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Mineralienbilder: Lumineszierende Mineralien
Lynx:
Krásnoit Ca3Al7.7Si3P4O22.9(OH)13.3F2·8H2O
Etwas unerwartet: Sämtliche(!) Krásnoit-Stücke vom Huberstock, CZ, die ich in meiner Sammlung habe, zeigen eine grüne Lumineszenz. Nachdem Krasnoit dort zusammen mit Apatit und gelegentlich Fluorit in Phosphatlinsen auftritt, ergeben sich hübsch leuchtende Ensembles: Krásnoit in grün, Apatit in einem dunklen Gelb und Fluorit blau - oder zuweilen sogar intensiv rot!
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Was leuchtet da? Ist es wirklich Krásnoit?
Dazu wurden mehrere Analysen durchgeführt, von denen ich hier eine vorstelle. Ganz besonderer Dank geht dabei an Joy Désor für dei REM/EDX Analytik und an Markus Noller für die Spektralmessung.
Das analysierte Stück sieht recht typisch aus für Krásnoit, sechsseitige Tafeln lagern sich zu Aggregaten zusammen. Im Foto ist dies nicht leicht zu sehen, da die weißen/transparenten Tafeln kaum Kontrast bieten. Schön sieht man dies im REM-Bild und tatsächlich auch im Lumineszenzbild.
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Die EDX-Analyse passt im Rahmen der Messgenauigkeit zu Krásnoit und schließt sicher den ähnlichen Iangreyit aus. Meine Abschätzung der empirischen Zusammensetzung ergab - auf Ca und Si Positionen - gerechnet aus den gezeigten Daten etwa
(Ca,Sr,Zn,Na,K)3Al6.8Si3P4.7Ond (22.9)(OH)nd (13.3)F1.5·8H2O
gegenüber der idealen Zusammenetzung
Ca3Al7.7Si3P4O22.9(OH)13.3F2·8H2O
Markante Abweichung liegen bei Al und P vor. Fluor ist in diesen Messungen leicht mit großem Fehler behaftet. Details sindim Analyseprotokoll ersichtlich. Das Lumineszenzspektrum zeigt deutlich eine Signatur, wie sie für Uranyl-Lumineszenz kennzeichnend ist.
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Viele Grüße, Martin
Lynx:
Synthetischer Granat
Weiter oben hatte ich angemerkt, dass die Granatstruktur hervorragend geeignet ist, um Leuchtzentren aufzunehmen. Tatsächlich gibt es eine lange Reihe von Verbindungen mit Granatstruktur, die auf ihre Eignung als Phosphor (Leuchtstoff) für allgemeine Beleuchtungszwecke oder Spezialanwendungen hin untersucht wurden. Ein paar wahllos herausgegriffene Beispiele:
Y3Al5O12:Ce3+ (1)
Gd3(Al,Ga)5O12:Ce3+ (1)
Tb3Al5O12:Ce3+ (1)
Ca3Sc2Si3O12:Ce3+ (1)
Ca2GdZr2(AlO4)3:Ce3+ (1)
Y3Sb2Al3O12:Ce3+ (1)
Ca3-xLuxHf2Al2+xSi1−xO12:Cr3+ (2)
(Y,Lu,Gd)3Ga5O12:Fe,Cr,Nd (3)
Ca3(Nb, Ga)2Ga3 O12:Nd3+ (4)
Li5La3Nb2O12:Eu3+ (5)
...
Da gibt es auch noch einige mehr, auch mit anderen Dotierungen wie z.B. Mn4+, Cr4+, Ni2+ oder Pr3+, Yb3+, Tm3+, Er3+, Ho3+. Steckbriefe einiger Phosphore auf Granat-Basis finden sich auf der Seite von Prof. Thomas Jüstel der FH Münster mit ihren Spektren und ein paar wichtigen Charakteristiken. Das Feld ist sehr groß, da werde ich hier nur einen kleinen Einstieg geben können.
