一种“冻地”鸡血石相似玉石的宝石学及谱学研究

研究对象是一种与“冻地”鸡血石外观高度相似的玉石,该种玉石半透明“地”中含有橙红色矿物。利用X射线粉晶衍射仪、扫描电子显微镜、红外光谱仪、拉曼光谱仪对该玉石的宝石学及谱学特征进行研究。结果表明：该玉石“地”的主要组成矿物为有序度较高的地开石、橙红色矿物为雄黄;地开石晶体为自形假六边形片状,约15～20 μm,厚2～4 μm,粒径均一且形态一致,集合体在三维空间无序排列;部分样品“地”中含有少量黄铁矿、萤石、石英、方解石等矿物。“地”的红外光谱指纹区具有高岭石族矿物的主要特征峰,分别位于430,470,540,698,755,795,913,937,1 002,1 034和1 118 cm-1;官能团区以3 622,3 653和3 706 cm-1处的吸收峰为特征,3 622 cm-1吸收峰由内羟基OH1的面内伸缩振动引起,3 653 cm-1归属于内表面羟基OH2和OH4的同相伸缩振动;从高频峰到低频峰强度依次增大,且内表面羟基OH3伸缩振动引起的吸收峰位于3 706 cm-1,表明“地”为有序地开石;拉曼光谱测试表明“血”为雄黄,具有186,222,235,273,346和355 cm-1的特征拉曼位移,其中186和222 cm-1归属于S-As-S的弯曲振动,346和355 cm-1由As-S的伸缩振动引起;拉曼光谱同样可用于“地”的矿物组成研究,低频区具有133,241,266,336,436,463,747,792和914 cm-1的高岭石族矿物的特征位移,高频区可见三个与红外光谱相似的阶梯状谱峰,3 624 cm-1强度最大,归属于OH1的伸缩振动,次强峰3 646 cm-1由OH2和OH4的同相伸缩振动引起,归属于OH3的伸缩振动峰强度最小且位于3 706 cm-1,高频区拉曼位移特点指示“地”为地开石,且有序度较高,与红外光谱测试结论一致。尽管研究样品的“地”与“冻地”鸡血石的主要组成矿物相同,为地开石,且具有外观细腻、温润等特点,但其“血”并非辰砂而是雄黄,所以不应与鸡血石混淆,其正确的珠宝玉石名称应为“粘土矿物质玉”。     

广东省石英质“台山玉”矿物谱学及其标型特征研究

石英质玉分布广泛,在我国十几个省区均有产出,是国内市场上重要的特色玉石品种,其使用历史悠久,是岭南先秦时期重要的玉石材料。石英质玉石的产地区分具有重要的宝石学和考古学意义。然而,由于石英质玉产地众多,外观、成分特征相似,尚缺乏有效的产地判别方法,其产地来源标型特征的研究仍然非常薄弱。"台山玉"是产于广东台山的一种石英质玉石,因其颜色质感酷似田黄而日益受到重视。该研究在常规的宝石学测试基础上,采用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、显微激光拉曼光谱(Raman)等分析方法,对6件具有代表性不同类型的台山玉的谱学特征及矿物组成进行了测试分析。实验结果显示,台山玉主要矿物为石英,次要矿物为地开石或高岭石;地开石、高岭石在台山玉中以其中一种为主,二者不共存;利用XRD-Rietveld法定量计算出台山玉中石英含量低于85 Wt%,高岭石族矿物含量介于17 Wt%~36 Wt%。台山玉的拉曼光谱缺失斜硅石的502 cm^-1特征峰,暗示了台山玉的主要矿物石英与玉髓、玛瑙类低温石英相比具有较高的结晶度;台山玉可分为地开石石英岩玉和高岭石石英岩玉两种类型,其中地开石型石英质台山玉红外光谱羟基振动区出现3 622, 3 653和3 703 cm^-1三个谱带,而拉曼光谱相应地出现3 622, 3 644和3 706 cm^-1三个谱带,二者均有谱带分裂明显,峰强向高频方向递减的特点,台山玉多为此类型;高岭石型台山玉红外光谱羟基振动区出现3 620, 3 652, 3 670和3 695 cm^-1四个谱带,而拉曼光谱出现3 620, 3 651, 3 670和3 687 cm^-1四个谱带,其中3 670 cm^-1带强度很弱,不易识别,该类型台山玉比例相对较少。台山玉中高有序度地开石、高岭石的出现指示其原岩中富Al质矿物经历了中温酸性热液交代蚀变作用,成矿条件与黄龙玉、金丝玉、霍山玉等石英岩玉存在差异。可以确定,地开石、高岭石是台山玉区别于其他产地石英岩玉的标型矿物。结果为台山玉的产地鉴定提供了科学依据,并为国内石英质玉的源区鉴定和古代石英质玉器的产地溯源提供了重要的参考。     

