矿物鉴定identification of mineral

矿物种类的鉴别和测定。常用X射线衍射，红外吸收光谱，差热分析和化学分析等。各种方法都有其特长和弱点，需要互相配合和补充。从X射线衍射谱可知矿物的结构类型和有序度，限于结晶质矿物的鉴定；红外吸收光谱则从原子团的振动型式提供结构信息，不论结晶状态如何。差热分析是一种古老的方法，适用于结晶质或非晶质的含水层状硅酸盐，铁铝氧化物和碳酸盐的鉴定，只能作为辅助手段；化学分析则用来区分结构相同而成分不同的矿物。以上这些方法所提供的都是整个样品的平均结果，要想了解样品内部的微区差异，还要借助于能直接观察矿物微观形貌的电子显微镜照相和能进行微区化学分析的电子显微术。
X射线衍射分析 X射线的波长为10^-3厘米数量级的电磁辐射，介于紫外线和γ射线之间，在X射线照射下，每种结晶质矿物都能产生具有各自特征的衍射谱。根据衍射谱上特征峰的位置、形状和相对强度，可获得有关矿物种类、丰度和晶体结构方面的信息。此法采用粉末衍射技术，其灵敏度除仪器因素外，还随矿物的化学成分和晶体结构类型而异。结晶质矿物内部各种原子在三维空间作有规则的周期性重复排列（常称为晶格），构成各种各样的原子面，其中以等间距作平行排列的许多相同原子面称为晶体面网，在晶体学上用带圆括号的hkl来表示。h、k和l分别是该面网与单位晶胞的三根轴相交的截距系数的倒数比值。晶体面网间距与X射线的波长数量级相同，矿物鉴定时应根据需要选用铜、钴、铁等作为靶（阳极）的X射线管所产生的特征X射线，其波长随靶的金属元素而定。当一束平行的特征X射线投射到矿物晶体上时，晶体面网就象光栅一样使它产生衍射，使辐射的强度在某些方向得到加强，在另一些方向相消。布拉格(W.L.Bragg)把三维晶格当作一组等间距的平行面网来处理（如图），阐明晶体产生衍射的条件是X射线在相邻面网上反射的光程差须是波长γ的整数(n)倍：2dsinθ=nλ。式中d是面网间距，θ是入射线或反射线与面网平面的夹角。对某一组面网来说，可能

将面网的衍射当作反射的条件

产生衍射的θ角数目有限，即n个。矿物鉴定时利用X射线衍射仪发射出的波长单一特征X射线照射晶体粉末，让足够多的各组面网能同时各以所需的θ角产生衍射。衍射的强度取决于：❶有关原子在单位晶胞中的位置，原子的散射因子和热振动；
❷入射线的波长和强度；
❸矿物含量和对X射线的吸收；
❹仪器和实验条件。进行矿物鉴定时，将X射线衍射仪所得的衍射谱上各衍射峰的d值和相对强度与标准矿物的衍射谱相对比，或与粉末衍射标准联合委员会(JCPDS)颁布的标准数据对照。低角度区的几个特征衍射峰必须相符，衍射角(2θ)相差不应超过0.2°。层状硅酸盐矿物的底面衍射(001)是矿物鉴定的特征衍射，其它衍射(hkl)并不重要。土壤粘粒中的层状硅酸盐粒度细，结构有序度低，衍射峰宽而弱，d值常因同晶置换而改变。土壤中常见层状硅酸盐矿物的最强特征衍射峰，在镁离子饱和、乙二醇吸附和钾离子饱和后经550℃加热2小时后的d值简列于下表。

几种主要粘土矿物在不同处理下的d值(A)

	Mg2+饱和	Mg2+—乙二醇	K+-550℃
高岭石 埃洛石 水云母 坡缕石 蛭 石 绿泥石 蒙皂石	7.2 10.1 10.0 10.5 14.3 14～14.6 15.4	7.2 10.7 10.0 10.5 14.3～16.3 14.0～14.6 17	消失 消失 10.0 10.5 9.6～10 13.8 9.9

注：10A=1nm
红外吸收光谱分析 红外线是波长比可见光长的电磁辐射。其中波长在2.5～25微米(波数为4000～400厘米-¹)的中红外区适用于结晶质和非晶质矿物的鉴定和半定量分析，快速而无破坏性，也可用于矿物表面吸附现象的研究。构成矿物的各种原子始终在相对于键的平衡位置不断振动，振动的频率与红外线的频率数量级相同。当一束红外线照射到矿物上时，凡是能发生偶极矩改变的振动，如弯曲振动和不对称伸缩振动，都能吸收频率相当的红外线。将透过矿物试样的红外线用棱镜或光栅予以分光，测量不同波长处的辐射强度，以入射线的波长（或每厘米的波数）为横坐标，以透过百分率为纵坐标绘成曲线，就得到这种矿物的红外吸收光谱图。由吸收峰的位置和形状可推测某种键的某种振动。样品的纯度、粒度、颗粒取向和结构有序度都会影响图谱。判别层状硅酸盐八面体类型时须用取向薄膜试样。各种矿物的红外吸收图谱上都有数目、形状、位置和强度不同的吸收峰，可与标准图谱对比作出鉴定。根据不受干扰的特征吸收峰的相对强度则可作半定量分析。
差热分析 也称差示热分析，是利用矿物的热效应来鉴定土壤粘粒中结晶质和非晶质矿物的 一种热分析法。
矿物在加热过程中，常伴随着物理性质、化学性质和物质结构的变化而产生吸热或放热效应。把土壤粘粒试样与某种在加热温度范围内不发生热效应的物质（参比物），一起在同等条件下等速加热时，两者之间会出现温度差。以加热温度(T)为横坐标，以温度差(△T)为纵坐标所作的记录称为差热曲线。曲线上的峰和谷分别表示放热(△T>0)和吸热(△T<0)。峰谷的形态和出现的温度范围随矿物种类而异，其面积大小随热效应的强度而定，因而可作为矿物含量的量度。差热分析受诸多因素影响： ❶试样和参比物的粒度、用量、装填松紧度不同会使基线倾斜，
❷试样用参比物稀释虽可使它与参比物的物理性质接近，但导至峰值改变，
❸升温速率严重影响峰值，
❹交换性阳离子类型和吸湿水对有些矿物的吸热效应影响很大，把粘粒试样先放在储有硝酸镁饱和液的密闭容器中达水分平衡，可减轻空气相对湿度的不良影响，
❺有机质的氧化会掩盖200～500℃间的热效应，通氮气或其他惰性气体可抑制氧化作用，等等。总之，影响差热曲线的因素太多，鉴定土壤矿物时，最可靠的办法是用实验室自制的一套标准矿物差热曲线加以对比。
化学分析 以化学分析方法测定矿物中各个元素的含量，计算成氧化物如SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、MnO₂等，然后按矿物的组成特点，计算出各种矿物的大致含量。通常用以核对其他分析方法测出的结果。化学分析方法还利用化学选择溶解技术测定不同矿物及其各种形态。（见氧化物矿物）