Подсвечивание минералов в ультрафиолете

Как правило, для подсвечивания минералов используются ультрафиолетовые фонари с длиной волны в 395–400 нанометров, поскольку под воздействием данного UV-спектра светятся большинство входящих в состав камней химических элементов.

Диапазоны ультрафиолета

УФ-излучение делится на 3 диапазона (по длине волны):

Длина волны указывается в метрах, а на подробной шкале для УФ-области – в нанометрах (1 нм = 10⁻⁹ м). Для подсвечивания минералов, как правило, используют фонари 395–400 нм – под этим спектром светится большинство входящих в состав камней химических элементов, провоцируя эффект флуоресценции. О зонах УФ подробно – в статье ультрафиолет.

Мощность лампы и безопасность

Небольшие ультрафиолетовые лампы мощностью всего в несколько ватт безопасны для коротких периодов использования. Пользователь не должен смотреть в лампу, светить ею непосредственно на кожу, лицо человека или на домашнее животное. Заглядывание в лампу может вызвать серьёзную травму глаз, а воздействие света УФ-лампы на кожу может вызвать ожог.

Чем мощнее лампа, тем больше фотонов УФ-излучения приходится на единицу площади поверхности минерала – тем ярче люминесценция. При использовании любой УФ-лампы следует предусмотреть защиту для глаз: недорогие блокирующие ультрафиолет очки обеспечивают надёжную защиту при использовании низковольтной УФ-лампы и УФ-фонариков в течение непродолжительного времени исследований. Подробнее – в статье защита глаз от ультрафиолета.

Флуоресценция и фосфоресценция

Если свечение минерала прекращается сразу после выключения лампы, то оно носит название флуоресценция (или люминесценция). Но в некоторых минералах свечение прекращается только через несколько секунд или минут после выключения, то есть наблюдается так называемое послесвечение – это явление называется фосфоресценция.

Например, флюорит является типичным флуоресцирующим минералом. При нагревании и после облучения ультрафиолетовым светом он фосфоресцирует. Собственно, термин «флуоресценция» происходит именно от названия этого минерала.

Почему подходит не любой источник

Не следует думать, что если минерал люминесцирует, то обнаружить это можно с помощью любого ультрафиолетового источника. Как известно, электрон, принадлежащий атому или кристаллу, изменяет свою энергию не произвольно, а «квантами», то есть ступенчатым образом. Это означает, что перевести электрон на определённый энергетический уровень можно, только воздействуя на него излучением с определённой длиной волны. А если в спектре лампы такой длины волны нет, то и люминесценции мы не увидим.

Правда, надо иметь в виду, что зачастую кристалл обладает целым набором возможных электронных уровней, каждый из которых «отвечает» за свою долю люминесценции и «ловит» ультрафиолетовое излучение «своей» строго определённой энергии. Здесь скрывается ещё одна замечательная особенность люминесценции: энергия, которую электроны излучают при возвращении с разных электронных уровней, соответствует различным участкам спектра. Так что, меняя длину волны УФ-освещения, иногда можно заставить минерал светиться разным цветом. Конечно, конкретные особенности свечения будут зависеть от вида минерала и характера примесей в нём.

365 или 395 нм: что выбрать для минералов

Существуют минералы, которые светятся под спектром 365 нм, а некоторые под этим излучением светятся даже другим цветом. Например, бриллианты. Геммологи проверяют люминесценцию бриллиантов под УФ-лампой с длиной волны 365 нм, так как длина волны 395 нм слишком близка к видимому спектру, даёт сильную фиолетовую засветку и обладает меньшей энергией, чем волны с длиной 365 нм.

Ещё важнее деление на LW (длинноволновый, 365–400 нм) и SW (коротковолновый, 254 нм): множество минералов флуоресцирует только под SW, и обычным фонарём 365/395 нм их свечение не увидеть – нужна отдельная коротковолновая лампа. Практический вывод: 395–400 нм – универсальный старт для большинства камней; 365 нм – для геммологии и бриллиантов; SW 254 нм – для минералов, отмеченных в таблице ниже как SW.

Есть ли польза от люминесценции минералов?

Важная задача – определить подделку драгоценного камня, отличить природный камень от синтетического. Ошибка здесь может дорого обойтись, поэтому геммологи – специалисты по драгоценным камням – давно используют ультрафиолетовые лампы; им мы обязаны введением стандартизации ламп по длинам УФ-излучения.

Если не учитывать чистые алмазы, для которых флуоресценция не характерна (что связано с однородностью их состава и отсутствием дефектов на молекулярном уровне), в зависимости от различных факторов (уровня прозрачности минерала, условий его формирования, наличия вкраплений тех или иных веществ и прочих условий) бриллианты могут флуоресцировать по-разному: от наиболее распространённого бледно-голубого (прозрачные камни) до зелёного и жёлтого (непрозрачные коричневые алмазы). В мировой практике флуоресценцию разделяют на четыре категории:

Что касается отечественного рынка, то флуоресценция практически не оказывает влияния на стоимость как самих камней, так и ювелирных изделий с ними. Интересным фактом является то, что алмазы продолжают светиться даже после того, как источник УФ-излучения выключен. Благодаря этому эффекту можно отличить подделку от настоящего или синтетического камня.

Люминогены: почему минералы светятся

Флуоресценция минералов обусловлена тем, что в их кристаллической решётке присутствуют химические элементы – люминогены. Только около 15 % минералов имеют свечение, которое видят люди. Обычно ими бывают некоторые из металлов, имеющих недостроенные электронные оболочки. Это прежде всего металлы из группы железа – хром, марганец, трёхвалентное железо, группа лантаноидов (редкоземельные элементы), а также молибден, вольфрам, уран.

