Изоморфные замещения в апатитах из магматических пород Черниговской зоны разломов Приазовского блока УЩ по данным ЯМР и ИКС

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.40.03.065

УДК 548.32 : 549.753.1 : 543.429.23

Е.А. Калиниченко, А.Б. Брик, Е.А. Ильченко, А.М. Калиниченко, Т.Г. Калиниченко
Институт геохимии, минералогии и рудообразования им. Н.П. Семененко НАН Украины
03142, г. Киев, Украина, пр-т Акад. Палладина, 34
E-mail: mail7comp@gmail.com, abrik.igmr@gmail.com
Изоморфные замещения в апатитах из магматических пород Черниговской зоны разломов Приазовского блока УЩ по данным ЯМР и ИКС
Язык: русский
Минералогический журнал 2018, 40 (3): 65-84

Аннотация: Проведено исследование фторапатитов (FAp) из сиенитов (FAps) и карбонатитов с примесью доломита (FApcd) и пироксенов (FApc) Черниговской зоны разломов Приазовского блока Украинского щита (УЩ) с применением методов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) 1H, 19F и 31P, инфракрасной спектроскопии (ИКС), FAps и FApc, — рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). Установлен ряд особенностей структуры и изоморфизма F → ОН исследованных FAp. В структуру всех образцов внедрены OH-группы, в основном, "изолированные" в окружении ионов F, молекулы H2Ostr в вакансиях структуры, СО3-группы, преимущественно, В-типа, примеси REE, Sr, Mn и Fe и, возможно, ионы Fx вне каналов (≤ 0,02 apfu). Исследованные апатиты различаются содержанием и, частично, составом изоморфных примесей. В апатитах из карбонатитов присутствуют микровключения воды, в FAps и FApc — кластеры ОН∙∙∙Сl. В FApcd наиболее высокое содержание воды в разных формах (0,33 wt % OH-групп, по 0,07 wt % молекул H2Ostr и воды в газово-жидких включениях, по данным ЯМР 1H) и СО3-групп. В FAps и FApc содержание OH- и СО3-групп и молекул H2Ostr заметно ниже. Сопоставление полученных данных показало, что часть OH-групп и молекул H2Ostr не проявляется в спектрах ЯМР 1H из-за наличия в образцах парамагнитных примесей Mn, ряда REE и, возможно, Fe. Наиболее упорядочена структура FApc с самым низким содержанием OH- и СО3-групп. Предполагается, что кристаллизация исследованных апатитов происходила при относительно высоких значениях PT параметров.

Ключевые слова: фторапатит, изоморфизм, ядерный магнитный резонанс, инфракрасная спектроскопия.

