DOĞAL AMETİST VE DİASPOR KRİSTALLERİNİN OPTİKSEL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 DOĞAL AMETİST VE DİASPOR KRİSTALLERİNİN OPTİKSEL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Arzu (TÜRKLER) EGE *, Elçin EKDAL *, Murat HATİPOĞLU **, Gonca Güzin DAMAT **, Turgay KARALI * * Ege Üniversitesi, Nükleer Bilimler Enstitüsü, Bornova, İzmir **Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir Meslek Yüksekokulu, Taş ve Metal İşlemeciliği, Buca, İzmir arzu@nukleer.ege.edu.tr ÖZET Doğada yaygın olarak rastlanan kayaç yapıcı mineraller olarak bilinen mikroskobik boyuttaki kuvars ve feldspat gibi mineraller jeolojik ve arkeolojik yaş tayini çalışmalarında sıklıkla kullanılmaktadır. Bu mineraller magmatik, metamorfik ve sedimenter kayaların olağan bileşenidir. Bir kuvars türü olan ametistte renk verici element demir, diyasporda ise demir ve kromdur. Ametistteki Fe +2/3 elementlerinin doğal radyasyon ile ışınlaması sonucu çok ender gözlenen Fe +4 ' e yükseltgenmesi ve böylece mor rengin oluşması, bu malzemenin radyasyona maruz kaldığı dönem için bir veri oluşturabileceği düşünülebilir. Çalışmada X-ışınlarına maruz bırakılan doğal ametist ve diyaspor örneklerinin oda sıcaklığındaki optiksel soğurma ve lüminesans spektrumları alınmıştır. Ametist için 350 nm ve 530 nm`de diyaspor için ise 400 nm, 445 nm ve 580 nm`de absorpsiyon bantları gözlenmiştir. Termal uyartımlı lüminesans (TSL) ışıma eğrilerinde ise sırasıyla ametist için 135 C ve diyaspor için ise 130 C ve 240 C`de pikler gözlenmiştir. Bunlara ek olarak örneklerin radyolüminesans (RL) ölçümleri de yapılmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçlardan, bu örneklerdeki renklenmenin

2 2 kaynağını saptamak için optiksel soğurma ve lüminesans çalışmalarından elde edilen veriler tartışılmıştır. Anahtar Kelimeler: Ametist, Diaspor, Optiksel Soğurma, TL, RL GİRİŞ Ametist ve diaspor kristalleri özgün renk ve yapılarıyla Anadolu da kullanılan önemli iki süs taşıdır. Özellikle diaspor kristallerinin iri ve saydam türlerinin önemli oranda güneybatı Anadolu da bulunmasından dolayı bu kristallere duyulan ilgi, eski çağlardan günümüze kadar gelmiştir. Anadolu daki minerallerin mineralojik özelliklerinin ve oluşum mekanizmalarının ortaya çıkarılması, şu an büyük oranda atıl olan bu kaynaklara alıcıların ilgisinin çekilmesi ve bu kristallerin kullanıldığı arkeolojik dönemlerin tespiti yönünden önemlidir. [1,2,3] Kuvarsın (a-sio2) çeşitli mor renklerine sahip olan Ametist popüler bir süs taşıdır. Son yıllarda teknolojik uygulamalar ve yapısal incelemeler açısından oldukça dikkat çekmektedir [4, 5, 6]. Kristal atomlarının yerine ve/veya arasına yerleşen demir safsızlıklarınının gama ışınlaması ametistin mor rengini veren renk merkezlerinin oluşmasında önemli bir rol oynamaktadır. Si +4 bölgelerine yerleşmiş olan Fe +4 iyonlarının (gama ışınlamasıyla oksitlenmiş) Anadolu doğal ametistin renginin kaynağı olduğu düşünülmektedir. Cortezao and Blak [7] Brezilya doğal ametistin EPR spektrumunun baskın özelliklerinin demir merkezlerinden kaynaklandığını ve ametistin Termal Uyarımlı Depolarizasyon akımlarının ölçümlerinin dipol merkezinin dört