Um das greifbarer zu machen, zeigen die nachfolgenden Bilder einen geschliffenen Kristall - YAG:Ce (Y3Al5O12:Ce3+). Unter Beleuchtung mit UV (ca 340 nm) aber vor allem unter Beleuchtung mit blauem Licht (460 nm) leuchtet YAG:Ce intensiv gelb (peak 560 nm, centroid 588 nm), cgl Ref 6. Dies macht diesen Leuchtstoff perfekt geeignet, um zusammen mit einer blauen LED eingesetzt zu werden: das Ergebniss sind die Weisslicht-LED, wobei weiß aus blau+gelb entsteht.
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Wie sieht es dazu bei natürlichem Granat aus?
Manganhaltiger Grossular, Ca3Al2Si3O12:Mn
Speziell von der Sierra de Cruces in Mexiko ist manganhaltiger Grossular bekannt, der mehr oder minder intensiv himbeerfarben auftritt (7). Ähnliches Material gibt es wohl auch von anderen Fundstellen, z.B. der Jeffrey Mine/Asbestos/Québec. Wenn nun Mangan in der richtigen Konzentration eingebaut ist und kaum durch Eisen beeinflusst wird, dann ergibt sich die pinke Farbe des Grossulars (durch zusätzliches Eisen orange-braun). Und dann kann dieser Granat leuchten. Dabei liegt die Mn-Konzentration über der des Eisens, ist aber dennoch eher gering, z.B.(Ref. 7): Ca2.94Mn2+0.1Al1.9Mg0.09Fe3+0.05Mn3+0.01Si2.97O12
Diese Zusammensetzung ist weit weg von Spessartin, Mn3Al2Si3O12. Nur weil die Konzentration des Mn geeignet klein ist - und der Beitrag von Fe noch kleiner - kann dieser Granat leuchten. Die folgenden Beispiele zeigen den lumineszierenden Grossular der Sierra de Cruces.
Mineralienbilder: Lumineszierende Mineralien
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Dabei kann in diesem Grossular sowohl das zweiwertige Mn (Mn2+), das auf einem Ca2+-Platz sitzt leuchten, als auch das Mn3+-Ion auf einem Al3+-Platz. Diese beiden Lumineszenzen unterscheiden sich deutlich (8): während Mn3+ eher tiefrot bei rund 658 nm leuchtet - und im UV angeregt werden kann -, leuchtet das Mn2+ Ion orange bei rund 608 nm, und wird auch bei 405 nm angeregt (vgl auch Ref 9). In den nachfolgenden Bilder lässt sich dies gut erkennen: links, Anregung bei UV 365 nm, Mitte: Anregung mit LD 405 nm und rechts der Grossular unter Weisslicht.
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Lynx:
Hallo zusammen
Scheelit
Vor kurzem bekam ich netterweise ein Spektrometer geliehen (vielen Dank!) - und habe auch ein bisschen herumprobiert. Dabei kommt man immer wieder auf interessante Sachen. Scheelit zum Beispiel. Einige Scheelite in meiner Sammlung leuchten je nach Anregungswellenlänge unterschiedlich: blauweiss, gelb und rot. Das hängt nicht so sehr am Fundort, meine Scheelite sind von der Grube Clara, Zinnwald und von Iragna/Tessin. Hier zeige ich Bilder des Stücks von Iragna als Beispiel.
Links oben Weisslichtbeleuchtung, daneben unter 255nm (LED), dann zweite Zeile links 365 nm (LED) und rechts 405 nm (LD).
Mineralienbilder: Lumineszierende Mineralien
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Die unterschiedlichen Farben kommen dadurch zustande, dass jeweils unterschiedliche Leuchtzentren (Aktivatoren) angeregt werden. Bei kurzwelligem Licht (255 nm) werden die WO42--Gruppen des Gitters direkt angeregt (und über Energietransfer auch weitere Seltenerdionen). Hingegen regt 365 nm sehr effizient Dy3+ an, was gelb emittiert. Und mit 405 nm erwischt man sehr gut eine Anregungsbande von Sm3+. Dieses Verhalten von Scheelit ist nicht untypisch - es finden sich auch Beispiele in der Literatur und im Netz.
Die Spektren der Seltenerdionen sind recht charakteristisch, Banden lassen sich daher häufig gut zuordnen. Hier nun die zugehörigen Spektren und nochmals eine Zusammenstellung. Weitere Beispiele finden sich bei Simone Conti oder www.fluomin.org sowie u.a. in Uspensky (1998), Brugger (2000), Czaja (2008), Gaft (1999; 2015).
