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文化故事
荧光矿物,比“夜明珠”更炫酷

在紫外线等外来能量的激发下,一些平时毫不起眼的矿石,能发出绚丽的荧光,它们被称为荧光矿物。

很少有人知道,荧光矿物的发光原理与“夜明珠”相似,但它们的世界更加神秘生动,多姿多彩。这是一个在可见光下很难看到的缤纷世界

▲美国亚利桑那州一座矿山中的荧光岩壁

荧光是如何产生的

天然矿物的发光现象,很早就引起了人们的注意,但直到1955年以后,矿物发光的近代概念才得以确立,简单地说,荧光矿物的发光原理,就是在矿物吸收外界能量后,将其以可见光的形式发射出来。

中国古代传说中的“夜明珠”,其发光原理就与荧光矿物相似,两者的最大区别是,当外来能量激发停止时,荧光矿物的发光现象立即消失,而“夜明珠”的发光现象则仍能保持一段时间,这在矿物发光现象的研究中,分别被称为矿物的“荧光性”和“磷光性”。

目前为止,全世界已经发现的矿物有5000多种,但具有荧光性的仅200种左右,具体地说,荧光产生的原理是:外加能量将矿物晶体结构中原子或离子的外层电子,从基态激发到能量较高的激发态,如果其间还有另外一些较低激发态存在,那么这些电子落回到那些较低激发态或者基态时,就会发射出光子。如果这两种激发态之间的能量间隔相当于某种可见光子的能量,就会发射出对应颜色的可见光。

▲可见光和紫外线下的萤石

什么决定了荧光的色彩和亮度

荧光矿物所发出的荧光差异,大多是矿物中含有的杂质元素决定的,它们被称为“激活剂”。它们大多是过渡金属元素,而稀土元素(镧、铈、镨、钕等)和某些锕系元素(比如铀)尤其重要。

以方解石为例,紫外线下发出红色荧光和粉色荧光的,

通常含有的杂质是铅和锰,发绿色荧光的,则很可能含有铀杂质,但有的发光又与杂质无关。源于晶体本身,比如白钨矿,世界各地的白钨矿通常在短波紫外线下,都发蓝白色荧光。

▲ 油胆水晶中有荧光性的,是它所包裹的原油和沥青。图为长波紫外线照射下的油胆水晶,它的特殊之处在于在不同波段的紫外灯下都会发出荧光。

紫外灯下的“华丽变身”

▲ 标本箱中并不起眼的荧光矿物

放到紫外灯下…

■   矿物名称:萤石

■   化学成分:CaF₂

■   产地:中国

■   (粉)矿物名称:氟硅钙钠石

■    化学成分:NaCa₂Si₄O₁₀F


■   (绿)矿物名称:霰石

■    化学成分:CaCO₃

■    产地:加拿大

■   化石名称:腹足类化石(被方解石交代)

■   矿物名称:方解石

■   化学成分:CaCO₃

■   产地:中国

■   (红)矿物名称:方解石

■    化学成分:CaCO₃


■   (黄绿)矿物名称:硅锌矿

■    化学成分:Zn₂SiO₄

■    产地:美国

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