钙长石质玉中钙铬榴石的谱学研究

所研究钙长石质玉中的绿色矿物是以钙铬榴石为主的石榴石,钙铬榴石在天然条件下非常稀有,颜色为翠绿色,品质高的钙铬榴石可与翡翠、祖母绿相媲美。前人对石榴石系列的其他端元矿物具有较为充分的研究,但对钙铬榴石的研究较少,且未见对钙长石质玉中钙铬榴石光谱特征的相关报道。使用JXA-8230电子探针确定样品石榴石平均组分为Uvt_49.66Grs_36.04Adr_13.58Pr_p0.67Sps_0.06,为以钙铬榴石为主的钙系石榴石。经Bruker Senterra R200L拉曼光谱仪测定样品拉曼位移为1 000,890,879,830,618,589,530,508,399,370,270,240和176 cm-1,受不同三价阳离子Cr3+,Al3+和Fe3+替代的相互影响而发生相应的偏移;用Bruker Vertex80红外光谱仪测定样品红外振动频率为1 019,951,908,844,826,721,669,608,538,496,462,430和413 cm-1,受不同组分晶胞体积及三价阳离子的质量分数影响,发生规律性振动偏移;通过Jasco MSV-5200显微紫外-可见光谱仪及近红外分光光度计测定样品,可见区Cr3+宽吸收带为439和613nm,存在453和685 nm吸收肩峰,同时可见Fe3+ 371 nm吸收肩峰,钙铬榴石主要致色离子为Cr3+。钙长石质玉中钙铬榴石的详细谱学研究为稀有钙铬榴石矿物的鉴定提供了丰富的谱学数据,为相似品独山玉进行区分奠定基础。     

黑龙江穆棱地区宝石级石榴石的宝石学及谱学特征

对黑龙江穆棱新生代玄武岩产出的宝石级石榴石进行了宝石学常规测试、电子探针测试、拉曼光谱、红外光谱和紫外-可见光谱测试,以获得该区石榴石的宝石学特征和谱学特征。化学成分分析表明,该区石榴石为镁铝榴石,含有Fe,Ca,Mn,Cr,Ti等杂质元素。其平均晶体结构化学式为 (Mn_0.022Ca_0.455, Fe2+_0.720, Mg_1.793)_∑=2.990(Ti_0.003Cr_0.009Fe3+_0.062Al_1.951)_∑=2.025(SiO₄)₃。拉曼光谱分析表明该区石榴石存在混合相,由石榴石桥氧振动引起的拉曼位移峰反映出该特征。镁铝榴石桥氧弯曲振动拉曼位移峰位于560 cm-1(A₁g模)和641 cm-1(E_g+F₂g模),钙铝榴石和铁铝榴石桥氧弯曲振动E_g+F₂g模形成的拉曼位移峰分别位于507和486 cm-1。官能团区红外光谱显示该区镁铝榴石中不存在分子水,但少数镁铝榴石中存在少量的结构水,它们在3 585,3 566和3 544 cm-1处形成阶梯状的弱小吸收峰。该区镁铝榴石多为褐红色,其颜色由杂质离子Cr3+,Fe3+,Mn2+产生。紫外-可见吸收光谱显示,Fe3+的电子跃迁致570,521和502 nm吸收峰,Mn2+的电子跃迁致460和430 nm吸收峰,Cr3+电子跃迁致690和367 nm吸收峰。     

