Fluorescerende mineralen door Walter de Haan

Transcriptie

1 Fluorescerende mineralen door Walter de Haan In dit artikel wordt ingegaan op de eigenschap van sommige mineralen om bijzondere kleurschakeringen te tonen bij belichting met ultraviolet licht. Allereerst zullen we even stil staan bij deze vorm van licht. Vervolgens zullen we de verschillende aspecten van fluorescentie toelichten. Fluorescentie is een belangrijk hulpmiddel bij de determinatie van mineralen. Twee mineralen, die op het eerste gezicht volkomen aan elkaar gelijk zijn maar waar we een vaag vermoeden van hebben dat er toch verschil aanwezig is, kan men op verschillende eigenschappen onderzoeken. Soms is een verschil aan te tonen door middel van fluorescentie. Er zijn mineralen die bij normaal licht gelijk gekleurd lijken maar die met de analyselamp sterke kleurverschillen laten zien. Deze kleurverschillen zijn vaak aan een vindplaats gebonden. Sommige mineralen fluoresceren altijd, anderen alleen van een bepaalde vindplaats. Zo fluoresceert fluoriet uit Cumberland (Engeland) altijd sterk blauwviolet en van andere vindplaatsen soms wel of totaal niet. Het voordeel van dit onderzoek is, dat we het kunnen uitvoeren zonder dat het mineraal beschadigd wordt. Wat is ultraviolet licht? Fluoriet met hematiet, goetiet en calciet. Egremont, Ulcoats nr. 1 Mine, Cumberland (Engeland). Verz. Dick Knoester Foto: Joke Laarman Als stralen zonlicht door een prisma worden geleid, zien we een opeenvolging van kleuren, dat wij het spectrum noemen. Dit spectrum bestaat uit zes hoofdkleurgroepen: violet, blauw, groen, geel, oranje en rood. Deze kleuren vormen samengesteld zichtbaar wit licht. In werkelijkheid bevinden zich in het gebied buiten het violet en het rood nog lichtstralen die niet door het menselijk oog kunnen worden waargenomen. Zo komt na violet nog ultraviolet en na rood nog infrarood. Licht is een verschijnsel van elektromagnetische aard waarvoor het oog gevoelig is. Om de lichtverschijnselen begrijpelijk te verklaren moet men het licht zien als bestaande uit fotonen (verschillende energiepakketten) die zich golfend bewegen dwars op de voortplanting. Snelheid van licht is km per sec. (in het luchtledige). Hierin heeft elke kleur zijn eigen golflengte met bijbehorende energie. Het zichtbare gedeelte van het spectrum bevindt zich in het gebied tussen violet en rood met golflengten van resp. 380 tot 750 n.m.-eenheden (één n.m.[nanometer]eenheid is één miljoenste mm). De energie is omgekeerd evenredig aan de golflengte; hieruit volgt dat violet met kleine golflengte meer energie heeft dan rood met grote golflengte. De sterkst waarneembare kleur is groengeel met een golflengte van ± 550 n.m. Ultraviolet licht is licht met meer energie en een golflengte van 365 n.m. en nog kleiner, het is dus voor ons onzichtbaar. Het is deze energie die de fluorescentie kan activeren wat met zichtbaar licht niet lukt.

