РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ХАРАКТЕРИСТИКА ВИВЧЕНИХ ПРИРОДНИХ МІКРОАЛМАЗІВ
2.1. Методика ІЧ-спектроскопічних досліджень
ІЧ-спектри в діапазоні 600–4000 см-1 вимірювалися на ІЧ-Фу’рє-спектрометрі
Bruker IFS-66 з розділювачем променя з KBr, обладнаному ІЧ-мікроскопом з
дзеркальною оптикою. Як приймач світла використовувався охолоджуваний
напівпровідниковий МСТ (Mercury-Cadmium-Telluride) детектор, як джерело світла
– глобар. Точність вимірювань частоти > 0,1 см-1, розділення – 2 см-1,
кількість сканувань – 200. Запис спектрів було зроблено в Технічному
університеті (м. Берлін) та в Центрі геологічних досліджень (м. Потсдам) в
Німеччині. Числові файли зберігалися в форматі ASCII після їх конвертації з
формату OPUS – власної операційної системи спектрометра Bruker IFS-66. Для
побудови спектральних кривих та подальшої роботи з ними використовувалося
програмне забезпечення Origin 5.0.
Оскільки вміст дефектних центрів в алмазі, таких як та азотні, вуглеводневі,
карбонатні чи інші дефекти, групи ОН або вода, дуже низький (для основних
азотних центрів концентрація азоту може знаходитися в межах: 0 ? N ? 10000 at.
ppm), то ІЧ-поглинання, пов’язане з цими центрами проявляється лише в
ІЧ-спектрах монокристалів чи плоско паралельних полірованих пластинок,
вирізаних з них. Методика таблеток з КBr, що як правило використовується для
дослідження спектрів переважної більшості мінералів, для дослідження алмазів не
прийнятна.
В наших дослідженнях ІЧ-спектри мікроалмазів знімалися без будь-якої
попередньої підготовки, що обумовлено їх надзвичайно малими розмірами і високою
твердістю. Плоско-паралельні пластинки мікроалмазів не використовувалися.
Поверхня досліджуваних зразків часто була нерівною, іноді, можливо, з
тріщинами, поверхневими корочками та іншими дефектами. Кристали мали різну
прозорість та розміри. Недосконалість поверхні природних нешліфованих і
неполірованих кристалів в багатьох випадках спричиняє значні втрати
інтенсивності світла та призводить до значного фону псевдо-поглинання, що
викликає труднощі під час обробки спектрів, зокрема, вибору фонової лінії (див.
нижче). Для зйомки спектру вибиралися найбільш чисті і прозорі ділянки зразка,
які найкраще пропускали світло. Часто спектр алмазу, особливо в разі найбільш
чистих прозорих кристалів ювелірної якості, ускладнювався інтерференційною
картиною, за рахунок високого показника заломлення і багатократного
внутрішнього відбиття від граней кристалу (рис. 2.1). Окрім цього, в багатьох
випадках на спектрах спостерігаються дуже вузькі
паразитні лінії в областях ~1600–1750 см-1 та ~3600–3800 см-1, зумовлені
поглинанням атмосферної водяної пари, а також більш широка, іноді структурована
смуга поглинання атмосферного СО2, яка накладається на двофононні моди алмазу
(рис. 2.1). Існування таких паразитних смуг обумовлено технічними
Рис. 2.1. Вихідні ІЧ-спектри природних мікроалмазів, ускладнені інтерференцією
та паразитними смугами поглинання атмосферних газів. * спектр після
згладжування через 15 та ** - через 25 точок. Зр. S6-200 – алмаз типу ІаВ, С-23
– імпактних алмаз, розсип Самоткань
особливостями Фур’є-спектрометра, який працює за однопроменевою схемою, де для
повної компенсації паразитних смуг необхідно вживати додаткові заходи. Через
всі перераховані небажані фактори частина спектрів мала відносно низьку якість,
що дещо обмежувало їх інформативність. Від подальшого використання деяких
низькоякісних спектрів довелося взагалі відмовитися частина спектрів мала
відносно низьку якість, що дещо обмежувало їх інформативність. Від подальшого
використання деяких низькоякісних спектрів довелося взагалі відмовитися.
З метою виключення небажаної інтерференції та зменшення паразитного поглинання
атмосферних газів для деяких спектрів мікроалмазів використовували математичну
обробку спектру, яка дозволяє частково або повністю компенсувати вплив таких
небажаних факторів і одержати більш-менш достовірну інформацію щодо вмісту
азотних та інших центрів поглинання навіть із спектрів відносно низької якості.
Ефект від застосування операції згладжування з використанням FFT-фільтрації за
допомогою програми Origin-5.0 при згладжуванні через 15 та 25 точок показаний
на рис. 2.1. на прикладі імпактного С-23 та ендогенного S6-200 зразків алмазу з
розсипу Самоткань. Такі згладжені спектри позначені на рисунках та в таблицях.
Якщо точність вимірювання відносних інтенсивностей смуг поглинання для спектрів
неспотворених паразитним поглинанням складає ±10–15 %, то використання операції
згладжування зменшує точність вимірювання вузьких смуг поглинання до ±30–40 % в
залежності від ступеня згладжування; точність вимірювання інтенсивності широких
смуг практично не змінюється. Тому інтенсивності вузьких смуг поглинання, таких
як смуги ~1370 (центр В2) та 3107 см-1 (зв’язки >CH = CH2) вимірювалися до
згладжування спектральної кривої.
Через те, що алмази досліджувались не у вигляді плоскопаралельних пластинок
визначеної товщини, а мали довільну природну форму, всі спектри були приведені
до товщини 1мм за рахунок математичного нормування, що дало можливість
порівнювати між собою спектри різних за розмірами та якістю кристалів. Для
цього було використано величину поглинання в області двофононної смуги
поглинання алмазу при 1992 см-1 [180]. При цьому фонова лінія поглинання
визначалася як пряма, дотична до локальних мінімумів поглинання в однофононній
області спектра в діапазоні 1750–2700 см-1. Спектральна крива перераховувалася
до товщини поглинаючого шару таким чином, щоб коефіцієнт поглинання на цій
частоті набував значення a1992=1,23 мм-1 [180], де a
- Киев+380960830922