俄罗斯翠榴石的化学成分及光谱学表征

翠榴石为石榴石家族中最为贵重的亚种,以其漂亮的外观和稀有性深受欢迎。尤其是俄罗斯所产翠榴石更是国内外收藏家最为追捧的对象。前人从不同角度对石榴石族矿物研究较多,但关于翠榴石的研究较少。为了探究俄罗斯翠榴石的化学成分及光谱学特征,运用LA-ICP-MS,IR,Raman和UV-Vis,对俄罗斯翠榴石进行系统研究,旨在获得其化学成分尤其是稀土元素特征、光谱学特征,分析致色原因,为其品种鉴定及产地溯源提供重要数据。化学成分研究表明,俄罗斯翠榴石几乎为纯的钙铁榴石(Andradite>96.39 Mol.%)。次要成分中,Cr₂O₃含量较高,平均0.502 Wt%,除此以外还含少量Al,Mn,Ti和V。其中Cr和V均为石榴石中致绿色的元素。稀土元素含量总体不高,∑REE平均4.85 μg·g-1;且轻稀土元素明显富集,∑LREE平均4.56 μg·g-1;重稀土元素相对亏损,∑HREE平均0.29 μg·g-1, ∑LREE/∑HREE=5.35~100.48。多数样品显示Eu正异常。主要拉曼位移为994.5,873.5,841.5,815,576,552,515,492,451,369,351,323,310.5,295,263,234.5和172 cm-1。拉曼光谱仅可作为翠榴石品种鉴定的手段之一,对其产地溯源作用不大。红外光谱研究表明,指纹区红外反射光谱可以有效鉴别翠榴石,红外光谱官能团区显示结构水的吸收峰,表明俄罗斯翠榴石含有少量结构水,这与其形成过程与热液交代作用有关。紫外-可见吸收光谱研究显示,俄罗斯翠榴石在384和440 nm处具明显吸收峰,436 nm见弱吸收峰,620 nm附近出现宽缓吸收带,从500 nm附近至紫外区强烈吸收。分析认为440 nm吸收带归于八面体位Fe3+的6A₁→4A_1g+4E_g(G)跃迁所致;620 nm吸收带归于八面体位Cr3+的4A_2g(F)→4T_2g(F) d-d跃迁所致,Fe和Cr同为致色元素,O-Fe荷移带及440 nm强吸收带使得钙铁榴石产生黄色、黄绿色,Cr3+的加入,产生620 nm宽缓吸收带,吸收橙黄色光,使得宝石颜色向绿色端偏移,显示纯正的绿色。拉曼光谱、红外光谱指纹区特征可以用于准确鉴定翠榴石;稀土元素特征及中红外光谱官能团区结构水特征,可以为其产地溯源提供重要信息。     

巴基斯坦宝石级榍石谱学研究

榍石作为一种稀有宝石,具有良好的宝石学特性以及出色火彩,在欧美、日本、印度等国备受欢迎。随着近几年国内外珠宝市场的交流增加,中国某些地区也开始流行这种外观炫目的宝石。但国内有关宝石级榍石研究较少,认知依然停留在折射率、色散等基本矿物学性质上,对其光谱学特征、颜色成因等方面研究依然存在空白。在对巴基斯坦黄绿色榍石进行成分分析基础上,归纳总结其红外光谱,拉曼光谱及紫外-可见光光谱的特征。通过对榍石样品进行激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）测试,发现该批次次样品主要元素含量稳定,其中TiO₂含量为35.42 Wt%,MnO和Cr₂O₃含量非常低（分别为~0.04 Wt%和0.01 Wt%）,因此该批次榍石样品颜色主要与含量较高的Fe相关。在红外振动的基频波段400~1 200 cm-1范围内可观察由Si-O和Ti-O振动引起的吸收峰,同时在6 800 cm-1处观察到表明Fe2+存在的吸收宽带。拉曼光谱测试结果（45~1 500 cm-1）与前人研究基本一致,3 354 cm-1处的弱拉曼峰,推测与Fe相关。通过对比定向切割样品GS-1在5个不同方向上的拉曼光谱结果,可发现不同结晶面上拉曼峰位置基本不变,但部分振动的相对强度存在差异。紫外-可见光光谱分峰拟合结果表明,14 461 cm-1处吸收可能由八面体内Fe2+的d-d禁阻跃迁产生,而15 887,16 781和17 781 cm-1三个吸收峰则与八面体内Fe3+的d-d禁阻跃迁相关。该研究的创新性主要体现在以下两个方面：（1）系统性总结宝石级榍石红外光谱、拉曼光谱及紫外-可见光光谱特征,并结合成分测试结果进行分析;（2）通过相关软件对榍石样品紫外-可见光光谱测试结果进行分峰拟合,根据各谱峰出现位置,相对强度和峰形特征,结合前人总结规律,对吸收峰进行归属,提出Fe可能是导致宝石级黄绿色榍石颜色形成的原因。     

