Автор - проф. Пущаровский Дмитрий Юрьевич.
Курс читается в 3 семестре для студентов специальности 011300 - геохимия.
Объем курса -72 часа, лекции - 36 часов, лабораторные занятия - 36 часов.
Форма контроля. Проверка домашних заданий, контрольные работы и коллоквиумы по завершенным темам; курс завершается зачетом.
Перейти на официальную страницу курса
Аннотация.
Цель курса - получение студентами теоретических знаний и практических навыков по использованию рентгенографических методик для диагностики минералов, а также для исследования особенностей их состава и структуры. Курс включает следующие основные разделы: - краткие сведения о свойствах рентгеновских лучей; - физические основы дифракции рентгеновских лучей в кристаллах; - методы решения важнейших задач качественного и количественного фазового анализа минералов и используемая с этой целью аппаратура; - применение ретгеновской дифракции для решения современных проблем структурной минералогии: а) кристаллохимическая систематика минералов и характеристика основных её подразделений; б) исследование изоморфизма, полиморфизма и политипии в минералах (на примере представителей глин и полевых шпатов) и их петрогенетическое значение.
Содержание курса
Введение
Применение современных методов рентгенографии в изучении структуры кристаллов. Краткий обзор проблематики этих исследований.
Физические основы рентгенографии кристаллов
Открытие и свойства рентгеновских лучей. Сплошной и характеристический спектры. Рентгеновские трубки. Поглощение рентгеновских лучей и выбор рентгеновского излучения. Применение фильтров для монохроматизации рентгеновских лучей. Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах. Модель дифракции как отражения рентгеновских лучей от атомных плоскостей. Уравнение Брэгга-Вульфа.
Аппаратура и методы получения рентген-дифракционных спектров
Дифракционная картина при съемке в камере Дебая-Шерера и расчет рентгендифракционного спектра. Влияние размера частиц на дифракционную картину в камере Дебая-Шерера. Получение рентген-дифракционного спектра в камере Гондольфи. Современные рентгеновские аппараты и дифрактометры. Счетно-регистрирующее устройство в дифрактометре ДРОН-1. Выбор режима съемки. Ограничивающие и приемные щели рентгеновского гониометра. Управляющий комплекс дифрактометра ДРОН-УМ-1. Получение рентген-дифракционных спектров (программы "dron", "mid.exe", "spectr") и определение параметров элементарной ячейки в дифрактометре ДРОН-УМ-1.
Применение рентгенографии для решения задач качественного и количественного анализа кристаллов
Диагностика мономинеральных фаз и качественный рентгено-фазовый анализ смесей химических соединений и минералов. Определители фаз. Базы рентгеновских данных (программа "minerals"). Индицирование рентгеновских спектров (программы "ind" и "krist"). Рассеяние рентгеновских лучей атомом и системой атомов. Закономерные погасания дифракционных рефлексов. Определение федоровской группы и типа решетки Браве. Количественный фазовый анализ. Факторы, влияющие на соотношение интенсивностей рефлексов в полифазном образце. Определение соотношения фаз в двухкомпонентной смеси. Методы коэффициентов и внутреннего стандарта в количественном анализе. Современные методы рентгеновских исследований структурных превращений минералов при высоких давлениях и температурах. Знакомство с рентгеновской камерой высокого давления. Принципы кристаллохимии высоких давлений.
Применение рентгеновской дифракции для решения современных проблем структурной минералогии
Для а) кристаллохимической систематики минералов; б) изучения структурных перестроек в глубинных геосферах; в) исследования важнейших явлений в реальной структуре минералов - изоморфизма, полиморфизма, политипии, модуляции и др. Структурные типы простых веществ и самородных металлов. Наиболее распространенные структурные типы металлов. Плотнейшие упаковки в структурах металлов. Природные интерметаллиды. Правила валентно-электронной концентрации. Структуры неметаллов и полуметаллов IV-VII групп. Основные структурные типы галогенидов. Оксиды, гидрооксиды и их структурное подобие с галогенидами. Кристаллохимия минералов железо-марганцовых конкреций. Структурные типы, устойчивые в глубинных оболочках Земли. Основные компоненты SYNROC для поглощения радиоактивных отходов. Кристаллохимическая классификация сульфидов. Сульфиды с тетраэдрическими структурами. Структуры дисульфидов. Кластерные структуры сульфидов. Сульфиды неполновалентных элементов. Сульфосоли с тетраэдрическими структурами и с сульфосолевыми нитями. Структурные принципы силикатов. Главная концепция кристаллохимии силикатов. Основные подразделения структурной систематики силикатов. Рентгенографическая диагностика слоистых силикатов. Особенности ренгено-фазового анализа минералов групп каолинита, слюд, хлорита и монтмориллонита. Рентгенографическая диагностика состава щелочных полевых шпатов и плагиоклазов. Структурное состояние полевых шпатов и рентгеновские методы его определения. Силикаты глубинных геосфер. Генетическая кристаллохимия фосфатов. Сравнительная кристаллохимия силикатов и фосфатов. Кристаллохимическая систематика карбонатов и сульфатов. Смешанные комплексы в их структурах. Кристаллохимия боратов. Структуры с анионными комплексами из В-треугольников, В-тетраэдров и обоими типами BOn-полиэдров.
Лабораторные занятия
Знакомство с рентгеновской лабораторией и правилами техники безопасности. Приготовление мономинерального образца для съемки в камере Дебая-Шерера и получение рентген-дифракционного спектра. Обработка полученного спектра. Определение эффективного диаметра камеры. Расчет дебаеграммы кристалла кубической сингонии. Выделение a - и b -линий при расчете. Диагностика исследуемой фазы. Индицирование порошковых рентгенограмм и расчет параметров элементарной ячейки. Приготовление образца и получение рентген-дифракционного спектра в дифрактометре ДРОН-УМ-1. Счетно-регистрирующее устройство дифрактометра. Обработка и расчет дифрактограммы. Диагностика минерала средней категории. Приготовление образца с внутренним стандартом для съемки в дифрактометре ДРОН-УМ-1. Получение дифрактограммы полевого шпата. Диагностика двухфазного образца (образец предоставляется преподавателем). Использование метода коэффициентов для количественного анализа двухфазного образца. Рентгеновская диагностика основных групп слоистых силикатов (каолинита, слюды, монтмориллонита и хлорита). Методы рентгеновской диагностики состава полевых шпатов. Индицирование, расчет параметров элементарной ячейки и оценка структурного состояния полевых шпатов по методу Стюарта-Райта.
Литература
Основная
- Ковба Л.М., Трунов В.К. Рентгенофазовый анализ. М., МГУ, 1976.
- Крутова Г.И., Казаков В.И. Методические указания по исследованию глинистых минералов методом дифрактометрии. М., УДН, 1984.
- Пущаровский Д.Ю., Урусов В.С. Структурные типы минералов. М., МГУ, 1990.
- Рентгенография основных типов порообразующих минералов. /Ред. В.А.Франк-Каменецкий. Л., Недра, 1983.
- Руководство по рентгеновскому исследованию минералов. /Ред. А.Франк-Каменецкий. Л., Недра, 1976.
- Рентгенография минералов. Пущаровский Д.Ю. Геоинформмарк, Москва, 2000 г., 292 стр.
Дополнительная
- Васильев Е.К., Нахмансон М.С. Качественный рентгено-фазовый анализ. Новосибирск, Наука, 1986.
- Липсон Г., Стипл Г. Интерпретация порошковых рентгенограмм. М., Мир, 1972.
Статья
Обсуждение