سرب فلزات صنعتی فلزات غیرآهنی (آلومینیوم، مس، سرب، روی و قلع)

آنالیز نقطه به نقطه مقاطع سازندهای آهن نواری به کمک طیف‌ سنجی رامان

21 آذر 1402

72 خواندن این مطلب 4 دقیقه زمان میبرد

اهمیت آنالیز سازندهای آهن نواری

سازند‌های آهن نواری (Banded iron formations(BIFs) ) با توجه به اطلاعاتی که در مورد تکامل اولیه زمین ارائه می‌دهند، از اهمیت بالایی برخوردار هستند. این سازند‌ها از باندهای سیلیس و اکسید آهن تشکیل شده‌اند و جزء سنگ‌های رسوبی محسوب می‌شوند. سازند‌های آهن نواری برای نخستین بار حدود ۳۸۰۰ میلیون سال پیش در ایسوآ واقع در گرینلند ظاهر شده‌اند و برخی از قدیمی‌ترین رسوبات روی زمین را تشکیل می‌دهند. آن‌ها گستره بزرگی از دوران پریکامبرین را در تمام قاره‌ها پوشش می‌دهند. مهم‌ترین معادن این سازندها در غرب استرالیا، ایالات متحده، برزیل، کانادا، هند، روسیه، آفریقای جنوبی و اوکراین هستند. سازند‌های آهن نواری غنی‌ترین منبع سنگ آهن تجاری جهان را تشکیل می‌دهند و برای علوم زمین شناسی یک موضوع محوری و مهم هستند. با توجه به اهمیت این ترکیبات ضروری است که فعالان حوزه معدن از یک ابزار قدرتمند برای مشخصه‌یابی و آنالیز آن‌ها استفاده کنند. سیستم رامان گزینه‌ بسیار مناسبی برای مشخصه‌یابی این ترکیبات ارزشمند است.

آنالیز سازندهای آهن نواری با طیف‌ سنجی رامان

طیف‌سنجی رامان یک تکنیک نوری غیرمخرب است که با دقت بالا و آنالیز نقطه به نقطه سطح نمونه، اطلاعاتی در مورد پیوندها و ارتعاشات مولکولی ماده فراهم می‌کند. اطلاعات حاصل به عنوان اثر انگشت ماده مورد آنالیز محسوب می‌شوند. این تکنیک در زمین‌شناسی بسیار مفید بوده و دارای اطلاعاتی ارزشمند است. چرا که روشی ساده، سریع و بدون نیاز به آماده‌سازی نمونه برای شناسایی شیمیایی مواد معدنی ارائه می‌دهد. میکروسکوپ رامان تکرام، محصول پرچمدار شرکت تکسان در حوزه طیف سنجی رامان است. این محصول شامل یک طیف‌سنج رامان قدرتمند با یک میکروسکوپ نوری با قابلیت تصویربرداری پلاریزه مناسب برای تحقیقات و آنالیزهای معدنی است. رامان امکان مشخصه‌ یابی مولکولی، تصویربرداری پلاریزه و تصویربرداری میکروسکوپی را به صورت هم‌زمان فراهم می‌کند. این روش امکان جمع‌آوری داده‌های رامان سنتی و داده‌های پتروگرافیک را به صورت هم‌زمان برای آزمایشگر فراهم می‌سازد. طیف‌سنج رامان شرکت تکسان همچنین قادر است با آنالیز نقاط میکرونی روی سطح نمونه و تکرار این کار با سرعت بالا یک مپ یا تصویر کامل از ترکیب شیمیایی سطح نمونه ارائه دهد.

تصویر میکروسکوپ رامان سوپر رزولوشن تکرام — **شکل ۱: میکروسکوپ رامان سوپر رزولوشن تکرام شرکت تکسان**

برای مثال در این قسمت آنالیز بر روی هسته‌ یک گمانه BIF از نمونه Marra Mamba با قدمت حدود ۲۶۰۰ میلیون سال پیش را مشاهده می‌کنید. این نمونه از سایت Hamersley Ranges در غرب استرالیا جمع‌آوری شده است. آنالیز نمونه با استفاده از میکروسکوپ رامان انجام می‌شود که می‌تواند در کمتر از یک ساعت بیش از ۷۳۰۰۰ اندازه‌گیری رامان را از سطح نمونه ثبت کند. طیف رامان با استفاده از منبع تحریک لیزر ۵۳۲ نانومتر و توان لیزری حدود ۲۰ میلی وات از نقاط مذکور جمع‌آوری می‌شود. هنگام استفاده از میکروسکوپ رامان، لیزر توسط اپتیک میکروسکوپ در یک منطقه میکرونی در سطح نمونه کانونی می‌شود و ترکیب شیمیایی آن نقطه مورد بررسی قرار می‌گیرد. قابلیت مطالعه سطح گونه‌های معدنی، فرصتی را برای درک زمین‌شناسی کارآمد‌تر این دست از نمونه‌ها فراهم می‌کند. این قابلیت همچنین نشان می‌دهد چقدر این تکنیک به عنوان یک ابزار تحلیلی برای برنامه‌های عملیاتی، تحقیقاتی و معدنی قدرتمند است. شکل زیر تصویری از هسته BIF با اندازه ۱۴۵ میلی‌متر در ۲۰ میلی‌متر را نشان می‌دهد که منطقه تصویربرداری شده با استفاده از ناحیه قرمز نشان داده شده است.

