Fluoreszierender Uranophan???

[Wittichen]

Hallo Zusammen,

komme leider heute erst dazu den Autoren für die Arbeit zu gratulieren, besonders Markus der meine angeblichen Uranophan untersucht hat, besten Dank. Wenn sich das jetzt auch noch durch die EDX Untersuchung bestätigen läßt dann kann das neue Fundjahr in der Clara kommen.

Gruß
Reinhard

[Lynx]

Hallo zusammen

Die letzten Jahre haben Markus und ich daran weitergearbeitet, insbesondere haben wir uns die spektralen Auffälligkeiten von Uranophan-Alpha (Doppelpeak) angeschaut und dies mit den Variabilitäten der Spektren anderer Uranyl-Silikate verglichen. Jetzt liegt unser Ergebnis allgemein zugänglich (open access) und zitierbar vor.

Stark, M., & Noller, M. (2023). Spectral variability of the uranyl silicates uranophane-α and uranophane-β: polymorphism and luminescence. Physics and Chemistry of Minerals, 50(1), 1-18.  https://doi.org/10.1007/s00269-022-01225-2

Abstract: The luminescence of the uranyl cation UO22+ depends on the local crystalline environment and is sensitive to structural influences. Steady-state photoluminescence emission spectra of the related uranyl silicates uranophane-α, uranophane-β, sklodowskite and haiweeite from various locations are presented and discussed in the light of structure–property relation. The four mineral species were chosen for their close relationships: uranophane-α and uranophane-β are polymorphs and share the underlaying topology with sklodowskite. Haiweeite, with different topology, shares the composing elements Ca, U, Si, O with uranophane, while in sklodowskite Mg replaces Ca. All species show some variability in their spectra, parameterized as a variation of the centroid wavelength. Those variations are linked to defects and structural disorder, relevant in studies of uranyl speciation and migration. We present empiric spectra of the four mineral species with the least influence of structural disorder. As an unexpected feature, a prominent—partly dominating—double peak structure occurs in the case of uranophane-α only, while it is absent in the spectra of the other species. Considering a model of luminescent transitions in the uranyl ion in more detail, this observation is discussed in the light of the polymorphism of uranophane. We show evidence that variable amounts of uranophane-β phase embedded in uranophane-α are possibly at the origin of this spectral signature. Growth of those uranophane-β clusters might be induced by defects in the uranophane-α lattice and further promoted by the polymorphism of uranophane.

Grüße, Martin

[etalon]

Hallo zusammen,

jetzt möchte ich noch kurz etwas zu dem Spektrometer schreiben, welches wir für unsere Arbeit verwendet haben (da ich das ja im Threadverlauf mal versprochen hatte). Vielleicht interessiert es ja den einen oder anderen, da der Beginn des Ganzen ja im Threadverlauf auch zu verfolgen ist…

Angefangen hat das Ganze mit einem einfachen fliegenden Aufbau, wie er auch schon im Thread zu sehen war. Es hat sich aber schnell herausgestellt, dass das zwar für erste Tests und zum Rumspielen ganz nett war, aber nicht ausreichend ist, wenn man reproduzierbar und belastbar Messdaten generieren möchte, um eine Fragestellung zu bearbeiten.

So hat sich aus den kleinen Anfängen sukzessive mit den Ansprüchen an die Messaufgabe ein Epilumineszenzspektrometer mit optionaler Lightsheetanregung entwickelt, mit welchem wir die Messungen der Lumineszenzspektren durchgeführt haben. Der genaue Spektrometeraufbau ist im Paper beschrieben, daher möchte ich ihn hier nur noch etwas illustrieren, damit der Interssierte sich darunter auch etwas vorstellen kann.

Der gesamte Spektrometeraufbau sieht aus zwei Blickrichtungen so aus:

Fluoreszierender Uranophan???

Fluoreszierender Uranophan???