巴基斯坦斯瓦特山谷祖母绿的谱学特征研究

随着哥伦比亚祖母绿矿的日益枯竭,巴基斯坦祖母绿逐渐成为市场的主力军之一,运用常规宝石学仪器、红外光谱仪、激光拉曼光谱仪、紫外-可见-近红外光谱仪(UV-Vis-Nir)和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)对巴基斯坦斯瓦特产区的祖母绿谱学特征进行了较系统的研究。结果表明,巴基斯坦斯瓦特祖母绿颜色整体呈深绿色-深蓝绿色,折射率较高为1.589～1.615。巴基斯坦斯瓦特产区的祖母绿中含有种类和数量较多的内含物,其中三相内含物呈边界清晰平直的矩形且具有明显定向性,与俄罗斯、赞比亚和埃塞俄比亚产区祖母绿的三相内含物接近。根据同一样品不同颜色的紫外-可见-近红外光谱和LA-ICP-MS的分析表明,在颜色较深的区域,紫外-可见-近红外光谱显示相对较强的427, 608, 637和679 nm(o光)Cr的R线吸收以及在o光下370 nm Fe的吸收,同时此区域内Cr和Fe含量相对较高,因此祖母绿色带是由含量不同的Cr和Fe所致。巴基斯坦斯瓦特祖母绿是由Cr致色,V对颜色有一定贡献且Cr/V极高。根据LA-ICP-MS结合红外光谱可知,巴基斯坦斯瓦特祖母绿属于富碱祖母绿,在红外光谱...     

钙铝榴石-钙铁榴石的拉曼光谱特征

通过对钙铝榴石 -钙铁榴石的拉曼光谱研究发现 ,从钙铝榴石到钙铁榴石 ,随着矿物结构中铁的含量的增加 ,他们的拉曼光发生规律性的变化 ,即所有的峰向低波数方向发生漂移 ;同时 ,由于铁含量的不同使得石榴石晶体结构中O -Si-O与O -Y -O之间的键角发生了一定的变化 ,在其拉曼光谱谱图上表现为铁的含量越高 ,[SiO4 ]四面体和Y -O八面体的两个弯曲振动峰分裂得越明显。     

新疆和田硬水铝石-蓝宝石谱学研究

研究一种以籽料形式出现的被称为蓝色和田玉的宝石,其产量稀少,市场价格极高。因无前人研究,无规范命名,交易市场中其商业名称混乱。使用静水称重确定其相对密度为3.85 g·cm^-3,长波紫外灯下,白色矿物部分呈橘色荧光,其他部位荧光为惰性。经显微观察,样品可见平直蓝色-白色色带、角状蓝色-白色色带以及深蓝-浅蓝色带,并可见大量白色脉状矿物。经正交偏光及微分干涉观察,确定脉状矿物与基底为不同矿物,且形成于基底之后。使用显微红外光谱仪,确定蓝色基底和白色色带红外吸收峰位于812/817、 652/655、 613/620 cm^-1,符合刚玉特征振动;脉状矿物可见3 019、 2 950、 2 129、 1 990、 1 121、 1 030、 799、 733、 648和598 cm^-1吸收,符合硬水铝石特征振动。通过显微紫外-可见-近红外分光光度计测定样品不同部位吸收光谱,其中白色色带未见明显吸收,脉状矿物见Fe³⁺的d电子跃迁⁶A₁→⁴E...     

