Впервые определена концентрация водорода в алмазе

Сотрудники лаборатории геохимии углерода Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН совместно с Физико-техническим институтом им. А.Ф. Иоффе РАН впервые определили концентрацию главной структурной примеси в алмазе — водорода.

Установлено, что для разных алмазов концентрации составляют от 10 до 50 миллионных долей (ppm). Возможность количественного анализа водорода позволит определять роль этого элемента в алмазообразовании и создавать необходимые условия для производства синтетических алмазов с заданными свойствами. Результаты исследований опубликованы в журнале Chemical Geology.

Водород, первый по времени рождения и по количеству атомов во Вселенной элемент, играет важнейшую роль как в живых системах, так и в геологической истории нашей планеты. Между тем, его концентрация в алмазе, который образуется на глубинах в сотни километров и несёт информацию о минералах и элементах из этих глубин, до последнего времени была неизвестной из-за аналитических сложностей. Было лишь известно, что примесь водорода входит в кристаллическую структуру алмаза, замещая атомы углерода и азота, и влияет на оптические, электрические и другие физические свойства алмаза. Однако оценить степень этого влияния оставалось невозможным из-за отсутствия количественных данных о содержании водорода в алмазе.

Ранее были попытки определить концентрацию водорода различными методами, — от чисто химических до ядерно-физических, но они давали различные оценки, от миллионных долей до одного процента, что было явно нереальным. Сотрудники ГЕОХИ РАН и Института Иоффе РАН пошли другим путём. Они имплантировали определённые дозы водорода в алмаз и использовали его в качестве эталона для дальнейших анализов с помощью масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS). В этих же кристаллах количество водорода оценивалось по интенсивности поглощения в определённых частях спектра инфракрасного (ИК) излучения.

В результате для алмазов из различных районов были определены концентрации водорода от 10 до 50 частей на миллион (ppm). «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 главный научный сотрудник лаборатории геохимии углерода ГЕОХИ РАН доктор геолого-минералогических наук член-корреспондент РАН Феликс Каминский.

Источник: ГЕОХИ РАН.