湖北十堰红褐色条纹绿松石的谱学特征

条纹绿松石是湖北十堰绿松石市场出现的一种深受消费者喜欢的品种,该研究对象为一块基底为浅蓝绿色,条纹为红褐色的绿松石样品,红褐色条纹在浅缘蓝色基底上规律性分布。对样品进行显微观察、能谱仪成分测定、显微紫外-可见-近红外光谱仪测试和显微激光拉曼光谱仪测试。研究结果表明,样品的红褐色条带由呈近圆形的赤铁矿集合体在绿松石中规律性聚集形成,赤铁矿颗粒细小,呈圆点状、雪花状集合体在绿松石中浸染状分布;化学成分测试结果表明条带处比基底处铁含量高,且杂质矿物中FeO_T含量约为56.06%～59.13%;显微紫外-可见-近红外光谱显示杂质矿物中的致色离子主要为Fe~(3+),可见374 nm附近由Fe~(3+)的d电子跃迁[~6A_1→~4E(~4D)]所致的弱吸收、 429和418 nm附近由Fe~(3+)的d电子跃迁(~6A_1→~4E,~4A_1(~4G))所致的双吸收、 475 nm附近和544 nm附近由Fe~(3+)对{[~6A_1+~6A_1→~4T_1(~4G)+~4T_1(~4G)]}电子跃迁所致的弱吸收;杂质矿物的显微激光拉曼光谱在225, 296, 411, 612, 659和1 320 cm~(-1)处显示赤铁矿的典型拉曼峰。条纹绿松石中杂质矿物的谱学特征表明该杂质矿物为赤铁矿。绿松石中的赤铁矿为绿松石矿床中的伴生矿物,绿松石中赤铁矿的存在为绿松石的产地鉴别以及古代绿松石的产地溯源提供数据支撑,条纹绿松石中杂质矿物赤铁矿的周期性出现表明绿松石形成环境的不稳定及周期性。     

福建寿山豆耿石的矿物学和谱学初探

运用X射线粉晶衍射、傅里叶红外光谱、拉曼光谱等光谱学方法,辅以静水称重法、扫描电镜、湿化学分析等矿物学测试手段,对近年来在福建寿山发现的寿山石新品种——豆耿石的谱学和矿物学特征进行了研究。XRD测试结果表明样品豆耿石的主要矿物成分是有序度存在差异的地开石;物相和多型分析表明除2M1型地开石外的杂质矿物成分有黄铁矿、明矾石、多型为2M和1Tc过渡结构的叶蜡石和2M1多型的伊利石;对红外光谱谱峰的分析显示与XRD测试结果相符的物相特征,表明样品以无序地开石为主;由于样品切片显微镜下性状表明样品中浸染色脉和不透明矿物的含量对样品外观颜色存在显著的影响,因此使用原位拉曼光谱手段对微区色脉以及不透明矿物进行测试,结果显示光谱谱峰、拉曼位移和拉曼散射峰均表现出典型FeS_2光谱特征,说明样品中对豆耿石颜色起重要作用的深色部分主要成分均为黄铁矿;扫描电子显微镜下可见地开石呈显微隐晶一微晶结构,部分样品局部可见深色浸染色脉包裹着显微粒状的黄铁矿,自形-半自形结构分布;结合各化学分析与光谱测试结果分析可知,豆耿石的物理和矿物学性质与其密度、有序度和内部显微形貌的均匀致密程度存在关联;豆耿石的颜色成因与前人研究的寿山黑田(黑色田黄)及坑头黑不同,主要为呈微晶分布(粒度范围3～20μm)的杂质矿物黄铁矿致色,基质地开石中的铁离子对呈色贡献不大。     

