MINAL3

MINAL – программа для эффективной работы с химическими анализами минералов

MINAL (версия 3) – это удобная ©MS Windows-программа, большей частью ориентированная на рядовую работу с массивами химических анализов различных минералов. Основные свойства программы, отличающие её от простых калькуляторов формул:

• Форматом файлов данных являются простые текстовые таблицы с построчным расположением анализов и символом табуляции в качестве разделителя столбцов, при этом порядок столбцов является произвольным. Этот формат удобен как для чтения и правки в простых текстовых редакторах, так и при работе с программой ©MS Excel (и рядом аналогичных программ) через операции копирования и вставки. Вместе с тем, в программе есть настраиваемый экспорт данных в приложения, созданные в среде ©MS Excel для работы с отдельными группами минералов и решения других задач.
  
• Одна таблица может содержать анализы различных минералов: программа определяет требуемую методику расчёта каждого анализа по аббревиатуре (или полному названию) минерала в одном из столбцов.
  
• В программе реализованы два базовых способа расчёта формульных коэффициентов. Первый из них – «по зарядам», в нём нормировочным фактором (делителем) является отношение суммы зарядов, получаемой по измеренным атомным количествам элементов с положительными степенями окисления, к сумме зарядов анионной части теоретической формулы минерала, взятой с положительным знаком. Чаще всего этот способ численно аналогичен кислородному методу. Второй способ в целях обобщения назван «по атомам», он предполагает строгое соответствие содержаний атомов ряда элементов стехиометрическим соотношениям в теоретической формуле минерала. В нём нормировочным фактором является отношение суммы измеренных атомных количеств элементов к сумме атомов этих элементов в выбранной фиксированной части теоретической формулы минерала – базисе. В большинстве случаев базисом является вся формула минерала или её катионная часть. Однако, зачастую в качестве базиса выбирается только часть формулы. Например, кальциевые амфиболы обычно рассчитываются на 13 катионов, входящих в базис из 8 тетраэдрических и 5 октаэдрических позиций, не содержащих щелочные металлы и кальций (соответственно, эти элементы исключаются из базисного набора). Для большинства минералов, относящихся к кислородным соединениям и галогенидам, применимы оба способа (при этом один из них является предпочтительным), исходные данные для них представляются преимущественно в виде мас. % оксидов. Для сульфидов и их аналогов, а также интерметаллидов зарядный способ в большинстве случаев не используется, а исходные данные представлены в мас. % элементов. Для удобства работы (сокращения отображаемых колонок таблицы) в программе можно скрывать анализы по признаку применимости зарядного способа.
  
• Вычисление формульных коэффициентов может учитывать ряд дополнительных параметров, требуемых для корректной работы с отдельными минералами:
  • Объявление некоторых элементов с положительными степенями окисления входящими в анионные радикалы (например, водород или сера) – эти элементы не учитываются при вычислении сумм зарядов и катионов.
    
  • Коррекция суммы зарядов для элементов, участвующих в гетеровалентных замещениях с изменением заряда в анионной части формулы. Например, вхождение Ti⁴⁺ в октаэдрические позиции биотитов и амфиболов чаще всего связано с оксотитановым замещением по схеме M²⁺ + 2OH^- → Ti⁴⁺ + 2O^2-, при котором пропорционально увеличивается сумма зарядов, на которую должна рассчитываться формула.
    
  • Коррекция суммы катионов для элементов, вхождение которых приводит к появлению вакансий или замещению катионов анионными группами. Например, в гидрогранатах вхождение фтора и водорода (в виде групп O₄H₄, замещающих тетраэдры SiO₄) требует не только коррекции зарядов анионной части, но и пропорционального уменьшения суммы катионов, на которую должна рассчитываться формула.
    
  • Балансировка зарядов с помощью элементов, обладающих разными степенями окисления (чаще всего Fe²⁺/Fe³⁺ и Mn²⁺/Mn³⁺).
    