福建寿山溪蛋石的矿物学和谱学研究

溪蛋石是寿山石的著名品种之一,指散落在月洋溪中的一种山坑石,系寿山石中的芙蓉石品种的风化产物。残块经过雨水冲刷流入溪中,复受水流、河沙等长年冲击,形成浑圆卵石状外表,因其易于雕刻塑形,广受近代雕刻家好评。为了探究寿山溪蛋石的矿物学和谱学特征,运用常规的宝石学测试方法、X射线粉末衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、显微激光拉曼光谱仪和电子探针等测试方法,对几件黄色溪蛋石样品的矿物组成、红外及拉曼光谱特征、化学成分等展开了全面研究。常规宝石学测试结果表明,溪蛋石样品的相对密度约为2.8,摩式硬度小于3;为了避免层状硅酸盐矿物的择优取向性,XRD实验采用侧压法,测试结果表明,溪蛋石由较纯的叶蜡石组成,并以单斜晶系（2M型）叶蜡石的形式存在,以2θ=19°~22°之间4.44Å（020）,4.24Å（12）和4.17Å（111）三个衍射峰为特征,其中（12）和（111）两个衍射峰相距很近,在（12）衍射峰（2θ=21.06°）右侧出现了一个衍射肩;在2θ=28°~31°之间,以3.06Å（003）强峰（2θ=29.05°）为特征;采用红外光谱仪可以有效的确定溪蛋石基质和石皮部分的矿物成分。样品的红外光谱表明,溪蛋石的风化皮与基质部分矿物成分均为叶蜡石,指纹区的主要特征峰为1 122,1 068,1 052,949,853,835,812,541和484 cm-1,其中,1 122 cm-1归属于Si-O伸缩振动,1 068和1 052 cm-1附近强而尖锐的吸收峰由简并解除的Si-O-Si伸缩振动引起,949 cm-1左右的吸收窄带由Al-OH面内弯曲振动引起;853,835及812 cm-1处强度较弱的倒“山”字形吸收谱带属于Al-OH面外弯曲振动,541 cm-1处吸收峰为Si-O-Al伸缩振动引起,484 cm-1归属于Si-O弯曲振动;官能团区3 675 cm-1处尖锐的吸收峰由Al-OH伸缩振动所导致,指示了叶蜡石结构的高度有序化。采用显微激光拉曼光谱对溪蛋石中的包裹体进行测试,以确认其矿物成分。结果显示,点片状黑色包裹体为赤铁矿,拉曼特征峰为224,291,409,494以及1 315 cm-1,灰白色矿物为硬水铝石,拉曼特征峰出现在448,499和667 cm-1,还存在707,788和1 194 cm-1处弱峰,与硬水铝石的标准谱峰吻合。此外,基质部分在111,194和261 cm-1处的拉曼峰由Si-O键伸缩振动所致,706 cm-1处强而尖锐的拉曼峰以及3 670 cm-1处的峰是由O-H伸缩振动所致,与叶蜡石的拉曼光谱一致,也与红外光谱的测试结果对应。根据矿物单位分子中的电价平衡原则和正电荷总数,利用电子探针测试数据计算溪蛋石的平均晶体结构化学式为：(Al_1.98Na_0.02Cr_0.01)[(Si_3.98Al_0.02)O₁₀](OH)₂。溪蛋石化学成分稳定,主要含有Si（64.88%）,Al（27.55%）。寿山溪蛋石中含0.2%左右的Cr和0.02%左右的Fe和Cr元素含量远大于Fe元素,因此推测溪蛋石的浅黄色由Cr和Fe离子共同作用所致。     

热红外光谱的石榴子石亚类识别方法

高光谱技术快速、无损、精确探测矿物,能够清楚的反映矿物化学成分的改变。石榴子石在热红外波段具有诊断性的三峰式特征。反射峰波长与化学成分关系密切,所以可以依据石榴子石在热红外波段的光谱特征开展其亚类分类研究。钙铬榴石和锰铝榴石反射峰位置易于与其他亚类区分,而铁铝榴石和镁铝榴石、钙铁榴石和钙铝榴石的反射峰位置有较大重叠区域,无法直接判别,因此亟需一种基于热红外光谱的快速、准确识别石榴子石亚类的分类方法。基于热红外光谱库中85个不同类型的石榴子石样本数据获取其3个反射峰位置及波长差值信息,利用非线性BP神经网络、聚类分析以及多元线性判别分析3种方法开展石榴子石亚类识别实验,并运用精确率、召回率和F1值进行分类精度评价。结果显示：BP神经网络算法分类的精确率、召回率和F1值均能达到100%,铁铝榴石和镁铝榴石、钙铁榴石和钙铝榴石得到很好地区分;聚类分析和多元线性判别分析分类的精确率、召回率和F1值分别为86.1%、80%和79.2%,84.2%、80%和79.5%,这两种方法对反射峰重叠的铁铝榴石和镁铝榴石、钙铁榴石和钙铝榴石分类效果不好,因此BP神经网络更适合石榴子石亚类识别。本研究利用BP神经网络强大的非线性自动映射能力,找到了石榴子石热红外谱段反射峰位置与亚类类型之间复杂的映射关系,证明了BP神经网络方法与热红外光谱特征结合使用的可行性与优越性,为石榴子石亚类识别提供了快速有效的技术支撑,同时为其他矿物的快速有效识别提供了良好的技术启示。     

