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荧光与磷光在紫外灯下分:撤灯后有无余辉是分界

暗室里紫外灯扫过一盘标本,几块忽然亮起蓝紫与黄绿,常被一律叫作会发光。把灯一关,有的随之全灭,有的还亮着一小会儿。前者是荧光,后者是磷光,分开它们的动作只有一个,就是看激发停止之后还亮不亮。

先看撤灯之后:立刻熄灭的是荧光,继续亮的是磷光

先看撤灯之后:立刻熄灭的是荧光,继续亮的是磷光。荧光在激发光照射时发光,撤去光源几乎同时停止,余辉短到肉眼分不出;磷光在撤灯后仍持续发光,从几秒到几小时不等。用手或挡板快速遮住灯口,看标本是否还留着冷光即可。

这个动作要在暗处做。先让眼睛适应 1–2 分钟,把标本放在白瓷板上,灯与样品相距 100–200 毫米;开灯 1–2 秒记下颜色与亮度,再遮灯,数到 5 秒仍在亮的记磷光,遮灯即灭的记荧光。撤灯后是否仍有余辉,是两类发光唯一的分界。

再换两种波长:长波与短波下颜色可以完全不同

再换两种波长:长波与短波下颜色可以完全不同。常用紫外灯有约 365 纳米的长波与约 254 纳米的短波两档,同一标本在两档下可能一档亮、一档不亮,或一档蓝、一档绿。白钨矿在短波下多呈蓝白色,某些含锰方解石在长波下才显红橙。

两档要分别记录,不能只写有荧光。发光颜色随激活剂种类变:锰、铀酰离子与少量稀土元素都能当激活剂,含量差一点颜色就换一档,同种矿物不同产地常给出不同结果。波长、颜色、亮度三项一起记,发光现象才有可比性。

最硬的判据是激活剂:发光由杂质决定,不由矿物种独定

最硬的判据是激活剂本身:发光由杂质与晶格缺陷决定,不由矿物种单独决定。同为萤石,硬度 4 级、比重约 3.18 克/立方厘米都不变,却有的发蓝紫荧光、有的完全不发光;方解石比重 2.71 克/立方厘米,含锰者发红,不含者多无反应。

所以发光性只能当线索,不能当定名判据。把不发光标本直接排除出某个矿物种是常见错误;反过来,见到亮黄绿就断定为某种铀矿物也不成立。本文判断,发光记录应附在硬度、条痕、解理之后,作为同批标本之间互相比较的附加项。

混进来的其他发光有摩擦发光、热释光与反射光

混进来的其他发光有三种。摩擦发光在敲击或刮擦时瞬间闪一下,能量来自机械作用而非紫外光;热释光要加热才释放储存的能量;最易误记的是反射光,标本表面把紫灯的淡紫光反回来,看着像发亮,换个角度就消失。

排除靠换角度与遮灯。反射光随观察角度移动,遮灯即无;真发光的亮度与角度无关,在暗处呈现标本自身的颜色。摩擦发光只在受力瞬间出现,热释光须升温。遮灯后仍在、又不随角度移动的冷光,才计入荧光或磷光。

关键数据

下列波长与距离为常用条件,灯管老化与暗适应程度都会让亮度偏移。本文判断:记录时写清长波或短波、什么颜色、撤灯后是否余辉,比只写有荧光有用得多。

  • 长波紫外约 365 纳米,短波紫外约 254 纳米
  • 荧光撤灯即灭、余辉极短;磷光余辉可从数秒延到数小时
  • 观察时灯与样品相距 100–200 毫米,遮光后暗适应 1–2 分钟
  • 白钨矿短波紫外下多呈蓝白荧光,硬度 4.5–5 级
  • 萤石硬度 4 级、比重约 3.18 克/立方厘米,荧光有无因产地而异
  • 方解石比重 2.71 克/立方厘米,含锰者常发红橙荧光

边界:多数矿物不发光,暗适应与灯距都会改结果

边界首先落在不发光标本上。绝大多数常见矿物在紫外灯下没有可见反应,石英、长石一类尤其如此,不亮不能反推结论;暗适应不足、环境有残余日光、灯距拉到 300 毫米以外,弱发光也会被漏掉,这时应退回常规判据。

另一处边界是余辉长短连续。有些样品撤灯后余辉只延续不到 1 秒,介于荧光与磷光之间,肉眼分档不稳;风化皮、油污与胶结物还会盖住新鲜面,让本该发光的颗粒不亮。本文判断,把这类结果记作弱余辉并保留疑问,比硬归一类稳妥。

参考文献

  • 潘兆橹 主编.《结晶学及矿物学》. 地质出版社, 1993. —— 发光性与激活剂。
  • Klein C., Dutrow B. Manual of Mineral Science. 23rd ed. Wiley, 2007. —— Fluorescence and phosphorescence.
  • Nesse W. D. Introduction to Mineralogy. Oxford University Press, 2000. —— Luminescence and activators.
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文章名称:荧光与磷光在紫外灯下分:撤灯后有无余辉是分界
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