Die Fotokamera und die Unordnung gehören nicht dazu, die stehen da nur rum… 

Bei der Epilumineszenzanregung wird durch das selbe Objektiv mittels einer kondensierten UV LED bei 365nm angeregt, durch das auch das Messsignal wieder eingefangen wird. Der vergleichsweise große LED Chip leuchtet daher auch ein recht großes Probenvolumen aus. Das Messfeld wird daher vom Eingangsspalt des Spektrometers begrenzt. Über den kleinen Rechner sieht man das Bild der Einstellkamera. Das sieht in der Anwendung dann so aus:

Fluoreszierender Uranophan???

Bei der Verwendung der Lightsheetanregung wird mittels eines Lasers bei 405nm angeregt. Dies ermöglicht eine sehr punktuelle (kleinvolumige) Anregung der Probe und damit eine sehr hohe spatiale Auflösung der Messung. Das sieht in der Anwendung dann so aus:

Fluoreszierender Uranophan???

Bei einer Lightsheetanregung wird die Probe (meist) im 90 Grad Winkel zur Emissionsaufnahmeoptik in einem möglichst kleinen Bereich angeregt. Das sieht dann auf der Probe so aus:

Fluoreszierender Uranophan???

Und unter dem Spektrometer so:

Fluoreszierender Uranophan???

Wenn man sich das vergrößert über die Einstellkamera ansieht, dann sieht ein und der selbe Kristall an der selben Stelle angeregt in der Epilumineszenz so aus:

Fluoreszierender Uranophan???

Und mittels Lightsheetanregung so:

Fluoreszierender Uranophan???

Dadurch haben wir Spotgrößen von 3my - 5my erreicht, je nach Streuverhalten der Probe. (Funfact: Für die Einführung dieser Technik hat die Fa. Zeiss letztes Jahr den Innovationspreis der deutschen Bundesregierung, dotiert mit mehreren 100000 Euro, bekommen  )

Zur Ermittlung der spektralen Auflösung des Spektrometers haben wir die Emission von He und O2 bei Niederdruck gemessen:

Fluoreszierender Uranophan???

Soweit mal einen kleinen illustrierten Ausflug in die von uns verwendete Messtechnik zur spektralen Lumineszenzmessung. Diese hat mich durch die Verwendung von sehr kurzen Anregungswellenlängen des öfteren mal zur Verzweiflung gebracht. Man glaubt nicht, was da auf einmal relevant wird im Vergleich zu optischen Geräten für den visuellen Spektralbereich. Aber zu guter Letzt hat es dann doch alles geklappt. Der gesamte Aufbau ist exakt auf die Messaufgabe hin entwickelt, konstruiert und gebaut worden. Sowas gibts im Laden eher nicht zu kaufen… 

Mittlerweile ist das gesamte Spektrometer wegen Generalumbaus wieder komplett zerlegt (Bild siehe Anhang  ). Im Moment bin ich gerade dabei, ein konfokales Raman-/Lumineszenz-Simultanspektrometer zu entwickeln und zu bauen. Mit diesem sollen dann zukünftig spatial noch höher aufgelöste Messungen möglich sein, und zwar für Ramanspektren und Lumineszenzspektren zeitgleich für ein und den selben Messpunkt. Mal sehen, ob das dann alles so funktioniert, wie ich mir das vorstelle. Möglicherweise gibt es dann eine Fortführung unserer Arbeit…

Grüße Markus

[etalon]

Hallo zusammen,

einen kleinen Nachtrag habe ich noch gefunden:

Fluoreszierender Uranophan???

Das ist ein Haiweeit-Kristall, der auf ein Volumen von ca. 3-5 my^3 mit 405nm zur Lumineszenz angeregt wird. Der hat so hell luminesziert, dass man daneben bequem eine Zeitung hätte lesen können. Sowas hatte ich bis dato im Mineralreich noch nicht gesehen gehabt. 

Da ich das Bild ziemlich cool finde, wollte ich es euch nicht vorenthalten…

Wenn Interesse besteht, halte ich euch gerne auch über den neuen Spektrometerbau zu gegebener Zeit auf dem Laufenden.

Grüße Markus