  • Литература:
  1. Бацанов С.С. Структурная химия. — М. : ЗАО Диалог-МГУ, 2000. — 292 c.
  2. Брик А.Б., Франк-Каменецкая О.В., Дубок В.А., Калиниченко Е.А., Кузьмина М.А., Зорина М.Л., Дудченко Н.А., Калиниченко А.М., Багмут Н.Н. Особенности изоморфных замещений в синтетических карбонатфторапатитах // Мінерал. журн. — 2013. — 35, № 3. — С. 3—10.
  3. Дубина О.В., Кривдік С.Г., Соболєв В.Б. Ізоморфізм в TR-апатитах Чернігівського карбонатитового масиву // Мінерал. журн. — 2012. — 34, № 3. — С. 22—33.
  4. Гюнтер Х. Ведение в курс спектроскопии ЯМР. — М. : Мир, 1984. — 478 с.
  5. Калиниченко А.М., Бучинская Н.И., Багмут Н.Н., Прошко В.Я. Кристаллохимические особенности апатита из различных пород Украинского щита // Минерал. журн. — 1987. — 9, № 3. — С. 45—50.
  6. Калиниченко Е.А., Брик А.Б., Николаев А.М., Калиниченко А.М., Франк-Каменецкая О.В., Дубок А.В., Багмут Н.Н., Кузьмина М.А., Колесников И.Е. Особенности структуры синтетических апатитов с примесными REE по данным спектроскопических и рентгеновских методов: I. Гидроксилапатиты // Мінерал. журн. — 2015. — 37, № 4. — C. 21—35.
  7. Калиниченко Е.А., Брик А.Б., Николаев А.М., Калиниченко А.М., Франк-Каменецкая О.В., Дубок А.В., Багмут Н.Н., Кузьмина М.А., Колесников И.Е. Особенности структуры синтетических апатитов с примесными REE по данным спектроскопических и рентгеновских методов: II. Гидроксилфторапатиты // Мінерал. журн. — 2016. — 38, № 1. — C. 15—32.
  8. Кнубовец Р.Г., Габуда С.П. Исследование изоморфного замещения фтора на гидроксильную группу в апатитах методом ядерного магнитного резонанса // Физика апатита. — Новосибирск : Наука, 1975. — С. 100—112.
  9. Юхневич Г.В. Инфракрасная спектроскопия воды. — М. : Наука, 1973. — 208 c.
  10. Commodi P., Liu Y., Stoppa F., Woolley A.R. A multi-method analisis of Si-, S- and REE-rich apatite from a new find of kalsilite-bearing leucitite (Abruzzi, Italy) // Miner. Magazine. — 1999. — 63, № 5. — P. 661—673.
  11. Fleet M.E. Carbonated hydroxyapatite. Materials, Synthesis and Application. — CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, 2015. — 278 c.
  12. Freund F., Knobel R.M. Distribution of fluorine in hydroxyapatite studied by infrared spectroscopy // J. Chem. Soc., Dalton Trans. — 1977. — № 11. — P. 1136—1140.
  13. Hughes J.M., Cameron M., Crowley K.D., Mariano A.N. Structural variation in natural F-, OH- and Cl-apatites // Аmer. Miner. — 1989. — 74. — P. 870—876.
  14. Krajewski A., Mazzocchi M., Buldini P.L., Ravaglioli A., Tinti A., Taddei P., Fagnano C. Synthesis of carbonated hydroxyapatites: Efficiency of the substitution and critical evaluation of analytical methods // J. Molecul. Struct. — 2005. — 744. — P. 221—228.
  15. Libowitzky E., Rossman G.R. Principles of quantitative absorbance measurements in anisotropic crystals // Phys. Chem. Mineral. — 1996. — 23, № 6. — P. 319—327.
  16. Maiti G.C., Freund F. Incorporation of chlorine into hydroxyapatite // J. Inorg. Nucl. Chem. — 1981. — 43, № 11. — P. 2633—2637.
  17. Mason H.E., McCubbin F.M., Smirnov A., Phillips B.L. Solid-state NMR and IR spectroscopic investigation of the role of structural water and F in carbonate-rich fluorapatite // Аmer. Miner. — 2009. — 94,  № 4. — P. 507—516.
  18. McCubbin F.M., Mason H.E., Park H., Phillips B.L., Parise J.B., Nekvasil H., Lindsley D.H. Synthesis and characterization of low-OH — fluor-chlorapatite: A single-crystal XRD and NMR spectroscopic study // Аmer. Miner. — 2008. — 93,  № 1. — P. 210—216.
  19. Pan Y., Fleet M.E. Compositions of the Apatite-Group Minerals: Substitution Mechanisms and Controlling Factors // Rev. Mineral. Geochem. — 2002. — 48, № 1. — P. 13—49.
  20. Rintoul L. Wentrup-Byrne E., Suzuki S., Grondahl L. FT-IR spectroscopy of fluoro-substituted hydroxyapatite: strengths and limitations // J. Mater. Sci. Mater. Med. — 2007. — 18, № 9. — P. 1701—1710.
  21. Tacker R.C. Hydroxyl ordering in igneous apatite // Аmer. Miner. — 2004. — 89, № 10. — P. 1411—1421.
  22. Tacker R.C. Carbonate in igneous and metamorphic fluorapatite: Two type A and two type B substitutions // Аmer. Miner. — 2008. — 93, № 1. — P. 168—176.
  23. Tonsuaadu K., Gross K.A., Pluduma L., Veiderma M. A Review on the Thermal Stability of Calcium Apatites // J. Therm. Anal. Calorim. — 2011. — 110, № 2. — P. 647—659.
  24. Vyalikh A., Simon P., Rosseeva E., Buder Ja., Scheler U., Kniep R. An NMR Study of Biomimetic Fluorapatite — Gelatine Mesocrystals // Sci. Rep. — 2015. — 5, Article number 15797. — P. 1—10.
  25. Yi H., Balan E., Gervais C., Segalen L., Fayon F., Roche D., Person A., Morin G., Guillaumet M., Blanchard M., Lazzeri M., Babonneau F. A carbonate-fluoride defect model for carbonate-rich fluorapatite // Аmer. Miner. — 2013. — 98, № 5—6. — P. 1066—1069.
Русский