3 3 bandını ve bir alkali iyona komşu bir Si +4 bölgesindeki Fe +3 iyonundan katkı geldiğini ifade etmişlerdir. Diaspor [AlO(OH)], Al 2 O 3 H 2 O sistemindeki böhmit ve jibsit ile birlikte önemli bir boksit bileşenidir. Korundum ve zümrüt içeren yataklarda, klorit şistlerde, metamorfik kireçtaşlarında ve altere magmatik kayalarda bulunur. Diasporun kristal sistemi ortorombik olup, biçim olarak genellikle ince uzunlamasına levhalar şeklinde kristalli, bazen iğnemsi, yapraklanmış şekildedir. Diaspor beyaz, yeşil, sarı, leylak, pembe ve kahverengi gibi değişik renk ve renk tonlarında, mangan diaspor ise gül kırmızısı renklerinde ve şeffaf-yarı şeffaftır [8, 9]. Optiksel özeliklerinin incelenmesi konusunda yapılan çalışmalarda malzemenin optiksel soğurma ve lüminesans özelikleri önemlidir. Bir örneğin üzerine düşen ışığı hangi dalga boylarında soğurduğu optiksel soğurma ölçümleriyle belirlenebilir. Bu ölçümler ile hem malzemenin optiksel özelikleri kısmen belirlenmiş hem de teknolojide kullanılabilirlikleri incelenmiş olur. Lüminesans ise, materyalin ultraviyole, X-ışını, elektron demeti veya kimyasal reaksiyonlar gibi bir kaynaktan enerji soğurmasının ardından oluşan emisyondur. Lüminesansın esas mekanizması malzemedeki atomların uyarılma enerjisini soğurması ile birlikte taban halden uyarılmış hale geçmesi ve tekrar taban hale dönerken ışıma yapmasıdır[10] Doğal ametistin nm de kırmızı ve kızıl-ötesi TL ve 440 nm de mavi TL verdiği bilinmektedir [4] Bu emisyonlara daha önce bahsedildiği gibi kristal yapısında bulunan demir

4 4 iyonlarının neden olduğu bilinmektedir. Diasporun kırmızı emisyonun (700 nm), nokta hatası olarak ifade edilebilen Al +3 iyonlarıyla yer değiştiren Cr +3 iyonlarından kaynaklandığı açıklanmaktadır [11]. Bu çalışmada Türkiye den çıkarılan doğal ametist ve diaspor örneklerinin optiksel soğurma, TL ve RL ölçümleriyle optiksel özeliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. MATERYAL VE METOD Ametist kristalleri, Balıkesir ilinin, Dursunbey ilçesinin güney doğusundaki Alaçam Dağları, diaspor kristalleri ise, Muğla İlinin, Milas İlçesi yakınlarında Beşparmak Dağlarından çıkarılmıştır. (Şekil 1). Kullanılacak örnekler öncelikle ultrasonik temizleyicide iyice temizlendikten sonra dilimin, kristalografik eksenleri göz önüne alınarak yaklaşık 1-4 mm kalınlığında dilimler halinde elmas ağızlı bıçaklarda kesilmiştir. Daha sonra SiC (Silisyum Karbür) tozlarla en az 30 dakika boyunca parlatılmış ve böylece yüzey pürüzleri alınmıştır. Son olarak kimyasal oksitler ile (Seryum oksit, Kalay Oksit v.s) keçe üzerinde cilalanarak deneyler için hazır hale getirilmiştir. Optiksel Soğurma ölçümleri oda sıcaklığında Perkin Elmer Spektrofotometresiyle yaklaşık nm (görünür bölgede) dalga boyu aralığında alınmıştır.

5 5 Şekil 1. Ametist ve diaspor kristallerinin toplandığı bölgeler. Radyolüminesans ölçümlerinde CCD detektörlü Yobin Yvon spektrofotometresi kullanılmıştır. Ölçümle sırasında, örnekler Machlett OEG-50A X-ışını tübü ile 30 Gy dak -1 lik doz oranı ile ışınlanmıştır. TL emisyon sinyalleri, 2 ºC.s -1 düzgün ısıtma hızında ve ısıtıcı şeritten gelen IR emisyonunu önlemek için kullanılan ısı soğurucu filtre (Schott KG-1) kullanılarak foto çoğaltıcı tüp (9235 QB) ile tayin edilmiştir. Foto çoğaltıcı tüpten gelen sinyaller yükseltilerek bir ara yüz yardımıyla bilgisayara kaydedilmiştir. SONUÇLAR VE TARTIŞMA

6 6 Optiksel soğurma sonuçlarında 370 ve 530 nm de ametistin soğurma pikleri gözlenmiştir (Şekil 2). Bu piklerin ametist içerisindeki safsızlıklardan kaynaklandığı düşünülmektedir. Mn, Fe, Al ve Sb elementlerinin ametistteki mor rengin kaynağı olduğu ve bu elementlerin her birinin ametistin mor renginin derecesine (koyuluğuna) belirli ölçüde katkıda bulunduğu bilinmektedir. Mor renge neden olan 530 nm pikinin Fe +4 iyonundan, 370 nm deki pikin ise Al +3 ten ileri gelmektedir [1, 2]. Şekil 2. Doğal ametistin X-ışınına maruz bırakılmadan önceki ve sonraki optiksel soğurma ölçümleri Ametistin TL incelemesinde yaklaşık 135 C de bir pike sahip olan bir ışıma eğrisi verdiği gözlenmektedir. Bu pik literatürde kuvars minerali için yaygın olarak gözlenen TL ışıma piki ile uygunluk içindedir.(şekil 3).

