矿物荧光

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有趣的荧光矿物（2009-07-19更新）

2009-06-17 22:45

荧光特性是指一些矿物在紫外光照射下发射出不同色彩的可见光，最初是在萤石上发现的（但大部分萤石却没有荧光特性）。

紫外光可以分成短波和长波，有些矿物仅在短波或者长波紫外光下会发出荧光，也有的矿物两个都会。所以要鉴别矿物是否具有荧光特性，最好使用能产生短波和长波的紫外光灯。鉴别伪钞用的紫外光电筒发射的是长波紫外光。

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这块拥有丰富荧光色彩的岩石产自White Knob Quarry。含有菱锰矿的方解石发出橘红色荧光

钙硅石（硅酸钙）发出淡黄色荧光

玉滴石（水合二氧化硅）发出黄绿荧光

文石发出绿松石蓝色荧光

硅锌矿+方解石+红锌矿

蓝色荧光的水锌矿+红色荧光的方解石

硅酸钙岩矿（黄色荧光）+文石（蓝色荧光）

这是我收集的硅锌矿标本，在短波紫外光照射下，硅锌矿发射出亮绿色荧光，方解石发射出橙红色荧光。

这是我收集的白铅矿+重晶石的标本，白铅矿在长波紫外光下发射出暗黄色荧光。

荧光特性一般不用来鉴别矿物，因为这种特性是不确定的。同一种矿物，有些标本有荧光，另一些标本则没有。即使是出自同一地点的同一种矿物，在荧光特性方面也可能不同。另外荧光的色彩、强度和紫外光的波长也密切相关。

目前已地球上已发现矿石超过3600种，其中超过500种确认在紫外线照射下会发出荧光。不同波长的紫外线照射下发出不同的荧光，同时在同一紫外线照射下，矿石化学成份不同，发出的荧光颜色也会不同。紫外线已成为矿石检测的重要手段，同时也成为矿石收藏、鉴赏的重要工具。

白钨矿是少数几种在没有任何杂质的纯白钨矿下仍能发出荧光的矿石，被称为“自激发”矿石。下图显示在紫外光照射下白钨石发出明亮的天蓝色荧光。

自然白光下的白钨矿左图白钨矿在紫外灯照射下的荧光显示

自然白光下的白钨矿

左图白钨矿在紫外灯照射下的荧光显示

下图矿石为多种矿石的混合体，包括有紫纳闪石，方纳石，硅铍纳石，方沸石，纳沸石。在短波紫外线照射下显示出多彩的世界。其中紫纳闪石为红色，方纳石为橙色，硅铍纳石为绿色，方沸石为蓝色，纳沸石为绿色。

自然白光下混合矿石-点击看大图

长波紫外线照射下-点击看大图中波紫外线照射下-点击看大图短波紫外线照射下-点击看大图

硒化镉量子点在紫外线的照射下发出荧光

浅谈荧光矿物

在自然界中孕育出许许多多各式各样、色彩缤纷的矿物，为我们所居住的大地彩绘得更加亮丽。在众多的矿物种类里，色彩多变的荧光矿物总是那么引人侧目与好奇。

何谓荧光矿物？

在19世纪初期，史托克斯（George Stokes）便曾记载，当萤石（Fluorite）受到太阳光照射时，便会发出一种蓝色的光芒，他将此种会发光的现象称之为荧光（Fluorescence）。事实上，自然界中具有荧光特性的矿物并不局限于萤石一种。当我们用紫外线或X射线照射时，有些矿物也会散发出不同的色彩，而且射源能量不同，部分矿物所呈现的颜色也会改变。到底荧光是如何产生的？常见的荧光矿物又有哪些？这是本篇所要介绍的重点。

欲揭开荧光矿物的神秘面纱，首先必需由组成矿物的基本结构谈起。我们深知构成物质最基本的单元是原子，而原子是由原子核和环绕外围的电子所组成。通常电子所绕行的轨域可分为数层，每层都有固定的能阶，而且离原子核愈远，能阶愈高。

荧光矿物通常含有过渡性元素，其原子中的电子受到如紫外线等高能量照射时会吸收能量，并从低能阶轨域（基态）跃升到高能阶轨域（激发态）。由于处在激发态的电子极不稳定，因此，电子很快会移回到原有轨域，并释放出能量。因为从基态至激发态过程中部分能量转换为热能而消耗，所以电子从高能阶轨域折回低能阶轨域所释出的能量，其波长较原入射的紫外线为长。如果波长刚好落在可见光的范围内，那么，该矿物就会发出肉眼看得见的色光，是为荧光（图1）；而具有这种特性的矿物，我们称之为荧光矿物。

一般的荧光矿物，在激发光源撤除后，发光会立即停止。但是有些矿物在激发光源撤除后，发光尚能维持一段时间，我们称它为磷光。有些矿物发出的磷光仅能维持数秒钟，有的则可持续一段很长的时间。

* 图1：荧光矿物（A）在紫外线照射下，电子移至较高能阶轨域；（B）

电子移回较低能阶，并以可见光的形式释放能量。

常见的荧光矿物

世界各地所产重要的荧光矿物约有四、五十种之多，限于篇幅，无法一一介绍。本文仅将常见的几种，叙述如后，以供参考：

(1)方解石（Calcite）是最普通的一种荧光矿物。荧光的色彩涵盖彩虹中所有的颜色，其中以含锰元素所展现的红色或粉红色最为常见（图2）。美国德州Terlingua地区水银矿内所产的方解石，在紫外线短波段（100-3000A）下呈现蓝色或紫色的磷光；而在紫外线长波段（3000-4000A）下则显现出亮丽的粉红色荧光，最具特色。

(2)硅锌矿（Willemite）是一种重要的锌矿来源。在美国纽泽西州Franklin地区的锌矿矿区中，硅锌矿具有最明亮而耀眼的荧光，极富盛名。其荧光多呈绿或黄绿色（图2），少数标本呈现黄色。

(3)白钨矿（Scheelite）的荧光颜色会随钼含量多寡而改变。在紫外线短波段下，若质纯时，呈现之荧光为蓝白色；含少量钼元素时，变为白色；钼含量增多，则转为黄色。白钨矿是一种极富经济价值的「钨」的重要来源。因钨耐高温且不易熔化，所以广泛被应用在灯泡的钨丝方面，另外，在制造高速切割工具上，也是一项重要的成分。因白钨矿的外观多呈白、乳黄或灰色，在岩石中与其他矿物甚难分辨，因此，在第二次世界大战钨矿短缺之际，美国为寻找钨矿矿源，便利用紫外线在美西一带从事白钨矿的探勘工作。

(4)萤石可做为炼钢的助熔剂，系最为人知的一种荧光矿物。事实上，荧光一词乃源自萤石这种矿物。蓝色是最普遍的一种荧光色彩，尤其是在紫外线长波段照射下，蓝色荧光特别显眼。另外，有些标本也会呈现白色或乳黄色的荧光。

美国纽泽西州Franklin地区较知名的荧光矿物包括磷灰石（Apatite）、霰石（Aragonite）、斧石（Axinite）、方解石、刚玉（Corundum）、透辉石（Diopside）、萤石、水锌矿（Hydrozincite）、闪锌矿（Sphalerite）、硅锌矿、硅灰石（Wollastonite）等二十余种，不但种类多，而且许多矿