KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL

UNIVERSITAS HASANUDDIN

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK GEOLOGI

TUGAS MINERAL OPTIK

OLEH:

HERYDICTUS FRIDOLIN

D61109006

MAKASSAR

2011

Mineralogi OPTIK

Mickey E. GunterDepartemen Geologi dan Teknik GeologiUniversity of Idaho, Moscow, Idaho

I. CahayaII. Mikroskop polarisasi cahaya dan sampel geologiIII. Indeks bias dan pengukurannyaIV. Optical kelas - teori indicatrixV. Hubungan sifat optik untuk kimia kristalVI. Kemajuan metode mineralogi optik

Glosari

Anisotropik mineral : mineral dengan lebih dari satu pokok indeks bias.

Birefringence : Perbedaan matematis antara yang terbesar dan indeks refraksi terkecil untuk anisotropik mineral.

Diaksial mineral : mineral dengan tiga indeks bias utama dan dua optik sumbu. Indicatrix adalah sebuah triaxial ellipsoid.

Dispersi : Perubahan properti optik dengan panjang gelombang.

Indicatrix : Permukaan tiga dimensi yang menggambarkan variasi indeks bias dengan hubungan getaran arah cahaya insiden.

Isotropik mineral : mineral dengan indeks bias yang sama terlepas dari arah getaran. Indicatrix adalah sebuah bola.

Optik kelas : Salah satu dari lima kelas mungkin (indicatrices berbeda) untuk yang mineral dapat dimasukkan: isotropik, uniaksial + / -, Atau biaksial + / -.

Optik orientasi : Hubungan antara mineral-mineral sumbu kristalografi dan optik indicatrix.

Pleochroism : Sifat menunjukkan warna yang berbeda sebagai fungsi arah getaran.

Pokok bias Indeks : Untuk isotropik -n mineral, untuk mineral uniaksial – ε dan ω, untuk mineral biaksial - α, β, dan y.

Uniaksial mineral : mineral dengan dua indeks bias pokok dan satu sumbu optik. Indicatrix adalah yang tersebar luas atau oblate ellipsoid.

Mineralogi Optik - studi tentang interaksi cahaya dengan mineral, paling sering terbatas pada cahaya tampak dan biasanya lebih lanjut terbatas pada mineral non-opak. Mineral Buram lebih umumnya dipelajari di cahaya yang dipantulkan dan studi yang umumnya disebut bijih mikroskop - menyinggung mineral opak banyak fakta juga merupakan mineral bijih. Aplikasi yang paling umum dari mineralogi optik adalah untuk membantu dalam identifikasi mineral, baik di bagian batuan tipis atau individu mineral butir. aplikasi lain terjadi karena optik sifat-sifat mineral yang berhubungan dengan kimia kristal mineral - misalnya, komposisi kimia mineral, struktur kristal, order/gangguan. Dengan demikian, saling berhubungan, dan korelasi yang mungkin antaranya dan beberapa properti optik. Hal ini sering memungkinkan pengukuran optik sederhana dengan mikroskop petrografi (mikroskop polarisasi) yang dapat menghasilkan informasi penting tentang beberapa aspek kristal kimia mineral yang diteliti.

I. Cahaya

A. Teori Cahaya

Cahaya dapat dianggap baik sebagai fenomena gelombang (Teori elektromagnetik) atau fenomena partikel (teori kuantum), tergantung pada proses fisik yang diteliti. Dalam mineralogi optik kedua bentuk cahaya yang digunakan untuk sepenuhnya menjelaskan interaksi cahaya dengan mineral. Kisaran dan warna cahaya tampak yang didefinisikan dalam istilah panjang gelombang: ungu (390-446 nm), indigo (446-464 nm), biru (464-500 nm) oranye, hijau (500-578 nm), kuning (578-592 nm), (592-620 nm), merah (620-770 nm). Terlihat cahaya biasa disebut sebagai 400-700 nm. Rentang ini agak sewenang-wenang berdasarkan variasi dalam individu mata kepekaan.

Teori gelombang cahaya menjelaskan cahaya sebagai gelombang longitudinal,

dengan arah propagasi dan arah transfer energi yang tegak lurus. Dalam mineralogi optik arah propagasi disebut sebagai jalur sinar dan arah transfer energi sebagai arah getaran. Hubungan geometris antara jalan ray, arah getaran, dan mineral merupakan

satu bagian utama dari optik studi tentang mineral, pada dasarnya merupakan fenomena optik geometris. Hasil dari teori gelombang yang digunakan untuk menjelaskan bagaimana cahaya yang dibiaskan oleh mineral. Beberapa teknik untuk pengukuran sifat optik mineral menggunakan pengamatan pembiasan cahaya.