一种新型绿松石仿制品的谱学特征研究

近年来,一种绿松石的伴生石矿物作为绿松石仿制品在市场上出现,被称为“紫罗兰”、“白水牛”等,日益受到消费者的欢迎。通过常规宝石学基本测试及X射线荧光光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线粉晶衍射仪、扫描电镜、紫外-可见光分光光度计等测试技术,对市场上这种称做绿松石伴生石的玉石进行了化学成分、矿物组成、微观结构和光谱特征的综合测试分析,并对其呈色机制进行了探讨。X射线荧光光谱显示样品的化学成分较复杂, 不同颜色的样品所含元素基本一致,主要有Ca,Al,P,Cu,Si,K,Fe和Ba等元素;根据样品红外光谱的峰位及强度可以推断样品所含的阴离子团主要是PO3-₄;由样品的X射线粉晶衍射可推断该玉石主要矿物为纤磷钙铝石、磷钙铝石;扫描电镜显示样品致密,由无数鳞片状、叶片状及不规则粒状集合体组成;通过对可见光吸收光谱的分析,推测样品是由Fe3+离子中的电子跃迁致色,Fe3+含量不同导致样品颜色不同。     

江西朱溪钨矿床矽卡岩矿物热红外光谱学特征研究

朱溪钨矿床白钨矿化与矽卡岩化密切相关,白钨矿多与石榴子石、透辉石等矽卡岩矿物一起产出。该研究对朱溪典型矽卡岩矿物如石榴子石、透辉石、符山石、硅灰石、阳起石等进行显微红外光谱测量和电子探针分析,探究朱溪矽卡岩矿物的热红外光谱特征及其对成矿的指示意义,并建立朱溪地区的矽卡岩矿物热红外光谱库。结果表明,朱溪钨矿床石榴子石主要为钙铝—钙铁榴石系列,在800和920 cm^-1附近存在一大一小两个吸收峰,在880 cm^-1附近存在特征吸收谷;当石榴子石成分中钙铝榴石含量大于50%时,石榴子石特征吸收谷位于880～900 cm^-1,当钙铝榴石含量小于50%时,石榴子石吸收谷位于865～875 cm^-1。随着Al₂O₃含量增加,其特征吸收谷向高波数方向移动,钙铝榴石偏向高波数,钙铁榴石偏向低波数;辉石主要为透辉石—钙铁辉石系列,在850～950 cm^-1波数范围内存在诊断式、呈阶梯状降低的吸收峰,且在1 050 cm^-1处存在吸...     

变色硬水铝石的光谱学特征及其变色机理

硬水铝石(α-AlOOH)是铝土矿的主要组成矿物之一,常用于工业提炼铝以及制作耐火材料。近年来,一种具有变色效应的硬水铝石晶体开始在市场中出现。采用X射线荧光能谱仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪、紫外可见近红外分光光度计以及测量颜色参数等方法获得了变色硬水铝石和无变色效应硬水铝石的光谱学特征,并探讨了其变色效应的成因。变色硬水铝石在日光下常呈黄绿色而在白炽灯下呈褐红色,其红外光谱与拉曼光谱与普通硬水铝石的特征峰较为一致,其中红外光谱中的特征峰主要集中在400~1 200,1 800~2 110和2 900~3 000 cm-1三个范围内,拉曼特征峰则主要位于154,331,448,665和1 189 cm-1附近。对比化学成分分析和紫外可见吸收光谱的测试结果,认为Fe3+和Cr3+的d-d电子跃迁导致变色硬水铝石在可见光绿-黄绿色光区(500~560 nm)和橙黄-红色光区(600~780 nm)的透射程度较为接近,环境光源中红光和绿光相对功率分布的差异使硬水铝石产生变色效应。对变色硬水铝石在模拟日光和白炽灯光条件下的颜色参数进行了测定,结果显示不同光源下样品颜色参数a*和h₀的变化,可定量地描述变色硬水铝石的变色效应。为硬水铝石的应用拓展、性能改善以及氢氧化物材料光学性质的深入探讨提供了科学依据和数据支持。     