2 Wat is fluorescentie? Iedere uitstraling van licht door een stof die veroorzaakt wordt door een emissie van energie, noemt men luminescentie. Verschillende vormen van luminescentie zijn: Fluorescentie, ook wel fotoluminescentie genoemd, is een lichtverschijnsel dat optreedt bij een stof die bestraald wordt met ultraviolette stralen, zonder dat er warmte aanwezig is. De eigenschap lichtgevend te worden, houdt op zodra de stralingsbron wordt uitgeschakeld. Fosforescentie ontstaat wanneer de uitstraling aanhoudt nadat de bron is uitgeschakeld. Triboluminescentie ontstaat bij druk. Thermoluminescentie ontstaat bij verhitting boven 550 ºC. Miluminescentie treedt op bij chemische reacties. Wanneer een gevormd mineraal in een bepaald milieu opnieuw wordt verhit kunnen in het atoomrooster storingen ontstaan. Ook kunnen op sommige plaatsen in het atoomrooster atomen vervangen worden door vreemde ionen die fluorescerende eigenschappen hebben. Door het belichten met de UV-lamp zal de extra energie, in de vorm van fotonen, de elektronen van deze ionen naar een hoger niveau tillen. Met andere woorden de elektronen om de kern van het atoom springen naar een andere baan. Bij terugval naar het oude niveau komt energie vrij in de vorm van licht met een grotere golflengte en minder energie, wat resulteert in zichtbaar licht. Dit verschijnsel wordt dan ook wel fotoluminescentie genoemd. Blijft dit licht na het uitschakelen van de belichting nog nastralen dan spreekt men van fosforescentie. Men moet voor het waarnemen van fotoluminescentie bestralen met een kortere golflengte dan de eigen kleur. Voor het determineren van mineralen en het zichtbaar maken van de soms bijzonder mooie kleuren komen alleen de twee eerst genoemde, te weten fluorescentie en fosforescentie in aanmerking. De analyselamp of UV-lamp De analyselamp is niet te vergelijken met een gewone gloeilamp, waar het uitgezonden licht wordt geproduceerd door een draad die door een elektrische stroom tot gloeihitte wordt gebracht. In de analyselamp wordt een kleine hoeveelheid kwik door verhitting in damp/gas omgezet en straalt ultraviolet licht uit. Dit noemt men een gasontlading. UV-lampen Uitgaande van zonlicht kunnen wij de volgende golflengte onderscheiden: tot 200 n.m. Röntgenstralen en vacuüm-uv 200 tot 285 n.m. korte golf UV ook wel SW ( Short Wave) genoemd 290 tot 320 n.m. middel golf UV 340 tot 380 n.m. lange golf UV ook wel LW (Long Wave) genoemd 380 tot 800 n.m. zichtbaar licht daarboven infrarood en radiogolven Korte golf UV-lamp Men spreekt van korte golf UV-lamp als deze een primaire UV-straling van 254 n.m. uitstraalt. Een zichtbare herkenning is dat de buislampen vrij klein zijn (13,5 cm) en doorzichtig; een type is Philips TVU 4W van 6V ultraviolet. Een nadeel is dat naast het UV-licht ook ongewenst wit licht wordt uitgestraald, welke het UV-licht gedeeltelijk verstoort. Daarom is bij een korte-golflamp een speciale optische kwartsfilter noodzakelijk, die het zichtbare licht zoveel mogelijk tegenhoudt, hoe beter hoe duurder. Dit filtermateriaal moet kwarts zijn omdat gewoon glas UV-stralen niet doorlaat. Een nadeel van de korte-golffilter is dat de kwaliteit sterk terugloopt tot zelfs 50% bij enkele bedrijfuren. Het is dus raadzaam om niet langer te belichten dan hoogst noodzakelijk is of de filter vernieuwen. Enkele gouden regels voor de korte-golflampen Nooit direct in de lamp kijken als deze brandt. Lange bestraling van de huid vermijden. De