7 7 Şekil 3. Doğal ametistin 50 mgy lik X-ışınları ile ışınlandıktan sonra kaydedilen TL ışıma eğrisi RL ölçümlerinde 630 nm de gözlenen emisyonun, ışınlanma sırasında Fe +3 ün iyonlaştırılmasıyla oluşan Fe +4 iyonundan geldiği düşünülmektedir. Elde edilen optiksel soğurma ve RL sonuçları bu açıdan birbirleriyle uyum içerisindedir (Şekil 4). Şekil 4. Doğal ametistin RL spektrumu

8 8 Diaspor mineralinin optiksel soğurma ölçümlerinde 370, 385 ve 400 nm de soğurma pikleri, 445 nm de geniş bir soğurma bandı gözlenmiştir (Şekil 5). Bu soğurmaların diaspor minerali içerisindeki Al, Cr safsızlıklarından kaynaklandığı düşünülmektedir. Şekil 5. Doğal diasporun ışınlanmadan önceki ve X-ışınına maruz bırakıldıktan sonraki optiksel soğurma ölçümleri Diasporun TL incelemesinin yapıldığı bir çalışmada 190 ve 335 ºC de ışıma pikleri gözlenmiştir. Elde ettiğimiz TL sonuçlarında diasporun ışıma pikleri 140 ve 235 ºC de gözlenmiştir (Şekil 6). Bu farklılığın sebebi öncelikle mineralin çıkarıldığı bölgenin farklı oluşu ve farklı ısıtma hızı kullanılmasından kaynaklanmış olabilir. Bu piklerin kaynağı olarak Mn +2, Fe +3 ve Cr +3 safsızlık iyonları olduğu öne sürülmüştür [12].

9 9 Şekil 6. Doğal diasporun TL ışıma eğrisi Diasporun elde edilen RL spektrumunda 530 nm de geniş bir band ve 700 nm de, Cr +3 den kaynaklanan keskin bir pik gözlenmiştir (Şekil 7) [12]. Çalışmanın devamı olarak Türkiye de çıkarılan diğer mineral ve süs taşlarının da incelenmesi planlanmaktadır. Şekil 7. Doğal diasporun RL spektrumu

10 10 KAYNAKÇA [1] Ercan, T., Ergül, E., Akçören, F., Çetin, A., 1990, Granit, S. ve Asutay, J., Balıkesir Bandırma Arasının Jeolojisi, Tersiyer Volkanizmasının Petrolojisi ve Bölgesel Yayılımı, MTA Dergisi, 110, [2] Gültekin, A. H., Örgün, Y., Yavuz, F., 1998, Tumanpınarı (Balıkesir-Dursunbey) Fe-Mn Cevherleşmesinin Jeolojik, Mineralojik ve Jeokimyasal Özellikleri, Türkiye Jeoloji Bülteni, 41, [3] Hatipoğlu M., Gökçen, N., 1999, Batı Anadolu'nun Yarı Kıymetli Süstaşlarının Başlıca Mineralojik, Jeolojik ve Ekonomik Nitelikleri, Baksem-99 (1. Batı Anadolu Hammadde Kaynakları Sempozyumu ) İzmir. [4] Q. Zhang, B. Yang, R. A. Wood, D. R. R. White, P. D. Townsend and B. J. Luff, 1994, Thermoluminescence spectra of amethyst, Radiation Measurements Volume 23, Issues 2-3, pp [5] Balitsky, V.S., Machina, I.B., Mar in, A.A., Shigley, J.E., Rossman, G.R., Lu, T., Industrial growth, morphology and some properties of Bi-colored amethyst-citrine quartz (ametrine). J. Crystal Growth 212, [6] Cortezáo, S.U., Blak, A.R., Optical absorption (OA) and thermally stimulated depolarization currents (TSDC) in Brazilian amethyst. Radiat. Eff. Def. Sol. 147, [7] S.U. Cortezao, A.R. Blak, Electron paramagnetic resonance and thermally stimulated depolarization currents in natural Brazilian amethyst, Radiat. Eff. Defect S., 156 (1-4) (2001), [8] J. Garcia-Guinea, V. Correcher, J. Rubio, F.J. Valle-Fuentes, 2005, Effects of preheating on diaspore: Modifications in colour centres, structure and light emission Journal of Physics and Chemistry of Solids, 1 8.

11 11 [9] Lüle, Ç., Sayılı, İ.S., Tekeli, O., 1999, Muğla-Milas-Küçükçamlıktepe Diyasporlarının Mineralojik ve Gemolojik Özellikleri, Baksem-99 (1. Batı Anadolu Hammadde Kaynakları Sempozyumu (8-14/Mart) Bildiriler Kitabı İzmir. [10] Mark Fox, 2001, Optical Properties of Solids, Oxford University Press [11] E. Papin, P. Grosseau, B. Guilhot, M. Bennabdesselam, P. Iacconi, 1999, Influence of point defects on the thermoluminescence of alpha-al 2 O 3 : application to dosimetry, Radiat. Prot. Dosim. 84, [12] J. Garcia-Guinea, J. Rubio, V. Correcher, F.J. Valle-Fuentes, 2001, Luminescence of α- Al 2 O 3 and α-alooh natural mixtures, Radiation Measurements, 33,