K7[P2Mo4W13M(H2O)O61]及其有机复合材料的合成及光谱研究

用降解法制得了Dawson结构铬、铁取代的磷钼钨酸钾,并将其与溴化(E)-N-丁基-4-(2-(4-二甲氨基苯基)乙烯基)吡啶反应制备了有机复合材料.通过元素分析和TG-DTA确定了配合物的组成分别为K7[P2Mo4W13M(H2O)O61](M=Cr(1),Fe(2))和(C19H25N2)6K3[P2Mo4W13MO62](M=Cr(3),Fe(4)).利用红外光谱、紫外-可见光谱、固体漫反射紫外-可见-近红外光谱、X射线光电子能谱以及荧光光谱对上述化合物进行了表征,并研究了复合材料中无机与有机组分间的相互作用及其荧光性质.     

坦桑石的矿物学及谱学特征研究

对来自坦桑尼亚Merelani地区的坦桑石样品,分别采用电子探针、EMXPLUS型ESR谱仪、同步热分析仪、紫外可见光谱仪以及傅里叶变换红外光谱仪进行了测试与分析。结果表明：坦桑石样品的主要成分为SiO₂,Al₂O₃和CaO,微量成分中V₂O₅含量相对最多,平均含量为0.36%;坦桑石样品本身不含吸附水,结晶水, 加热至780 ℃附近时,脱失结构水,样品中结构水大约占总质量的2%;ESR实验结果中显示出明显Fe3+和Mn2+的电子顺磁信号;紫外-可见光谱显示,样品在385 nm处出现吸收窄带,575和750 nm处分别出现较为宽缓的吸收;红外光谱测试表明,样品在6 500~9 000 cm-1波段的倍频振动区,基本没有吸收。在4 000~6 500 cm-1波段主要为和频振动,5 956 cm-1附近呈较宽缓的吸收峰,5 413,5 184,4 336和4 046 cm-1处出现较尖锐的吸收峰,主要可能由O-H,矿物内的Si-O,以及空气里面的H₂O分子和CO₂振动所引起。综合EPMA以及ESR分析结果,蓝-紫色坦桑石颜色可能主要由V3+和V5+共同引起,Fe3+晶体场的d-d电子跃迁、Fe2+→Ti4+的电荷转移辅助致色。     

内蒙古固阳浅黄色系长石的谱学特征研究

内蒙古每年可开采多达100 t黄色至无色的长石，且透明度良好、分布集中，加以处理以顺应市场需求，固阳长石可作为极具发展前景的宝石资源。采用激光拉曼光谱、 X射线荧光光谱、傅里叶变换红外光谱、电子探针一系列测试技术，以及常规宝石学测试方法对内蒙古固阳县长石的基本宝石学特征、化学组成成分及振动光谱特征等进行了系统的研究。结果表明，该产地长石原石样品的晶形大多是成砾石状，折射率为1.555～1.570,双折射率为0.008～0.010,密度在2.65～2.68 g·cm^-3,样品的紫外荧光特征显示，在长波(365 nm)和短波(254 nm)下均为惰性。X射线荧光光谱仪分析表明，所有样品中均含有一定量的Al、 Si、 Ca,以及少量的Ti、 Fe、 Mn、 Mg和Sr。根据电子探针测试结果计算长石的化学分子式及端元组分比例可知，该类样品属于中长石。长石的红外吸收谱峰主要位于1 200～400 cm^-1之间。其中从钠长石到钙长石，随长石牌号递增，在红外吸收光谱中则表现为：590和650 cm^-1的吸收峰均向低波数范围偏移，分别偏...     