**شکل ۲: تصویری از هسته BIF و منطقه تصویربرداری شده با سیستم رامان**

با استفاده از آنالیز رامان، گونه‌های موجود در نمونه شناسایی می‌شوند. نتایج حاصل نشان می‌دهد که نمونه شامل اسکوترودیت (یک کانی آرسنید کبالت)، ریبکیت، مگنتیت، کلسیت و کوارتز است. همچنین یک گونه اسپینل آهن با فراوانی کمتر نیز شناسایی شده است. شکل ۳ طیف‌های رامان این ترکیبات را نشان می‌دهد. در ادامه برای تولید نقشه ترکیبات در سطح نمونه، از این طیف‌ها به عنوان مرجع استفاده می‌شود.

طیف‌های مرجع رامان معدن — **شکل ۳: طیف‌های مرجع برگرفته از تصویر رامان**

بررسی توزیع مکانی مواد معدنی با استفاده از نقشه رامان

به منظور بررسی چگونگی توزیع مواد معدنی در سطح نمونه می‌توانید از تصویربرداری رامان استفاده کنید. میکروسکوپ‌های رامان SRM این امکان را برای شما فراهم می‌سازند. برای تولید نقشه ترکیبات نمونه توسط طیف‌سنجی رامان از روش آنالیز چند متغیره (حداقل مربعات کلاسیک مستقیم) استفاده می‌شود. در این روش ریاضی با استفاده از یک سری طیف‌های مرجع که توسط کاربر انتخاب می‌شوند، ترکیبات در هر نقطه مشخص می‌شوند. نقشه رامان منطقه تصویربرداری شده از سطح نمونه در شکل ۴ نشان داده شده است. همان طور که مشاهده می‌شود، توزیع مکانی مواد معدنی متفاوت است و ریبکیت، مگنتیت و کوارتز توزیع بیشتری دارند. مناطق اصلی توسط مگنتیت پر شده‌اند و حدود ۴ تا ۱۲ میلی‌متر ضخامت دارند.

نقشه رامان سطح نمونه هسته BIF — **شکل ۴: نقشه رامان منطقه تصویربرداری شده از سطح نمونه هسته BIF**

با ترکیب تمام اطلاعات قبلی یک طیف رامان منفرد حاصل می‌شود. خلاصه‌ای جامع از همه گونه‌های موجود در هسته BIF توسط این طیف ارائه شده است (شکل ۵). این طیف رامان مُدهای ارتعاشی قوی مربوط به کلسیت، ریبکیت، مگنتیت و کوارتز و مُد ارتعاشی ضعیف‌تری مربوط به اسکوترودیت را نشان می‌دهد. هم چنین اطلاعاتی مکمل در مورد مقدار نسبی مگنتیت در هسته ارائه می‌دهد. هنگام آنالیز هسته‌های حاصل از سایت‌های مختلف، می‌توان از تغییرات شدت پیک‌های رامان برای ارزیابی غلظت نسبی مواد معدنی با ارزش در یک سایت معین استفاده کرد.

جمع‌بندی

کاربرد آنالیز رامان در مطالعات دانشگاهی و صنعتی نمونه‌های BIF بسیار زیاد است. از سیستم رامان می‌توان برای شناسایی مواد معدنی مختلف موجود در نمونه‌های BIF استفاده کرد. علاوه براین رامان با آنالیز نقطه به نقطه سطح نمونه، چگونگی توزیع مواد معدنی را به صورت دقیق تعیین می‌کند. این روش از طریق میانگین طیف‌های حاصل از مجموعه داده‌های به دست آمده، می‌تواند اطلاعات نیمه کمی را در مورد مقادیر نسبی مواد معدنی اصلی ارائه دهد. روش رامان از طریق آنالیز مواد معدنی موجود در سنگ معدن به بهبود عملیات معدن کاری در یک منطقه معین کمک می‌کند. داده‌های کانی شناسی این روش با هدف تعیین تاریخ زمین‌شناسی برای محققان دانشگاهی و کاربردهای اکتشافی مفید خواهد بود. در ایران نیز به دلیل وجود معادن بی شمار لازم است که این رویکرد بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد. چنان چه در حوزه معدن فعالیت دارید و نیاز به اطلاعات گسترده‌تری در مورد کاربرد آنالیز رامان در حیطه کاری خود دارید می‌توانید با کارشناسان شرکت تکسان در ارتباط باشید.