Teori partikel cahaya menjelaskan terdiri dari foton energi berbeda dengan energi ini berkaitan dengan panjang gelombang dalam teori elektromagnetik. Sebuah uraian dari interaksi foton dengan elektron ikatan dalam mineral dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena seperti indeks bias, warna, dan pleochroism, dan untuk menginterpretasikan spektroskopi studi.

B. Polarisasi cahaya

Teori elektromagnetik cahaya digunakan untuk menjelaskan fenomena polarisasi. Ada empat jenis cahaya terpolarisasi: acak, pesawat, ingkaran dan elips. Plane terpolarisasi adalah bentuk yang paling penting bagi Studi mineral. Namun, bentuk lingkaran dan elips menjadi penting dalam studi lebih lanjut. Ingat bahwa arah perpindahan energi tegak lurus terhadap propagasi untuk sebuah sinar cahaya. Dalam plane terpolarisasi transfer arah energi cahaya (arah getaran) dibatasi untuk plane yang sejajar dan bertepatan dengan path ray (Gambar 1). Plane terpolarisasi cahaya digunakan untuk studi anisotropik kristal karena arah getaran cahaya dapat dibuat sejajar dengan arah tertentu dalam kristal.

II. Mikroskop polarisasi cahaya dan sampel geologi

Banyak perbedaan model dari mikroskop polarisasi cahaya (PLMs), mulai dari harga beberapa ratus dolar sampai beberapa puluh ribuan dolar. Namun, desain dasar dari PLM cukup sederhana dan tetap tidak berubah selama bertahun-tahun. Gambar 2 menunjukkan ilustrasi skematis PLM dengan jumlah minimal komponen untuk pekerjaan rutin mineralogi optik. Contoh mineral ditempatkan pada tahap rotatable untuk pengamatan di plane terpolarisasi cahaya. Sampel mungkin diputar sehingga cahaya terpolarisasi akan bergetar sepanjang arah yang berbeda dalam kristal. Polarizer lain, di sudut kanan ke polarizer rendah, dapat dimasukkan dan ditarik dari mikroskop. Ketika atas polarizer dimasukkan, sampel mineral sedang dilihat antara menyeberang polarizer. Dengan tidak ada sampel atau isotropik yang hadir, cahaya tidak akan terlihat karena polars disilangkan. Namun, jika mineral acak anisotropik berorientasi dimasukkan, kristal akan muncul dan akan punah (gelap) setiap rotasi 90 ° panggung. Pada dasarnya, PLM yang tidak lebih dari dua lembar

polarizer arah getaran yang tegak lurus dengan kemampuannya ditambahkan ke memperbesar gambar. Juga ditunjukkan pada Gambar 2 adalah sebuah aksesori yang dibuat dari berbagai jenis pelat anisotropik yang dapat dimasukkan ke dalam cahaya kereta api. Pengamatan dilakukan sebelum dan sesudah penyisipan pelat ini memberikan informasi berharga mengenai karakteristik optik mineral yang diteliti.

Sistem lensa Sub memberikan dua tipe dasar cahaya ke sampel. Untuk pencahayaan orhtoscopic, sinar cahaya yang meninggalkan Sub sistem lensa sejajar dengan sumbu optik mikroskop. Ini adalah "Normal" melihat kondisi. Dalam pencahayaan conoscopic, sinar meninggalkan Sub-sistem tidak lagi paralel tetapi merupakan kerucut terbalik yang titik (fokus) adalah pada sampel. Conoscopic pencahayaan digunakan untuk amati angka gangguan mineral. Dari angka-angka ini sistem kristal mineral biasanya dapat didirikan, dengan demikian, angka-angka ini sangat membantu dalam identifikasi mineral.