变色尖晶石的光谱学特征及变色机理研究

尖晶石作为一种珍贵的宝石材料，因其瑰丽的颜色外观和悠久的历史而广受称赞。变色效应作为宝石学中一种常见的光学现象，在变石，蓝宝石，尖晶石，石榴石等宝石中都可以出现。通常将宝石的变色效应归结为Cr离子和V离子所致，但是目前有关变色尖晶石的报道较少，缺乏致色元素和变色机理的研究。本次研究对象是一颗具有变色效应的尖晶石(在D65光源下呈蓝色，在A光源下呈蓝紫色)，和两颗不具有变色效应的蓝色尖晶石(两种光源下色调无明显变化)。运用电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)、紫外可见光谱仪、拉曼光谱仪、光致发光光谱仪获取样品的成分和光谱信息。LA-ICP-MS化学成分测试结果表明，三颗尖晶石均为镁铝尖晶石，主要化学成分为MgO和Al₂O₃，并含有Fe，V，Cr，Co和Zn等微量元素，在变色尖晶石中含有较多的Fe离子和微量的Co离子，不含有Cr离子，并且变色尖晶石与无变色效应的蓝色尖晶石中V离子含量相近。变色尖晶石紫外可见吸收光谱具有位于387, 461, 478, 527, 559, 590, 627和668 nm处的吸收峰，其中387, 461, 478和668 nm吸收峰与Fe离子有关。559，590和627 nm处的吸收峰是由Co离子d轨道电子自旋允许跃迁4A₂→4T₁(4P)并经自旋-轨道耦合作用分裂所致。此外，四面体配位中的Fe2+ d—d自旋禁阻跃迁5E(D)→3T₁(H)同样在559 nm处产生吸收峰。由Co离子和Fe离子共同作用，在559 nm附近产生的吸收宽带是尖晶石产生变色效应的主要原因。拉曼光谱测试结果显示变色尖晶石与其他两颗蓝色尖晶石无差异，可见311，405，663和765 cm-1四个特征拉曼位移峰，依次对应F_2g(1), E_g, F_2g(3)和A_1g振动。光致发光光谱(PL)测试发现变色尖晶石中处于T_d对称位置的Co2+的4T₁(P)能级会分裂成为三个子能级，电子由三个4T₁(P)激发态的子能级回落到4A₂(F)基态而产生位于686，650和645 nm处的发光峰。变色尖晶石中Co离子含量很低，并且Fe离子含量较高，受到Fe离子荧光猝灭作用，样品无红色发光现象。     

漫反射光谱在“老挝石”颜色成因上的应用

近来,一种产自老挝的新型印章石(俗称“老挝石”)涌进国内市场,对我国印章石市场造成一定影响,“老挝石”的研究尚处于起步阶段,对其颜色成因的研究更为缺乏。采用漫反射光谱(DRS)结合X射线粉晶衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、X射线荧光光谱(EDXRF)等测试对红色“老挝石”的矿物成分和致色机理进行深入研究。结果显示,“老挝石”的主要矿物成分为地开石,并含有少量高岭石,化学成分中的Fe含量和“老挝石”红色色调呈正相关关系,即颜色越深Fe的含量越高。铁质矿物呈微晶集合体浸染分布于地开石的颗粒间,由于其含量低、粒度细小,常规的微区测试方法无法确认其种属。相比之下,漫反射光谱对微晶铁矿物的鉴定十分有效,对可见光波段漫反射光谱处理得到导数等,在土壤沉积物中已经被用来定量测定针铁矿和赤铁矿。该研究中“老挝石”基体与土壤沉积物均为粘土矿物,可以用漫反射光谱来判定“老挝石”中铁矿物种属。漫反射光谱一阶导数法显示,其谱峰位于565～570 nm,由此确认铁矿物的种属为赤铁矿。微晶赤铁矿分布于“老挝石”矿物颗粒间,使样品产生红色,赤铁矿含量越高,红色调越深。     