  • Принудительное приведение формулы к сбалансированному по зарядам варианту. Например, если при вычислении формулы андрадита «по атомам» с измеренным FeO_tot после балансировки Fe²⁺/Fe³⁺ всё равно остаётся положительный дисбаланс зарядов, то содержания всех элементов пропорционально увеличиваются до его нулевого значения.
• Микрозондовые анализы можно привязывать к изображениям в обратно отражённых электронах, при этом рядом с точками анализов можно отображать любую информацию из таблицы, что помогает при анализе взаимоотношений минералов.
  
• В программе реализован импорт данных из программного обеспечения ©JEOL JED Series Analysis Station и INCA Suite (фирмы ©Oxford Instruments) для наиболее востребованного типа микрозондового исследования: опробования по отдельным точкам. При этом импортируются и электронно-микроскопические изображения с привязанными к ним точками анализов. Для отдельных анализов можно импортировать и статистические погрешности определения элементов и оксидов.
  
• Средство для проведения обратного вычисления мас. % оксидов/элементов по формульным коэффициентам (как скопированным из таблицы, так и введённым вручную или загруженным из файла) с возможностью копирования результатов в общую таблицу.
  
• Перевод мас. % одних оксидов в другие, с иной степенью окисления элемента. При этом есть возможность ввода дополнительных данных по отношениям элементов с разной степенью окисления (например, по результатам Мёссбауэровской спектроскопии).
  
• Вычисление зависимых от минералов пользовательских коэффициентов, задаваемых с помощью математических выражений и логических конструкций. С помощью этого инструмента, в частности, вычисляются кристаллохимические формулы (с распределением элементов по разным позициям) и мольные доли или пропорции компонентов твёрдых растворов (миналов), а также переменные для диаграмм. Этот функционал добавлен недавно, поэтому файлов с наборами коэффициентов пока что немного.
  
• Построение диаграмм, специфичных для отдельных минералов (или групп минералов), с возможностью добавления своих вариантов и редактирования имеющихся. Для работы с диаграммами требуется другая программа автора – TriQuick, являющаяся редактором и сервером диаграммной графики. Диаграммы также были добавлены в программу недавно, поэтому их выбор пока что весьма ограничен.
  

Программа является бесплатной (freeware) и распространяется в виде zip-архива: для её установки требуется всего лишь извлечь каталог со всеми его файлами из архива в любое место на Вашем жёстком диске или другом носителе.

MINAL (версия 3) имеет долгую историю разработки и применения в ограниченном кругу пользователей. После добавления нового функционала, существенно расширившего возможности программы, было решено сделать ее общедоступной. Разработка программы не завершена, периодически в ней производятся изменения и добавление новых функций (сопровождаемые почти неизбежным возникновением новых ошибок, которые автор пытается оперативно исправлять). MINAL информирует пользователей о появлении новых версий с помощью встроенного механизма проверки. Однако, файлы данных с коэффициентами для различных минералов и диаграммами дополняются и изменяются без уведомлений.

Конечно же, при публикации результатов расчётов с использованием программы MINAL (как и других подобных программ) всегда следует сообщать о всех необходимых параметрах вычислений (например, о коррекциях сумм зарядов и атомов).

NB! С момента записи приведённых ниже роликов уже прошло заметное время, появились новые функции, поэтому некоторые элементы интерфейса программы с тех пор изменились!

Основы работы с MINAL v.3.1:

Импорт из программы ©Oxford Instruments INCA Suite:

Импорт из программы ©JEOL JED Series Analysis Station:

Работа с пользовательскими коэффициентами:

Библиографическая ссылка:
Доливо-Добровольский Д.В. MINAL – программа для эффективной работы с химическими анализами минералов // Записки Российского Минералогического Общества, 2025, ч. CLIV, № 1, с. 142–150. DOI:10.31857/S0869605525010086, EDN: FTGCXZ

NB! Ссылка DOI пока что нерабочая!