Ценные примеси: российские учёные первыми определили концентрации водорода в алмазах

Российские учёные первыми в мире определили, в каких концентрациях примеси водорода могут встречаться в природных алмазах. Водород влияет на многие физические свойства минерала, однако ранее методики анализа этого элемента в алмазе давали очень разные результаты. В новом исследовании учёные внедрили дозы водорода в природный бразильский алмаз и использовали его в качестве образца. Затем химики фиксировали его характеристики и сравнивали с десятью другими природными минералами. В итоге они определили количество водорода в алмазах из разных месторождений.

• Gettyimages.ru
• © Satyrenko

Учёные лаборатории геохимии углерода ГЕОХИ РАН совместно с ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН первыми в мире определили, в каких именно концентрациях примеси водорода могут встречаться в природных алмазах. Исследование поможет планировать свойства искусственных алмазов, поскольку примеси влияют на оптические, электрические и другие физические свойства минерала. Об этом RT сообщили в Минобрнауки России. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Geology.

Водород — основная химическая примесь, которая встречается в алмазах, состоящих в основном из углерода. Однако выяснить точно, в каких пропорциях водород может присутствовать в алмазе, а также как именно это влияет на качества минерала, — для химиков непростая задача. Было лишь известно, что примесь водорода входит в кристаллическую структуру алмаза, замещая атомы углерода и азота. Ранее учёные пытались определить концентрацию водорода с помощью различных методик — от химических до ядерно-физических, — но они давали слишком сильно различающиеся результаты, чтобы их можно было считать достоверными.

В новой работе специалисты изобрели иной способ. Они имплантировали дозы водорода в один из природных бразильских алмазов и использовали минерал в качестве образца. После этого химики фиксировали его характеристики и сравнивали с десятью другими природными алмазами, содержавшими различные концентрации водорода. 

• Алмаз с интегрированным водородом
• © Феликс Каминский

Учёные анализировали минералы с помощью метода масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS), позволяющего обнаружить присутствие нужного элемента с самой высокой чувствительностью. Масс-спектрометр оценивал количество водорода в алмазе по способности минерала поглощать свет в определённых частях спектра инфракрасного (ИК) излучения.

В результате для алмазов из различных месторождений были определены концентрации водорода от 10 до 50 частей ppm (миллионных долей. — RT).

«Более того, была установлена связь концентрации водорода в алмазах с величиной поглощения спектра в ИК-излучении, что делает возможным теперь определять концентрации водорода с помощью экспрессного метода ИК-спектроскопии», — рассказал RT главный научный сотрудник лаборатории геохимии углерода ГЕОХИ РАН, доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН Феликс Каминский.

По словам специалистов, благодаря исследованию можно будет лучше понять свойства природных минералов и в будущем придавать определённые характеристики искусственным алмазам.

Источник