典型块状煤的可见-近红外光谱特征研究

因可见-近红外波段反射光谱测试方便,仪器成本较低,适用于在线分析,为此针对煤在可见-近红外波段的反射光谱曲线特征规律及其产生机理进行了研究分析。从晋、鲁、宁、吉地区煤矿收集了无烟煤、烟煤、褐煤三大类型中的12种典型煤样,按煤阶从高到低具体包括无烟煤一号、无烟煤二号、贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、褐煤一号、褐煤二号,在实验室利用地物光谱仪采集了块状煤样在可见-近红外波段的反射光谱曲线。通过对光谱曲线特征分析,发现无烟煤的反射光谱曲线整体上趋于水平方向,吸收谷特征不明显,随煤阶的降低,光谱反射率、近红外波段光谱斜率整体上呈增加趋势,较明显的吸收谷特征增多且吸收强度增加,有13个较明显的吸收谷特征波段。通过X射线衍射分析（XRD）测定了煤样的碳材料结构和矿物成分,煤非晶质性分子结构的芳构化趋势对煤阶升高时光谱反射率降低、反射曲线趋于平缓起到主要作用。当煤阶降低时,以脂肪侧链为主的有机吸收基团的中红外波段基频在近红外波段的倍频和合频产生众多吸收叠加,绝大多数吸收谷特征不明显,相对较为明显的吸收谷产生在1 700和2 300 nm附近。同时含Fe等过渡金属的矿物、H₂O、粘土矿物等无机物成分也是煤反射光谱曲线吸收谷特征增多的因素。通过对实验煤样X射线荧光分析（XRF）和工业分析测定了煤样中Fe和Al等矿物元素成分含量和空气干燥基水分、灰分、挥发分、固定碳含量,得出煤反射光谱曲线的近红外波段光谱斜率与挥发分产率、固定碳含量分别呈正、负相关性。H₂O谱带吸收深度之和与内在水分含量线性相关性较好,Fe和Al含量与相关波段吸收谷深度之和基本呈线性关系,而主要由有机基团倍频和合频所产生的1 700和2 300 nm附近两处吸收谷深度之和与挥发分产率线性相关性较差。获得典型块状煤种的可见-近红外波段反射光谱特征,为煤矿区高光谱遥感以及煤光谱数据库的建立提供依据,也为直接利用可见-近红外波段的反射光谱曲线波形特征快速、低成本、定性地识别煤种类提供参考;同时对煤矿用煤炭探测光谱传感器的研制具有重要意义。     

基于近红外光谱和ELM算法的菱镁矿石品级分类研究

由工业发展需求,针对菱镁矿石矿物含量不同以及分布不均匀而难以判定其品级的情况,提出一种由近红外光谱技术结合ELM的菱镁矿石品级分类模型。该模型可以实现菱镁矿石品级的快速分类。近红外光谱利用菱镁矿中不同种类含H基团对近红外光谱有不同吸收的特性,用来测定菱镁矿石的成分及其含量,其操作简便、不破坏样品、速度快、准确高效。以辽宁省营口市大石桥的菱镁矿石30组为研究对象,采集菱镁矿石的近红外光谱数据样本30×973。采用主成分分析(PCA)对其进行降维处理,以主元贡献率大于99.99%而得到10维的特征变量值。建立了ELM算法定量分析数学模型,取20组样本为训练样本(包括6组特级,14组非特),其余10组作为测试样本(其中4组特级,6组非特),ELM算法模型的隐含层节点数选取20。为了进一步提高分类效果,提出两种ELM算法模型的改进：采用循环模式对传统ELM的输入权值和阈值进行寻优的精选ELM和在精选ELM基础上进行集成的集成-精选ELM。并与用人工方法、化学方法和BP神经网络模型方法对菱镁矿石样品品级分类作对比。结果表明：近红外光谱和ELM菱镁矿石品级分类模型不论在时间上还是成本上,都具有明显的优势,且其准确率能够达到90%以上,为菱镁矿石品级分类提供了一条新的途径。     

莫桑比克摩根石的谱学特征研究

近几年摩根石凭借它独特的色彩悄然兴起。采用常规仪器测试、激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP-MS)、紫外-可见吸收光谱(UV)、红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman),对产自莫桑比克的摩根石基本性质、化学成分特征、谱学性质进行了较为详细的分析。紫外-可见光谱获得样品主波长、饱和度、明度等相关颜色参数;成分测试显示样品摩根石中Li,Rb,Cs,Mn等含量较高,计算所得到的晶体化学式为Be_3.2090Al_2.0757Li_0.425Si_5.664O₁₈(Na_0.1420Cs_0.1316);红外光谱显示,摩根石的结构振动区主要在指纹区400～1 200 cm-1,其中900～1 200 cm-1为Si—O—Si环的振动区,550～900 cm-1为Be—O振动区,而450~530 cm-1为Al—O振动区。由于摩根石中的Cs元素的含量较高,而Cs为原子序数较高的元素,其存在可能令Si—O—Si环振动谱峰向低频位移。拉曼光谱显示1 065 cm-1为Si—O非桥氧伸缩面内振动,1 000 cm-1左右为Be—O的非桥氧伸缩面外振动,685 cm-1为Si—O—Si的变形面内振动,400 cm-1为O—Be—O的面外弯曲振动,在390 cm-1处为Al—O的面外变形振动,在320 cm-1处为Al—O的面外弯曲振动。