老挝水洞桃花石和高山桃花石的宝石学与谱学特征对比

老挝水洞桃花石因与寿山石中的著名品种高山桃花石外观质地相似而受到关注。运用宝石显微镜、 X射线粉晶衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(LRM)等测试方法对老挝水洞桃花石样品的矿物组成、红外光谱特征、拉曼光谱特征、杂质矿物成分以及颜色成因进行了研究,并与高山桃花石的特征对比可知:老挝水洞桃花石的主要矿物组成为结晶度中等的地开石与高岭石的过渡矿物或结晶度较高的地开石,个别样品还含有石英。老挝水洞桃花石在官能团区的三个红外特征吸收峰位于3 697, 3 653和3 621 cm~(-1)处,与羟基的伸缩振动有关,其矿物成分为无序地开石-高岭石过渡矿物。高山桃花石样品的红外光谱存在3 702, 3 653和3 621 cm~(-1)三个特征吸收峰,吸收峰的位置及强度表明其基质部分的矿物组成为有序地开石。老挝水洞桃花石和高山桃花石样品在指纹区的红外光谱特征基本一致,均显示1 106, 1 034和1 006 cm~(-1)处Si—O和Al—O—H的伸缩振动吸收峰; 937和913 cm~(-1)处Al—O—H弯曲振动吸收峰, 695和538 cm~(-1)处Si—O—Al伸缩振动吸收峰; 471和430 cm~(-1)处Si—O弯曲振动吸收峰。老挝水洞桃花石样品基质部分的拉曼光谱中, 200～1 000 cm~(-1)范围内202和273 cm~(-1)处拉曼峰归属于O—H—O伸缩振动, 341 cm~(-1)拉曼峰归属于Si—O振动, 439和468 cm~(-1)处拉曼峰归属于Si—O弯曲振动, 754和800 cm~(-1)处拉曼峰归属于Al—O—Si的弯曲振动, 921 cm~(-1)处拉曼峰归属于OH弯曲振动。3 550～3 750 cm~(-1)范围内OH振动区通常显示与红外光谱高频区相似的三个谱峰。老挝水洞桃花石和高山桃花石中"桃花"内含物均为赤铁矿,特征拉曼峰位于225, 296, 411和1 318 cm~(-1)处,高山桃花石中还存在锐钛矿,特征拉曼峰出现在145和639 cm~(-1)处。结合显微放大观察和电子探针成分分析的结果可知,老挝水洞桃花石和高山桃花石都为杂质矿物致色,内部密集的微晶赤铁矿包裹体使之呈现红色。     