Mineralienbilder: Lumineszierende Mineralien
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EDIT 11.Juni 2022: hier zeige ich die Rohdaten. Inzwischen habe ich die spektrale Empfindlichkeit meines AUfbaus gemessen, und kann nun entsprechend korrigierte Daten anbieten.
Viele Grüße
Martin
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Literatur:
- Uspensky, E., Brugger, J., & Graeser, S. (1998). REE geochemistry systematics of scheelite from the Alps using luminescence spectroscopy: from global regularities to local control. Schweizerische mineralogische und petrographische Mitteilungen, 78(1), 31-54.
- Brugger, J., Bettiol, A. A., Costa, S., Lahaye, Y., Bateman, R., Lambert, D. D., & Jamieson, D. N. (2000). Mapping REE distribution in scheelite using luminescence. Mineralogical Magazine, 64(5), 891-903.
- Czaja, M., Bodył, S., Głuchowski, P., Mazurak, Z., & Strek, W. (2008). Luminescence properties of rare earth ions in fluorite, apatite and scheelite minerals. Journal of alloys and compounds, 451(1-2), 290-292.
- Gaft, M., Panczer, G., Uspensky, E., & Reisfeld, R. (1999). Laser-induced time-resolved luminescence of rare-earth elements in scheelite. Mineralogical Magazine, 63(2), 199-210.
- Gaft, Michael, Renata Reisfeld, and Gerard Panczer. (2015) "Modern luminescence spectroscopy of minerals and materials." (Buch) Springer.
Lynx:
Hallo zusammen
Fluorit- Fortsetzung
In vergangenen Beiträge hatte ich schon zum Thema Fluorit geschrieben - und seither gezielt Stücke zusammengesucht und fotografiert. Das möchte ich Euch hier vorstellen.
Zunächst einmal die übliche blaue Lumineszenz (Sadisdorf) und zum anderen ein zweifarbig gelb und violettes Stück von Lauta, was auch unter UV 365 nm ebenfalls zweifarbig leuchtet - blau und rötlich-pink (ein weiteres Detailbild ist zugeordnet).
Mineralienbilder: Lumineszierende Mineralien
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Rote Lumineszenz bei Fluorit ist ungewöhnlich - aber bei genauer Betrachtung nicht so speziell auf einzelne Fundorte beschränkt. Berühmt dafür ist die Ojuela Mine in Mexico, Fundorte in Marokko und Spanien (u.a. Berbes) - aber auch von der Grube Clara ist mir rot lumineszierender Fluorit schon untergekommen. Als Ursache wird eine Form strahlungsinduzierter Leuchtzentren (die nicht mit der Ursache der violetten Farbe korrellieren) beschrieben, siehe Gaft et al. (2020). Hier ein Stück vom Huberstock und ein zweites von der Ojuela Mine (weitere Bilder sind zugeordnet).
Mineralienbilder: Lumineszierende Mineralien
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Beim sogenannten 'root beer fluorite' handelt es sich um Fluorit, der durch Einlagerung organischer Verbindungen gelb bis braun gefärbt ist - und stark weiss mit Einschlag von gelb oder blau luminesziert sowie merklich nachleuchtet. Die ersten Beispiele sind von Pint's Quarry, Iowa. Dieses Stück leuchtet bei kurzwelliger Anregung eher bläulich, unter 365nm eher weiss.
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Jenes vom Clay Center, Ohio, leuchtet durchgehend gelblich - sowohl bei 255nm, als auch noch bei 405nm Anregung (das Bild unter 365nm Anregung ist zugeordnet). Bemerkenswerter Weise finden sich auch farblose Fluorite auf dem Stück. Wie in den Bildern zu sehen ist, leuchten diese nicht!
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Lynx:
Hallo zusammen,
schon einmal hatte ich weiter oben Bilder von Mineralien von den Aris-Steinbrüchen in Namibia gezeigt. Hier kommt ein Nachschlag - viel Spaß beim Anschauen.
Fluorit, Natrolith, Makatit, Ellingsenit, Ellingsenit mit Villiaumit.
Bei diesen Ellingseniten handelt es sich möglicherweise um die F-haltige Form, vgl https://www.mindat.org/min-42944.html.
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