В галереях музеев минералов и на других подобных выставках часто есть экспозиции флуоресцентных минералов, где минералы освещаются ультрафиолетовым («УФ», или «чёрным») светом, так что проявляется их флуоресценция.

Из истории открытий

В геологии известно несколько ярких историй, связанных с проявлениями свечения. Само это явление впервые было описано итальянским алхимиком Кашиароллой в 1602 году. Он пытался получить золото из тяжёлого шпата – барита и обратил внимание на то, что после прокаливания барит приобретает удивительную способность «запасать» солнечные лучи, а затем «возвращать» их в виде свечения – фосфоресценции – в течение нескольких часов.

В 1935 году советский геолог Н. А. Смольянинов впервые с помощью люминесцентной лампы открыл рудное месторождение. Он просматривал образцы каменного материала, привезённого из Таджикистана, из местечка Чорух-Дайрон, и заметил в этих кусках скопления шеелита, который простым глазом обнаружить чрезвычайно трудно.

А учёные в нефтегазовой промышленности иногда исследуют буровые шламы и стержни с УФ-лампами. Небольшое количество масла в породе скважин и минеральных зёрен будет светиться под ультрафиолетовым светом. Цвет флуоресценции может указывать на термическую зрелость масла: более тёмные цвета указывают на тяжёлые масла, а более светлые – на лёгкие.

Как светятся минералы (камни) под УФ-светом

Для поиска минералов на природе необходимо использовать мощные УФ-фонари, так как показатель мощности позволяет светить дальше, а также высвечивать мелкие вкрапления минералов.

Примеры свечения в геологии

Оранжево-красное свечение примеси двухвалентного марганца в кальците. Так он светится в ореолах рудных жил.

По голубому свечению шеелита, который неразличим невооружённым глазом, открыты крупнейшие в мире шеелитовые месторождения вольфрама.

Зелёное свечение урана в ультрафиолетовых лучах – один из важнейших поисковых признаков урановых руд.

Кусок цинковой руды из месторождения полиметаллов Франклин (США). Примесь ионов марганца даёт различный цвет свечения: жёлтый – в волластоните, пурпурный – в кальците.

Органические примеси светятся голубым в рудном минерале гардистоните. Ярко-синее свечение примеси двухвалентного европия во флюорите, добытом из редкометалльных жил.

Книги о флуоресцентных минералах

Две отличные вводные книги о флуоресцентных минералах – «Сбор флуоресцентных минералов» и «Мир флуоресцентных минералов» – написаны Стюартом Шнайдером. Эти книги доступны для понимания, и каждая из них имеет фантастическую коллекцию цветных фотографий. Иллюстрации показывают флуоресцентные минералы при нормальном освещении и при освещении ультрафиолетовым излучением разных волн. Книги отлично подходят для изучения флуоресцентных минералов и служат ценными справочниками.

Какие УФ-фонари взять у «Спектр»

Для большинства минералов подойдёт длинноволновый источник. У «Спектр» есть мощный УФ-фонарь 30 Вт 395 нм – им удобно искать вкрапления на природе и светить на расстоянии, а также фонари 365 нм с чёрным фильтром для геммологии и проверки бриллиантов: 30 Вт и носимый 3 Вт с аккумулятором. Для стационарного осмотра коллекции подойдёт линейная лампа УФ LED 365 нм; весь ассортимент – в разделе УФ-лампы. Обязательны защитные очки с УФ-фильтром. Обратите внимание: минералы, светящиеся только под SW (254 нм), требуют отдельной коротковолновой лампы – у «Спектр» также есть лампа 250 нм. Тот же принцип люминесценции используется в криминалистике и при поиске утечек.

Часто задаваемые вопросы

Какой УФ-фонарь нужен для минералов?
Для большинства камней – длинноволновый 395–400 нм, для геммологии и бриллиантов – 365 нм с чёрным фильтром. Часть минералов светится только под коротковолновым SW (254 нм) – для них нужна отдельная лампа.

Чем флуоресценция отличается от фосфоресценции?
Флуоресценция гаснет сразу после выключения лампы, а фосфоресценция – это послесвечение, длящееся секунды или минуты. Типичный пример – флюорит, от названия которого и произошёл термин «флуоресценция».

Почему бриллианты смотрят на 365, а не на 395 нм?
395 нм слишком близко к видимому спектру, даёт сильную фиолетовую засветку и обладает меньшей энергией. На 365 нм люминесценция бриллианта видна чище и достовернее.

Все ли минералы светятся под ультрафиолетом?
Нет, только около 15 %. Свечение дают люминогены – хром, марганец, трёхвалентное железо, лантаноиды, а также молибден, вольфрам и уран в кристаллической решётке.

Можно ли по свечению отличить настоящий камень от подделки?
Да, это одна из задач геммологии. Например, алмазы продолжают светиться и после выключения лампы, а у корунда оранжевое свечение вместо красного указывает на подделку. Но окончательный вывод требует дополнительных исследований.

Опасно ли подсвечивать минералы ультрафиолетом?
Маломощные лампы безопасны при коротком использовании, но нельзя смотреть в лампу и светить на кожу, лицо или животных. Нужны очки с УФ-фильтром; коротковолновый SW (254 нм) особенно опасен для глаз.

Обращайтесь, если необходима помощь с выбором УФ-ламп и УФ-фонариков для подсвечивания минералов – детально проконсультируем по возникшим вопросам.

E-mail: market@nipg.ru
Тел.: +7 (831) 414-01-71, 8 (800) 600-76-32
WhatsApp: +7 (905) 014-00-15, Telegram: NIPGSpektr, МАХ

Материал подготовлен техническим специалистом ООО НИПГ «Спектр». При полном или частичном копировании материалов ссылка на источник обязательна.