Ada tiga jenis sampel yang umum dalam belajar di PLM di geologi. (1) Bubuk mineral dalam kisaran ukuran 0,07-0,15 mm untuk digunakan dalam metode perendaman. (2) kristal tunggal mineral sekitar 0,03-3,0 mm untuk digunakan pada tahap poros. (3) Batu tipis bagian, dibuat dengan memotong, menggiling, dan polishing sepotong batu terpasang pada slide mikroskop untuk ketebalan 0,03 mm. Bagian tipis yang jauh yang paling umum menggunakan mineralogi optik di geologi. Mereka digunakan oleh petrologists untuk mengidentifikasi mineral ini, tekstural mereka hubungan, untuk mengklasifikasikan batuan, dan untuk mencari mineral untuk microprobe analisis.

III. Indeks bias dan pengukurannya

A. Indeks bias

Indeks bias (n) adalah properti fisik dari mineral matematis didefinisikan sebagai:

n= V vV m

mana, n = indeks bias mineral ay = kecepatan cahaya dalam ruang hampavm = kecepatan cahaya dalam mineral

Ada tiga poin penting yang diperoleh dari pemeriksaan Persamaan 1. (1) Indeks bias vakum adalah 1,0. (2) Indeks bias adalah unitless nomor. (3) Karena kecepatan cahaya tidak bisa melebihi yang di kekosongan (3x108 m / s), indeks bias bahan lebih besar dari 1. Dalam pekerjaan rutin kecepatan cahaya di udara digantikan dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa dalam Persamaan 1. Ini hanya sebesar kesalahan kecil karena indeks bias dari udara sekitar 1,0003.

Indeks bias biasanya meningkat ketika perubahan dari gas ke cair ke padat. Teori kuantum cahaya digunakan untuk menjelaskan perubahan indeks bias. Indeks bias lebih besar dari satu karena sebagai foton yang memasukkan mineral mereka yang diperlambat oleh interaksi dengan elektron. Foton lebih diperlambat saat bepergian melalui materi, semakin besar indeks bias bahan. Umumnya, setiap mekanisme yang meningkatkan kerapatan elektron dalam suatu material juga meningkat indeks bias. Misalnya, meningkatkan kepadatan material biasanya meningkatkan indeks bias. Namun, indeks bias juga erat berhubungan dengan ikatan. Secara umum, senyawa ion yang mempunyai nilai lebih rendah n daripada yang kovalen. Dalam elektron kovalen lebih boning sedang bersama oleh ion dari dalam ikatan ionik, dengan demikian, elektron lebih banyak didistribusikan melalui struktur dan memperlambat mereka berinteraksi dengan foton. Dengan demikian, perubahan dalam indeks bias berhubungan, meskipun sangat rumit, saat ini belum sepenuhnya dipahami, cara untuk interaksi cahaya insiden itu foton dan ikatan elektron material.

B. Cahaya bias

Geometris, cahaya bergerak melalui kristal dengan insiden dan memancarkan sinar menurut Hukum Snell, secara matematis ditulis:

ni sin (θi) = nt sin (θt)mana, ni = indeks bias media insiden nt = indeks bias media transmisi qi = sudut datang qt = sudut transmisi atau pembiasan

Sebagian besar ilmu optik fisik dan ray tracing didasarkan pada formula. Dengan menganalisis Persamaan 2 berikut ini dicatat. (1) Setiap sinar di kejadian normal ke bahan indeks bias yang berbeda akan ditransmisikan tanpa penyimpangan apapun (ray 1, Gambar 3). (2) Bila baik insiden dan media transmisi memiliki indeks bias yang sama, insiden dan sudut transmisi adalah sama. (3) Untuk kasus umum, ketika

sudut insiden tidak 0 ° dan indeks bias untuk dua bahan yang tidak sama, sinar dibiaskan dan sudut bias dapat ditemukan dari Persamaan 2 (ray 2, Gambar 3). (4) Ada beberapa sudut di ray insiden yang dibiaskan pada 90 °; ini dinamakan bias total dan digunakan dalam refractometery untuk menentukan indeks bias yang tidak diketahui (Ray 3, Gambar 3). Sudut di mana total refraksi terjadi disebut sudut kritis.

Setiap sinar insiden, sebelum sudut kritis tercapai, memiliki tercermin serta sebagian ditransmisikan. Untuk komponen tercermin, sudut refleksi sama dengan sudut datang. Untuk kedua sinar intensitas dan sifat polarisasi juga dapat dihitung (Gunter, 1989). Hukum Snell ditaati oleh semua bahan isotropik, namun tidak ditaati untuk orientasi acak material anisotropik.

