Способ анализа состава минералов и горных пород Советский патент 1993 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к люминесцентным методам изучения состава вещества и к области светотехники, и может быть использовано в геологии для оперативного анализа минерального состава горных пород.

Цель изобретения -расширение круга анализируемых объектов за счет возможности анализа минералов, не обладающих свойствами кристаллофосфоров, а также повышение информативности и оперативности анализа.

Указанная цель достигается возбуждением люминесценции минералов, составляющих горную породу, регистрацией спектра люминесценции и проведение анализа по спектральным характеристикам люминесценции с приведением данных по эталонным образцам. Для этого люминесценцию возбуждают электронным пучком, параметры которого выбирают из условий:

JrftSs итаф)(1)

Ц Um(2)

где j, r, f - плотность тока, длительность и частота повторения импульсов электронного пучка, соответственно

U - энергия электронов пучка;

t - время облучения образца;

Im и Um - минимальная глубина проникновения электронов пучка в материал образца и соответствующая ей энергия электронов;

(X - пороговое значение плотности избыточного электронного заряда, инжектируемого в минерал сорта I на глубину проникновения Im, при котором в минерале возбуждается люминесценция.

} - максимальное из всех/ для минералов составляющих горную породу.

Условия (1) и (2) определяют минимальные параметры электронного пучка, необходимые для возбуждения люминесценции во . всех минералах, составляющих исследуемый образец. Минимальное значение про(Л

С

00

о VI со ел о

изведения pi lm является характеристикой минерала сорта I и определяется экспериментально из (1) по появлению люминесценции. Для получения люминесценции всех минералов, составляющих образец, минимальные параметры электронного пучка должны соответствовать максимальному во всехр lm значению. При этом величина превышения минимальных параметров пучка выбирается также из условий чувствительности регистрирующей аппаратуры.

При соблюдении этих условий в исследуемых минералах возникает люминесценция длительностью до нескольких минут в виде спектральных полос, которые являются характерными не только для каждого минерала, но и для состава примесей в минерале. .

Разложение люминесценции в спектр с помощью оптического спектрального прибора, определение по спектру параметров полос и сравнение их с известными экспериментально измеренными дает информацию о минеральном составе исследуемого образца.

Использование в предложенном способе известных и отличительных признаков, обеспечивает достижение поставленной цели.

При изучении научно-технической и патентной литературы не найдены способы с указанными отличительными признаками. Таким образом, предлагаемый способ является новым, отвечает критерию существенные отличия.

Такой способ возбуждения люминесценции дает возможность исследовать минералы не являющиеся естественными кристаллофосфорами, не требует предварительной химической и механической обработки образцов перед анализом и обеспечивает оперативность анализа.

Предложенный способ был конкретно реализован следующим образом. Для возбуждения люминесценции использовали электронный пучок с параметрами:

энергия электронов Е 300 кзВ;

плотность тока пучка J 10 А/с.м ;

длительность импульса г 12 не;

частота повторения импульсов менялась от одиночных до 256 Гц.

Исследуемые образцы чистых минералов, а также горных пород устанавливались на расстоянии 1 метр от источника электронов.

Исследовали белый (кальцит), красный (кальцит с хлоритом) и черный (кальцит + кальцигс гематитом) мраморы. При облучении их электронным пучком возбуждались:

голубая полоса люминесценции в белом мраморе, желто-оранжевая - в красном мраморе и красная в черном мраморе. Люминесценция возникает уже при облучении

одиночными импульсами, причем длительность люминесценции достигает 5 минут, а в импульсно-периодическом режиме с увеличением частоты повторения импульсов и времени экспозиции ее интенсивность и

длительность увеличивается.

Исследовали образцы природного кварца различной чистоты (из разных месторождений): чистый кварц, рудный кварц и кварц с примесью асбеста. Для возбуждения люминесценции в чистом кварце достаточно одного импульса электронного пучка. Спектральная полоса находится в голубой области. Для возбуждения люминесценции в рудном кварце требуется частота повторения импульсов более 100 Гц. При этом возникает голубая полоса люминесценции со смещенной длиной волны максимума интенсивности. Для возбуждения люминесценции в кварце с примесью асбеста

требуется частота повторения импульсов более 50 Гц. Для волны максимума интенсивности голубой полосы люминесценции смещается и в этом случае.

При облучении образца горной породы

спектр ее люминесценции состоял из характерных полос, соответствующих минералам, составляющих эту горную породу. В случае слоистой горной породы каждый слой люминесцирует в своей полосе. Наличие этих характерных полос позволяет проводить оперативный качественный анализ содержания минералов в образце данной горной породы и даже определить их месторождение. Способ дает возможность проводить и количественный анализ по интенсивности характерных полос люминесценции.

Формула изобретения Способ анализа; состава минералов и горных пород, включающий возбуждение электронным пучком люминесценции исследуемого образца, регистрацию его люминесценции и проведение анализа по спектральным характеристикам люминесценции с привлечением данных по эталонным образцам, отличающийся тем, что, с целью расширения круга анализируемый объектов путем обеспечения возмож- ности анализа минералов, не обладающих свойствами кристаллофосфоров, а также повышения информативности и оперативности анализа, люминесценцию возбуждают импульсным электронным пучком, парамет- ры которого выбирают из условий

jrft lmmax(oi)

где J,r, f - плотность тока, длительность и частота повторения импульсов электронного пучка, соответственно;

U - энергия электронов пучка.эВ;

t - время облучения образца;

Im и Um - минимальная глубина проникновения электронов пучка в материал образца и соответствующая ей энергия электронов;

р - пороговое значение плотности избыточного электронного заряда, инжектируемого в минерал сорта I на глубину проникновения |т, при котором в минерале возникает люминесценция;

макс( pi ) - максимальное, значение р для минералов, составляющих исследуемый образец, при этом величины lm и р находят экспериментально для эталонов.

Способ анализа состава минералов и горных пород включает возбуждение электронными пучками люминесценции минеров. При этом используют электронный пучок импульсно-периодического действия, параметры которого выбирают из соотношения, связывающего величины плотности тока, длительности импульса частоты повторения импульсов электронного пучка и энергии электронов в пучке.