مطالعات زمین شناختى
مقدمه:
در برخى مطالعات زمین شناختى داشتن داده هاى آهن دو و سه ظرفیتى دقیق و قابل اطمینان از نمونه براى تعیین ویژگیهاى سنگ شناسى و کانى شناسى الزامى است. به عنوان مثال، در سنگهاى آذرین پلوتونیک، بیوتیت دسترس ترین نشانگر حالت اکسیداسیون سنگ است ( به عنوان نمونه، 1993Burkhard). بنابراین با داشتن مقادیر آهن دوظرفیتى و سه ظرفیتى قابل اعتماد مى توان فوگاسیته اکسیژن را به روش کمىمورد ارزیابى قرارداد.
دقیق ترین روش براى تعیین نسبت Fe+3/ Fe+2 یک ماده جامدکه بگونه اى غیر مخرب انجام مى پذیرد مازبار اسپکتروسکوپى است. شیوه ى متداول دیگر که مى توان جهت تعیین مقدار آهن بکار برد روش شیمى تر براساس تیتراسیون(Amonette & Scott, 1991) است که روشیمخرب با خطاهاى تصادفى بزرگ مى باشد که میتوان با انجام آنالیز هاى مکرر مقادیر آن را اندازه گرفت.
در این بررسى، پس از جدایش 3 نمونه کانى بیوتیت از سنگهاى گرانیتى، براى تعیین نسبت Fe+3/ Fe+2 طیف هاى حاصل از مازبار اسپکتروسکوپى هر یک از نمونه ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. براى تعیینمقادیرآهن فرو روش شیمى تر و براى آهن کل دستگاههاى الکترون میکروپروب و اسپکتروفتومترى نور مریى بکار گرفته شد. بررسى و مقایسه نتایج بدست آمده هدف این تحقیق است.
در ابتدا لازم بنظر مى رسد به اختصار محاسن و معایب روش هاى مازبار اسپکتروسکوپى و شیمى تجزیهتر مرور شود.
روش مازبار اسپکتروسکوپى
مازبار اسپکتروسکوپى روش به نسبت متداول براى مشخص کردن محیط محلى آهن در کانیهاى آهن دار است.دقت (precision) این تکنیک در تعیین نسبت Fe+3/ Fe+2 در حدود 2/0% آهن کل استدر صورتیکه آماده سازى نمونه بهینه باشد، تصحیحات ضخامت نمونه انجام گیرد و آنالیز (QSD) بکار گرفته شود (Rancourtو همکاران، 1994). فزون بر این، این تکنیک هندسه کوردیناسیون و جمعیت کاتیون هاى آهن را نیز در ساختمان جامد ماده بدست مى دهد. به عنوان مثال، در سیلیکات هاى ورقه اى کاتیون آهن سه ظرفیتى در مکانهاى تتراهدرى و اکتاهدرى از یکدیگر تفکیک و از نظر کمى نسبت بین آنها تعیین مى شود (Rancourt et al. 1992). حتى در مواردى این روش مى تواند کاتیون هاى Fe+2 در مکان هاى اکتاهدرى سیس و ترانس را تفکیک و نسبت آنها را تعیین نماید (شعبانى و همکاران 1998). لیکن عیب اصلى آن وابسته بودن صحت (accuracy)آن به توانایى فرد در اندازه گیرى ثابت کالیبراسیون مورد نیاز است. یعنى نسبت آهن فرو به فریک ویژه کانى مربوط به اجزاى واپس زنى (recoilless) مازبار تعیین شود. کارهاى اولیه فرض مى نمود این نسبت واحد باشد لیکن مطالعات اخیر حکایت از متفاوت بودن آن از واحد دارد (DeGrave & Vanalboom 1991). فزون بر این، اجزاى واپس زنى مازبار براى کوردیناسیون هاى مختلف یک گونه کاتیون (آهن دو یا سه ظرفیتى) در یک کانى مشخص ممکن است تفاوت داشته باشد.
روش شیمى تجزیه تر
روش شیمى تجزیه تر روشى ساده است که نیاز به تجهیزات گران قیمت ندارد و بدون ارجاع به پارامترهاى کالیبراسیون پیچیده محتوى آهن فرو را بر حسب وزن یا غلظت محصولات واکنشى بطور مستقیم اندازه گیرى مى کند. لیکن روشى مخرب است یعنى ماده مورد آنالیز پس از آنالیز بازیافت نمى شود. دیگر آنکه دراین روش محتواى Fe+3نمونه مستقیما اندازه گیرى نمى شود. یعنى محتواى Fe+2 از طریق تیتراسیون و آهن کل (یعنى مجموع مقادیر آهن فرو و فریک به صورت Fe2O3 گزارش مى شود)، نمونه بعد ازکمپلکس شدن توسط اسپکتروفتومترى نور مریى اندازه گیری مى شود و از تفریق این دو، مقدار Fe+3 محاسبه مى گردد. فزون بر این، براى فروپاشى و تخریب نمونه هاى سیلیکاته از اسید استفاده مى شود تا گونه هاى کاتیونى آهن وارد محلول گردند. فروپاشى و تخریب نمونه در روش شیمى تجزیه تر کارى بسیار مشکل است زیرا نیاز به معرف هاى (reagents) شیمیایى خاصدارد تا کانیهاى سیلیکاته دیرگداز و مقاوم را بدون اکسید کردن آهن در محلول حل نماید. بنابراین جهت جلوگیرى از اکسیداسیون Fe+2 توسط اکسیژن اتمسفرى معمولا نمونه را در بوته یا ظرف کاملا بسته قرار داده، یا نمونه جهت برقرارى یک جریان ثابت بخار براى دفع اکسیژن جوشانده یا گاز دى اکسید کربن در ظرف دمیده مى شود. در این مرحله جهت جلوگیرى از اکسیداسیون Fe+2 توسط اسیدهاى قوى باید دقت لازم نیز لحاظ گردد.