C. Dispersi

Indeks bias dari suatu bahan tergantung pada panjang gelombang ringan dan dapat ditulis secara matematis:

n = f (λ)

mana, n = indeks bias mineral λ = panjang gelombang cahaya

Perubahan indeks bias adalah dispersi disebut dan grafis ditunjukkan pada Gambar 4. Kurva berani memiliki lereng curam dan menunjukkan sebuah dispersi yang lebih besar daripada kurva ringan. Secara umum, dispersi dari cair lebih besar daripada yang solid. Juga, secara umum, semakin tinggi indeks bias bahan semakin tinggi dispersi.

Untuk pengukuran optik kuantitatif perlu mencari matematika sesuai dengan data, seperti pada Gambar 4. Beberapa hubungan, baik teoritis dan empiris, telah diusulkan untuk mengkuantifikasi hubungan di Persamaan 3. Persamaan Cauchy (Persamaan 4) adalah salah satu seperti persamaan.

n=C 1C 2λ 2

+ C 3λ 4

mana, n = indeks bias λ = panjang gelombang cahaya

Cn = nilai yang diperoleh dari regresi

Pelangi, diciptakan dari tetes hujan, atau prisma kaca contoh dispersi. Indeks bias air, atau kaca, menurun dengan panjang gelombang (seperti kurva pada Gambar 4). Lampu Putih terdiri dari panjang gelombang cahaya yang berbeda, dan setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda. Penerapan Hukum Snell (Persamaan 2) menunjukkan bahwa sudut yang berbeda bias terjadi untuk berbagai warna cahaya. Dengan demikian, karena optik dispersi dan geometris dari Hukum Snell, warna pelangi yang mudah dipahami. Lampu merah, dengan indeks bias terendah, dibiaskan paling sedikit dan terjadi pada luar pelangi. cahaya Violet, dengan indeks bias tertinggi, adalah dibiaskan yang paling dan terjadi pada bagian dalam pelangi.

D. Pengukuran indeks bias

Ada dua metode umum untuk mengukur indeks bias senyawa transparan: (1) pengukuran langsung dari sudut refraksi sebagaimana ditemukan dalam Hukum Snell atau (2) perbandingan yang tidak diketahui indeks bias bahan untuk yang dikenal. Metode pertama adalah rutin digunakan untuk menentukan indeks bias cairan dan sampel padat yang lebih besar (Lebih besar dari 1 mm) dan telah dibahas di atas, dengan rincian di bawah ini, pada Surat aplikasi untuk sampel anisotropik. Sedangkan metode yang terakhir ini lebih sering digunakan untuk menentukan indeks bias sampel kecil (Kurang dari 1 mm). Metode perbandingan dikembangkan awal abad ini dan telah menjadi dikenal sebagai metode perendaman. Dalam hal ini metode sampel padat indeks bias diketahui ditempatkan dalam cairan indeks bias yang diketahui. Dengan pengamatan mikroskopis, dijelaskan kemudian, cairan tersebut adalah "disesuaikan" sampai indeks bias yang cocok dengan yang padat, sehinggamenentukan indeks bias yang tidak diketahui.

Metode perendaman bekerja atas dasar pembiasan cahaya sinar sebagaimana

didefinisikan dalam UU Snell. Ketika indeks bias (nl) cair dan padat (ns) adalah sama, tidak ada bias dari sinar cahaya, pada dasarnya membuat sampel tidak kelihatan (orang tak terlihat memiliki kemampuan untuk mengubah indeks bias nya dengan udara, sehingga menjadi tidak terlihat, tetapi bagaimana dia lihat?). Ketika ada perbedaan besar antara indeks bias sampel dan cair, cahaya dibiaskan saat memasukkan dan meninggalkan kepadatan. Pembiasan gelombang ini membuat sampel.

terlihat. Kata "bantuan" digunakan untuk semi-kuantitatif menandakan perbedaan antara indeks bias padat dan bahwa dari cairan. Sampel pada atau dekat pertandingan yang memiliki relief rendah, sementara mereka jauh dari pertandingan memiliki relief

tinggi. Ketika ns <nl sampel memiliki relief positif; ketika ns> nl sampel memiliki relief negatif.