lamp na gebruik uitschakelen, denk aan slijtage van de filter. De afstand tot het object is gelijk aan de lengte van de lamp. Alleen in vitrine gebruiken met glasvenster. Lange golf UV-lamp Men spreekt van lange golf UV-lamp als deze een UV-straling van 366 n.m. uitstraalt. In tegenstelling tot korte stralen zijn deze niet gevaarlijk voor de huid. Men herkent deze buislampen aan de ondoorzichtigheid en een melk-witte of donkerblauwe kleur. Het meest gebruikelijke is kobaltglas of blauw geverfd glas. Ook is geen filter nodig bij de blauwlampen, waardoor deze lampen een stuk voordeliger zijn dan de korte golf. Deze lampen zijn tot een lengte van 120 cm van 40W leverbaar en zijn heel geschikt voor de vitrine, omdat meerdere mineralen tegelijk belicht kunnen worden. De lampen kunnen in een normaal TL-armatuur voor 220V worden gemonteerd. Vaak worden ze ook gebruikt in etalages en disco s. De kleine lampen gebruikt

3 men bijvoorbeeld in winkels aan de kassa voor valsgeld-detectie. Volgens zeggen gebruikt men in de postzegelhandel een goedkope uitvoering die ca. ƒ 25,- kost. Tips voor de lange-golflampen Bij de melkwitte lamp eventueel een filter gebruiken. De afstand tot het object is gelijk aan de lamplengte. Bij blauwe lampen in de vitrine deze zo afschermen dat alleen de mineralen zichtbaar zijn. Naast deze twee uitersten zijn nog verschillende andere armaturen op de markt, o.a. met wegwerpbatterijen goed voor veldwerk met 10 branduren of acculampen voor 1 uur gebruik. Deze zijn op te laden met 220V of 12V (auto). Een ander type is een armatuur met twee lampen, een voor SW en een voor LW, die apart geschakeld kunnen worden. Deze zijn leverbaar in de sterkte van 4W, 6W of 15W. De 220V-lampen zijn 15W in twee lengten van 45 cm en 60 cm leverbaar en goed voor branduren. Deze foto s laten de fluorescentie zien van calciet op willemiet (Franklin, New Jersey, VS). Op de linkerfoto is de steen te zien in normaal daglicht. De rechterfoto toont de steen in ultraviolet licht; het calciet straalt nu rood licht uit en het willemiet groen en blauw licht. Activators Bij willemiet (Zn 2 SiO 4 ) uit de Franklin Mine VS, is het zinkgedeeltelijk vervangen door mangaan. Het is deze mangaan die dan de geel-groene of blauwe fluorescerende kleur aan het mineraal geeft. Willemiet van vindplaatsen die geen mangaan bevatten, fluoresceert niet. Men noemt de mangaan in dit geval de activator. Fluorescentie-killers Bevatten mineralen evenwel koper of ijzer dan is er geen fluorescentie. De elementen die de fluorescentie beletten noemt men fluorescentie-killers. Men treft de meeste fluorescentieverschijnselen aan bij producten die in chemisch zuivere toestand niet fluoresceren, maar die de eigenschap krijgen door de aanwezigheid van een zeer kleine hoeveelheid van een vreemd element. De meeste mineralen behoren tot deze groep. De fluorescentiekleur hangt af van de aard van de activator en is soms vindplaatsbepalend. Mineralen in zuivere toestand zijn veel uraanmineralen. Aldus fluoresceert autuniet heel sterk, torberniet daarentegenl niet (aanwezigheid van koper). Zie verder de mineraallijst. Wat kunnen we nog meer met de UV-lamp onderzoeken Te veel om op te noemen, maar een aantal noemen we toch even: gesteenten, mineralen, edelstenen, echte parels en imitatieparels en fossielen. Echte grijze en witte zeewater parels fluoresceren niet, zoetwaterparels daarentegen wel. Een cultivé-parel heeft een zoetwaterkern, waardoor deze