云南龙陵黄龙玉的振动光谱及XRD光谱表征

黄龙玉是云南省龙陵县近年发现的新玉石品种,在国内市场热度较高。目前对其矿物组成和光谱特征还未有报道。在常规的宝石学测试基础上,重点采用激光拉曼光谱仪、红外光谱仪和X射线粉晶衍射(XRD)分析方法,对其振动光谱特征和矿物组成进行了细致的研究。结果表明,黄龙玉显示典型的石英质玉石的振动光谱特征,主要红外吸收谱带位于1 162,1 076,800,779,691,530和466 cm-1处,分别属于Si—O—Si非对称伸缩振动、Si—O—Si对称伸缩振动、Si—O—Si弯曲振动。其中在800 cm-1附近谱带有分裂,表明黄龙玉结晶程度较好。拉曼光谱中,归属Si—O—Si弯曲振动的谱带强度较高,主要拉曼散射峰为463和355 cm-1。XRD结果证实,其矿物组成为较纯的石英,红色样品中还含有微量的赤铁矿,是其产生红色的原因。这是首次系统研究黄龙玉的红外光谱、拉曼光谱及XRD谱学特征,为其鉴定、定名及后续的研究提供科学依据。     

湖北竹山黄绿色-绿色绿松石伴生矿的谱学研究

近年来绿松石市场上出现了俗称"绿松石伴生矿"的天然矿物,颜色丰富,有紫色、白色、褐黄色、黄绿色、绿色等,其中黄绿色-绿色系绿松石伴生矿相对其他颜色绿松石伴生矿与绿松石外观较为相似,鉴别难度较大。为探究其鉴别特征,选取两块来自湖北省竹山县市场的黄绿色-绿色系伴生矿原石(样品E和F),对其进行基础宝石学、电子探针、 X射线粉晶衍射、显微激光拉曼光谱及紫外-可见分光光谱测试。测试结果显示该色系绿松石伴生矿的主要矿物成分为氟磷灰石(Ca_5(PO_4)_3F)、白云母(KAl_2(AlSi_3O_(10))(OH)_2)等。电子探针背散射照片显示样品为结晶颗粒细小的多物相混杂的混合物,化学成分定量测试结果表明深色物相为含铝的硅酸盐,而浅色物相为含钙的磷酸盐,此外两样品含有2.27～6.22 Wt%的CuO和2.43～4.99 Wt%的FeO;有损测试X射线粉晶衍射可准确测试样品主要矿物为氟磷灰石和白云母及少量绿松石;样品的氟磷灰石和白云母典型拉曼谱峰可作为有效鉴别依据,其中964 cm~(-1)附近氟磷灰石的典型拉曼谱峰以及203, 432, 709和3 626 cm~(-1)附近白云母的典型拉曼谱峰可将其与绿松石有效鉴别。紫外-可见吸收光谱测试结果表明样品的颜色成因与绿松石相似,主要是由Cu~(2+)和Fe~(3+)的电子跃迁所致。通过对该色系样品相对较系统的谱学测试,笔者认为拉曼光谱是鉴别绿松石伴生矿中不同矿物相的无损、快速、有效的方法,氟磷灰石和白云母典型拉曼谱峰可将其与绿松石有效区分。     

马达加斯加玛瑙的光谱学特征研究

玛瑙在世界各地分布广泛,有关玛瑙矿物学和光谱学特征的研究颇丰,但对产自马达加斯加安楚希希市和马哈赞加省的玛瑙的光谱学和产地特征研究甚少。采用正交偏光显微镜、红外光谱和拉曼光谱仪对5块来自安楚希希市和马哈赞加省具有纹带结构的玛瑙样品进行光谱学特征分析。结果表明：这两个产地玛瑙的主要矿物成分一致,均为α-石英和斜硅石。来自马哈赞加省的样品靠近中心的白色、红色部分斜硅石的特征拉曼峰（501cm-1）缺失,根据前人研究发现是与玛瑙内部的结构水之间发生脱水反应形成中性水分子,而这些中性水分子与斜硅石反应生成了石英颗粒有关。然而两产地玛瑙的致色矿物不同,马哈赞加省玛瑙棕色和红色部分具有222, 294, 410以及1 316 cm-1的特征拉曼位移峰,与赤铁矿的拉曼特征峰相符,确定这部分的致色矿物是赤铁矿,而安楚希希市玛瑙黄色部分只具有400和1 160 cm-1的特征峰,与六方纤铁矿的拉曼特征峰相符,因此此部分的致色矿物是六方纤铁矿（δ-FeOOH）。部分来自安楚希希市的玛瑙具有少量的杂质矿物,通过拉曼测试发现杂质矿物的成分也是六方纤铁矿（δ-FeOOH）和α-石英。结合六方纤铁矿的特性推测来自安楚希希市的四块样品是处于低温（<80 ℃）、Fe2+含量很少（β<0.03）且空气不流通的偏酸性的环境当中形成的。红外光谱测试发现两个产地的玛瑙均有液态水（3 400 cm-1左右）和结构水（3 750～3 500 cm-1）的红外特征峰,安楚希希市的结构水红外特征峰位于3 740 cm-1处,可推测该结构水位于结构缺陷处。结合马达加斯加玛瑙的光谱学特征和纹带结构的讨论,对推测马达加斯加玛瑙的形成机制有着重要的意义;并且六方纤铁矿（δ-FeOOH）可以作为区别于其他产地的标型矿物,具有产地特征意义;同时为研究马达加斯加玛瑙形成的地质环境提供了数据支持。     