Mineral relief adalah mineral diamati dalam sayatan tipis identifikasi. Para epoxy memegang bagian tipis ke slide memiliki indeks bias sekitar 1,55. Mineral dalam sayatan tipis dengan indeks bias dalam + / - 0,04 akan memiliki rendah positif / negatif relief. Mineral dengan indeks bias dalam kisaran + / - 0,04-0,12 akan telah sedang positif / negatif bantuan, sementara mereka dengan indeks bias di atas + / - 0,12 akan memiliki tinggi positif / negatif relief.

Metode garis Becke adalah teknik yang paling umum digunakan untuk menentukan kecocokan antara nl dan ns di metode perendaman. Kristal direndam dalam cairan antara slide kaca dan sebuah coverslip. Setelah memperoleh pandangan terfokus kristal di bawah mikroskop dalam polikromatik cahaya, mikroskop sedikit de-difokuskan oleh rak yang tahap ke bawah. Dua garis, satu terang dan gelap,kelihatan muncul di sekitar batas. Gerakan garis cahaya Becke ke materi yang memiliki indeks bias lebih besar. Pada dasarnya, biji-bijian yang berfungsi sebagai lensa di cair. Ketika ns <nl, kelihatan bertindak sebagai lensa cembung, pembiasan cahaya ke pusat butir ini - Becke cahaya pindah ke munculan. Ketika nl> ns, kelihatan bertindak sebagai lensa divergen, mengirimkan baris Becke terang ke cairan. cair lain yang dipilih berdasarkan temuan sebelumnya observasi, dan proses mengurung padat dengan cair terus sampai garis Becke menjadi berwarna, dimana pada saat itu Strategi lain digunakan.

Garis Becke menjadi berwarna ketika dispersi kurva untuk terlihat berpotongan cair dan padat. Titik persimpangan menandai panjang gelombang tepat kecocokan adalah indeks bias cairan dan padat adalah sama. microscopist biasanya mencoba untuk menentukan Indeks bias pada 589,3 nm, spektrum garis yang dihasilkan oleh gas natrium debit bohlam. Kecocokan ini ditemukan ketika baris Becke yang memasuki butir menjadi langit biru dan garis oranye-kuning lainnya memasuki butir. Sebuah perkembangan seluruh warna terjadi, tergantung pada titik persimpangan dari dua kurva.

Metode variasi ganda merupakan perbaikan pada teknik di atas. Dengan itu, dan observasi hati-hati, indeks bias dapat diperoleh dengan akurasi dan presisi dari +/- 0.0001.”Ganda” berasal dari kontrol mikroscopist yang sudah berakhir kedua panjang gelombangcahaya dan temperatur dari cairan. Seperti ditunjukkan dalam gambar 4. Indeks bias berkurang dengan panjang gelombang. Dalam metode ini monochrometer yang digunakan dan panjang gelombangyang tepat dimana garis Becke hilang dapat ditemukan. Juga indeks bias berkurang dengan meningkatnya suhu. Untuk bahan perubah ini secara matematis ditulis sebagai dn/dt. Dn/dt untuk cairan adalah beberapa kali lipat lebih besar dari padatan. Dengan menaikkan beberapa cairan satu derajat celcius, perubahan besar terjadi pada indeks bias, sementara indeks bias kristal itu tidak siknifikan berubah. Dengan membuat kecocokan panjang gelombang yang terjadi pada suhu yang berbeda, ketetapan penentuan indeks bias ditingkatkan. Ini adalah metode memilih, digabungkan dengan penggunaan tahap proses (dibahas dibawah) untuk mendapatkan data optik yang akurat dan tepat pada kristal tunggal.

IV. Optical kelas - teori indicatrix

A. Optical kelas: isotropik vs mineral anisotropik.

Mineral dibagi menjadi sakah satu dari enam sistem kristalografi dasar pada simetri mereka: kubik, heksagonal, tetragonal, orthorombik, monoklin, atau triklin. (lihat Bloss (1971) untuk presentasi sistem kristal yang sangat baik). Mineral juga dibagi kedalam kelas dasar optik terhadap perilaku mereka. Ada dua kelas opit yang luas: Isotropik dan anisotropik, mineral anisotropik kemudian dibagi lagi menjadi kelas uniaksial dan biaksial, cahaya yang tak terpolarisasi tetap tak terpolarisasi menjadi dua bidang yang saling tegak lurussetelah melewati mineral aniostropik.

Ada hubungan langsung antara kristalografi dan kelas optik (yaitu, ada hubungan antara struktur kristal dan interaksi cahaya).