zwak fluoresceert. De echte zwarte zeewaterparel fluoresceert rood. De Mabe -parels (blisterparel) geslepen van abaloneschelpen uit Noord-Ame-rika, fluoresceren sterk geel onder LW. Ook chemicaliën, geneesmiddelen, schimmels, postzegels, papiersoorten, documenten en lakzegels fluoresceren. De meeste voorwerpen zullen onder de analyselamp allerlei verschillende, veelal prachtige en heldere kleuren vertonen, soms kleurverschillen. Zo worden bijvoorbeeld vervalsingen van officiële documenten en vals geld opgespoord. Ook kleurverschillen van minerale mengsels zijn goed te onderscheiden: verse melk is geel van kleur, oude

4 melk is blauw; verse eieren zijn dieprood van kleur, de oude zijn lichtblauw. Er is zelfs kleurverschil tussen boter en margarine. Mineralen van Franklin In Franklin in de Amerikaanse staat New Jersey bevindt zich een énig voorkomen van fluorescerende mineralen, die men nergens anders ter wereld aantreft. In totaal werd er een vijftigtal verschillende fluorescerende mineralen aangetroffen; vooral de korte golf geeft hier spectaculaire resultaten. Enkele van deze mineralen zijn: Calciet: rood onder SW, activator Mn. Willemiet: groen onder SW, soms, maar minder intens onder LW, ook hier activator Mn. Specimen waar beide voorgaande mineralen geassocieerd voorkomen noemt men in de VS Christmas Ore vanwege de sprookjesachtige effecten onder UV-licht. Calcium-Larseniet: intens citroengele onder SW. Axiniet: roseroodrozerood onder SW, activator Mn. Bustamiet: dieprood onder LW. Khinohedriet: oranje onder SW, een zeldzaam mineraal. Hydrozinkiet: lichtblauw onder SW. Wollastoniet: schitterend oranje tot roseroze onder SW. Op onze beurzen staan verschillende standhouders die een uitgebreide collectie fluorescerende mineralen verkopen. Bij één van deze stands kreeg ik voor de eerste keer een indruk van de schitterende kleuren vaan mineralen die bij daglicht verborgen blijven. Stukjes mineraal die ik voordien als onbelangrijk weggooide, bleken nu ineens waardevol te zijn. De prijzen voor de specimen lopen zeer uiteen, afhankelijk van de zeldzaamheid. Maar soms is er hier en daar nog wel een voordeeltje te halen, zelfs van vindplaatsen die momenteel niet meer toegankelijk zijn. Het fotograferen Kleurloze, naaldvormige natrolietkristallen in een geode, omgeven door platte, waaiervormige aggregaten van witte pectolietkristallen (Trento, Italië). Pectoliet fluoresceert Als we een verzameling stenen en mineralen met de UV-lamp bekijken, zien we veelal een prachtige mengeling van kleuren. Dit schouwspel is zo fascinerend, dat het maken van bijvoorbeeld een kleurenfoto zich aan ons opdringt. Om mislukkingen te voorkomen nemen we eerst een paar maatregelen: 1. Zo opstellen, dat de camera de analyselamp niet kan zien maar alleen de stenen, dus verbergen we de lamp achter een stuk karton of zwarte doek, zodat alleen de stenen bestraald worden. 2.De cameralens moet van een zgn. ultravioletfilter worden voorzien. Deze is bij de fotohandel verkrijgbaar onder de naam ultraviolet- of Hazefilter. Dit soort filter wordt o.a. gebruikt bij het fotograferen in de bergen, om het overtollige ultraviolette licht, dat op grote hoogten aanwezig is, te absorberen. De foto's zouden anders blauw van kleur worden. Hieronder volgt een lijst met fluorescentiemineralen. Deze lijst is gebaseerd op de primaire kleurgroepen, zodat bij tussenliggende kleuren van de mineralen gezocht moet worden in de dichtstbijkomende kleurgroep.

