج مناسب را ساطع می کند نورانی شود.

تاریخچۀ کانی های فلوئورسان

تاریخچۀ کانی فلوئورسان بسیار جالب است و به قرن نوزدهم برمی‌گردد. اولین فردی که پدیده را مشاهده کرد جرج گابریل استوکس  در 1852 بود. وی به قابلیت فلوریت در توانایی تولید تابش آبی رنگ تحت تابش نور نامرئی ماوراء مرز بنفش در طیف نوری پی برد. فلوئورسان از اینجا نام گرفت. این کلمه در موضوعات و رشته های علمی نظیر زیست شناسی، اپتیک (نورشناسی)، کانی شناسی و جواهرشناسی کاربرد دارد.

کیفیت فلوئورسانی اکثر کانی‌ها آنقدر قابل توجه نیست که آنها را منحصربه فرد سازد. پانزده درصد کانی‌ها از کیفیت فلوئورسان برخوردارند و با چشم غیرمسلح دیده می‌شود. حتی در این صورت، برخی از مواد معدنی موجود در آن درصد ممکن است باعث شوند فلورسان به راحتی مشاهده نشود. فلوئورسان معمولاً وقتی رخ می‌دهد که فعال‌سازها درون کانی موجود باشند. این فعال‌سازها ناخالصی‌های ویژه و معمولاً کاتیون‌های فلزی نظیر تنگستن، مولیبدن، سرب، بور، تیتانیوم، منگنز و اورانیوم هستند. عناصر نادر هم خاصیت فلوئورسان دارند و شامل کانی‌هایی نظیر یوروپیوم، تربیوم و ایتریم هستند. برخی کانی‌هایی که ممکن است خواص فلوئورسان بروز دهند آن ناخالصی‌های درون ساختار هستند.

برخی کانی‌ها فعال ساز را پس می‌زنند، اگر فلز مناسبی نباشد. درصورت وجود آهن یا مس، کانی‌ها ممکن است فلوئورسان نباشند. این فلزات کاملاً تاثیر فلوئورسان را تعدیل (خفه) می‌کنند و می‌توانند حتی کاملاً سبب حذف آن شوند. اگر می‌خواهید فلوئورسان را خودتان امتحان کنید، باید مطمئن شوید که این فلزات دور از کانی‌ها نگه داشته شوند. تاثیر اعجاب انگیز پدیدۀ فلوئورسان با چسباندن به فلزات فهرست شدۀ فوق بهتر مشاهده می‌شود.

رنگ فلورسان کانی

معمولا کانی‌ها با یک رنگ فلوئورسان خواهند داشت، اما برخی دیگر هم در بیش از یک رنگ فلوئورسان دارند. رنگ کلسیت درطی فلوئورسان به قرمز، آبی، سفید، صورتی، سبز و نارنجی تغییر می‌کند. رنگ کانی در نمونه‌های مختلف می‌تواند متفاوت باشد. این کانی‌ها نواربندی می‌شوند و معمولاً مراحل متعدد رشد از کانی‌های والد با ساختارهای مختلف و تغییر ترکیبات را نشان می‌دهند. بسیاری از این کانی‌ها می توانند رنگ‌های مختلف تحت انواع نور ماوراءبنفش تولید کنند. رنگ‌ها در طول موج‌های بلند و کوتاه فرق دارند.

فلوئورسان بسیاری از نمونه‌های حاوی فلوریت قوی است و این فلوئورسان با قراردادن کانی درمعرض نور و بردن در سایه بروز می‌کند. فلوریت معمولاً نور آبی را تحت نور کوتاه موج و بلند موج ساطع می‌کند، اما در برخی موارد به رنگ کرمی یا سفید درمی‌آید. استفاده از نور ماوراءبنفش و محیط تاریک بهترین روش ایجاد فلوئورسان است. می‌توانید همچنین از لامپ درجه علمی استفاده کنید که در تحقیقات کانی کاربرد دارد، اما این لامپ‌ها براحتی دردسترس نیستند. هرنوری که برای استفاده انتخاب می‌کنید، از محافظ چشم استفاده کنید و از تابیدن نور ماوراءبنفش روی پوست اجتناب کنید که ممکن است سبب سوختگی شود.

این پیشرفت‌ها در دنیای مدرن امروز می‌توانند برای اهداف علمی در زمینه‌های کانی شناسی و حتی سنگ شناسی استفاده شوند. زمین شناسان می‌توانند برخی انواع نفت‌ها را در سنگ‌ها به کمک درخشش نور ماوراءبنفش در مدخل‌ها و دنبال کردن نور ساطع شده پیدا کنند. این کانی‌های کوچک از توانایی روشن کردن کل جهان فقط با درخشش رنگ‌ها برخوردارند.

فلوئورسان کاربردهای گسترده ای دارد ازجمله کانی شناسی، جواهرشناسی، پزشکی، حسگرهای شیمیایی (میکروسکوپ فلوئورسان)، برچسب فلوئورسان، رنگ ها، آشکارسازهای زیست شناسی و تشخیص پرتوی کیهانی. بیشترین کاربرد روزانۀ آن لامپ‌های فلوئورسان ذخیره کنندۀ انرژی و لامپ‌های ال.ای.دی است که پوشش‌های فلوئورسان برای تبدیل نور ماوراءبنفش طول موج کوتاه یا آبی به نور زرد با طول موج بلندتر استفاده می‌شوند و همانند نور گرم لامپ‌های تابندۀ کم مصرف است. فلوئورسان در برخی کانی‌ها و فرم‌های زیستی در بسیاری از قلمروی حیوانات مکرراً در طبیعت به چشم می‌خورد.

انواع کلسیت و کهربا تحت ماوراءبنفش کوتاه موج، ماوراءبنفش بلند موج و نور مرئی فلوئورسان هستند.  یاقوت، زمرد و الماس تحت ماوراءبنفش بلندموج به‌ترتیب  فلوئورسان قرمز، آبی و بعضی اوقات نور سبز ساطع می‌کنند؛ الماس ها هم تحت تابش اشعه ایکس  نور ساطع می‌کنند.