Samarium, Sm2+ Sm3+Samarium kann - wie auch Europium - zwei und dreiwertig auftreten, wobei die dreiwertige Oxidationsstufe deutlich häufiger ist. Sm
2+ sorgt als Farbzentrum für grüne Färbung von Fluorit, gut erkennbar in Fluorit von der Mina Berta, El Papiol, Katalonien.
Zugleich emittiert Sm
2+ in Fluorit - bei Anregung mit blauen/grünen Licht - tiefrot bei rund 730 nm. Die Grafik zeigt die Emission von Sm
2+ zusammen mit anderen Leuchtzentren, welche für rote Emission in Fluorit verantwortlich sind.
In der dreiwertigen Form (Sm
3+) leuchtet Samarium typisch orange, wobei Sm
3+ mit einer scharfen Bande violett (d.h. um 405 nm) angeregt werden kann. Hingegen wird Sm
3+ von typischem UV 365 nm Licht kaum angeregt - weshalb diese eigentlich sehr häufige, orange Emission gerne übersehen wird. Es handelt es sich um eine Phosphoreszenz, da der strahlende Übergang eigentlich verboten, also mit einer Spin- oder Paritätsänderung verbunden ist. Die nachfolgende Grafik stellt die typischen Emissionsspektren von Sm
3+ in verschiedenen Mineralien zusammen, wobei Sm
3+ in Titanit ein deutlich abweichendes Spektrum aufweist.
Die Fotos einiger Mineralien zeigen unter Anregung mit 405 nm (Laser) das charakteristische Orange der Samarium Emission. Bei einige Mineralien kann zusätzlich ein weiteres Leuchtzentrum zur Farbe beitragen, z.B. Mn
2+ in Apatit oder weitere Seltenerd-Elemente z.B. in Scheelit, Zirkon oder Titanit.
Erste Reihe: Apatit, Apatit, Pyromorphit, zweite Reihe: Scheelit, Zirkon
Sm
3+ tritt in Apatit, Pyromorphit und Mimetesit auf, aber auch in Scheelit, Titanit, Zirkon, Monazit, Cerussit, Calcit... Für Apatit zeigte sich, dass Samarium nahezu genauso häufig für Lumineszenz sorgt (auch zusammen mit Ce
3+) wie Mn
2+ (gelbe Emission) - und eben auch zusammen mit Mn
2+.
Die Überlagerung der orangen mit einer blauen Emission z.B. von Ce
3+ ergibt einen pink-rosa Farbeindruck. Dies lässt sich gelegentlich bei Apatiten beobachten, zum Beispiel bei diesem Apatit von Steinbruch Ernst & Kubischek, Grub.
links: Anregung 255nm (Ce
3+ und Sm
3+), rechts: Anregung 405 nm (spezifisch Sm
3+)
Ein weiterer, sehr interessanter Aspekt ist - speziell in Fluorit - der Redox-Übergang Sm
2++ hν -> Sm
3++e
- der durch energiereiches Licht (repräsentiert durch den Term hν) ausgelöst werden kann. Dies beschreibt letztlich einen Grund, wie grüner Fluorit unter Bestrahlung mit Licht ( z.B. am Fenster) ausbleichen kann. Dies Reaktion (und auch die umgekehrte Reaktion)spielt ebenfalls bei Thermolumineszenz von Fluorit eine Rolle
(*
).
(*
) Sm
2+->Sm
3++e
- in Fluorit
- Kempe, U., Plötze, M., Brachmann, A., & Böttcher, R. (2002). Stabilisation of divalent rare earth elements in natural fluorite. Mineralogy and Petrology, 76, 213-234.
-
https://www.mindat.org/mesg-634264.html Bei Interesse kann ich dieses Thema auch detaillierter ausführen.
-- ein bisschen Literatur --
Gaft M., Reisfeld R., Panczer G.: Modern Luminescence Spectroscopy of Minerals and Materials, Springer Verlag; 2. Auflage 2015.
Czaja, M., Bodył-Gajowska, S., Lisiecki, R., Meijerink, A., & Mazurak, Z. (2012). The luminescence properties of rare-earth ions in natural fluorite. Physics and Chemistry of Minerals, 39(8), 639-648
Waychunas G.A., Apatite Luminescence, Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 48 (1) p701-742 (2002), DOI: 10.2138/rmg.2002.48.19.
John Rakovan: Fluorescence Zoning: Examples in Apatite. Rocks & Minerals Volume 97, Nr. 1 (2022) S. 36-47.
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), 290-292.
Henrik Friis, Adrian A. Finch, C. Terry Williams, John M. Hanchar: Photoluminescence of zircon (ZrSiO4) doped with REE3+ (REE = Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er). Physics and Chemistry of Minerals 37 (2010) S.333-342
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