5 Fluorescentie Korte golf Lange golf Fluorescentie Korte golf Lange golf Wit ivoor ivoor Oranje sfaleriet sodaliet, spot pyromorfiet opaal tugtupiet anglesiet calciet amblygoniet bariet hydromagnesiet zirkoon Rood Ceylon blauwe saffier Ceylon blauwe saffier Geel zirkoon topaas rode spinel rode spinel adamiet adamiet robijn robijn calciet bariet alexandriet alexandriet ulexiet ulexiet scapoliet tremoliet tremoliet apatiet haliet sfaleriet larseniet synth. Chrysoliet helvien helvien calciet Franklin calciet Groen willemiet willemiet haliet tugtupiet synth. groene spinel synth. gele spinel albiet adamiet autuniet bariet gips Oranje mimetiet petaliet hyaliet hyaliet scapoliet scapoliet natroliet natroliet Ceylon gele saffier Ceylon gele saffer stolziet apofyliet Ceylon blauwe saffier Ceylon blauwe saffier cerussiet adamiet argoniet argoniet hackmanniet cerussiet Blauw danburiet danburiet natroliet natroliet scheeliet maansteen pectoliet pectoliet fluoriet fluoriet sodaliet sodaliet anglesiet colemaniet wollastoniet wurtziet cerussiet witheriet zirkoon zirkoon colemaniet scapoliet Zelfbouw vitrine Voor de doe-het-zelver volgen hier enige aanwijzingen over maten en materiaal voor het bouwen van een vitrine met een glasruit. De meest gangbare maat is 100x50x50 cm. De uitvoering heeft twee mogelijkheden: een vlakke bodemplaat 16º schuin aangebracht om een goed overzicht te krijgen, of een trapvormige ondergrond waarbij breedte en hoogte van de trede gelijk zijn. De maat van de trede is afhankelijk van de grootte van de mineralen. Het montagepunt voor de lamp ligt ongeveer 15 cm vóór het midden aan de bovenzijde van de kast. Het te gebruiken materiaal is hout en voor de trap is piepschuim een geschikt materiaal. De binnenkant wordt geheel matzwart geverfd (gebruik geen glanslak, deze gaat spiegelen) en de buitenkant aan het interieur aangepast of in een meubel ingebouwd, wat natuurlijk veel timmerwerk bespaart. Wilt u de kast een eigen plaats geven, zet hem dan op pootjes (bijvoorbeeld op ooghoogte). Hieronder een materiaallijst voor een kast van 100x50x50 cm. Het gebruikte materiaal is spaanplaat van 1cm dik. 1 bodemplaat 100x50 cm; 1 achterkant 100x48 cm; 1 bovenkant 98x50 cm; 2 zijkanten 49x49 cm; 2 vensterlatten 98x5 cm;

6 2 vensterlatten 38x5 cm; 4 sponninglatjes 1cm vierkant voor bevestiging van de glasruit aan de buitenzijde. 1 glasruit 97,5x47 cm (4 mm dik). Voor de trap van piepschuim hebt u nodig: 3 of 4 stukken van 90x46,5x5 cm. Kiest u voor de vlakke schuine bodem, neem dan een 5 mm dikke triplexplaat van 98x46,5 cm. Ter ondersteuning hiervan heeft u nodig: 4 triplex steunen van 46,5 cm lang en 17 cm hoog, schuin aflopend naar 4,5 cm. Als laatste een potje matzwarte verf, een tube houtlijm, spijkers en schroeven. De buitenkant naar eigen keuze afwerken. Montage 1. Achterkant op bodem lijmen, de hoogte is nu 49 cm. 2. Twee zijkanten op bodem lijmen. Deze hoogte is nu 50 cm, hiertussen komt later de bovenkant te liggen. 3. De vier vensterlatten worden nu met elkaar verbonden zodat er een venster ontstaat van 88 bij 38 cm. Door dit kleinere venster wordt een kijkdoos -effect gecreëerd. Dit raamwerk wordt gemonteerd op ± 1,5 cm van de voorzijde naar binnen gemeten. De ruimte is voor de ruit en de sponninglatjes. 4. De bovenplaat wordt er, na montage van de lamp en het snoer, los opgelegd om mineralen te kunnen wisselen en de kast stofvrij te maken. Na het geheel met schroeven of spijkers te hebben versterkt wordt de binnenkant zwart geverfd en de buitenkant afgewerkt. Tot slot wens ik u nog veel plezier met het verzamelen, het bestuderen en het kijken naar deze wondere wereld van fluorescerende mineralen. Dit stuk bruine en witte tremoliet bestaat uit een groot aantal zeer kleine, stralende, naaldvormige kristalletjes die zijn opeengepakt tot een massief aggregaat. Tremoliet fluoresceert rood (LW) en geel (SW).