4种红色青田石的矿物成分与谱学特征

浙江省青田县的青田石为我国四大图章石之一。青田石均为原生矿，属于硐采图章石。开采出的青田石具有丰富的颜色，但是其中红色品种的青田石较少，一般为特征的暗红棕色。对产自青田县山口矿区的4种红色青田石：红花冻、红花、石榴红、桔红石进行了谱学研究，主要采用了偏光显微镜、X射线粉末衍射(XRD)、以及拉曼光谱(LRM)对组成它们的主要和次要矿物成分和颜色成因进行了初步探究。在偏光显微镜下, 对四种红色青田石薄片样品中颜色的分布形态进行了详细观察。其中，红花冻和桔红石的红色部分呈颗粒状、团块状浸染分布于基体中，而石榴红和红花的红色部分呈点状、脉状侵染分布于基体中。在XRD测试中，对它们的主要矿物成分和次要矿物成分进行了研究，并对其进行了青田石种类归属。红花冻、红花和石榴红的主要矿物成分为叶腊石，三者属于叶腊石型青田石。叶腊石存在1Tc和2M两种多型。根据XRD衍射谱中19°~22°（2θ）和28~31°（2θ）处衍射峰形态和具体峰位，可知红花冻主要为2M型叶腊石组成，含有1Tc型叶腊石；红花和石榴红主要为2M型叶腊石组成。其中红花冻的次要矿物成分为地开石，红花的次要矿物成分为石英，石榴红的次要矿物成分为云母；桔红石的主要矿物成分为地开石，属于地开石型青田石。地开石存在有序→无序的结构特征，根据地开石XRD的（020），（110）和（112）衍射峰强度特征，可知石榴红中地开石的有序度较高。桔红石中次要矿物成分为石英。拉曼光谱对红色青田石的次要和微量矿物成分进行了研究，并主要对红色部分的矿物成分进行了探测，以确定红色青田石的颜色成因。测试结果显示，四种红色青田石均含有赤铁矿。此外，红花冻中还存在硬水铝石和金红石；红花中还含有大量石英以及少量硬水铝石和金红石；石榴红中还含有硬水铝石和金红石；桔红石中还含有石英。红花冻、红花和桔红石为赤铁矿微晶致色，而石榴红的为金红石微晶致色。因此，所研究的四种红色青田石均属于杂质矿物致色。     

北红玛瑙的颜色成因及光谱学特征研究

在我国东北大、小兴安岭南段,广泛产出一种外观以红色为主,常带有黄色调的半透明玛瑙,被称为"北红玛瑙"。通过偏光显微镜观察、 X射线粉晶衍射分析、拉曼光谱、紫外-可见光吸收光谱、岩石化学全分析对北红玛瑙及黄色、白色对比样品的物相组成、化学组成和光谱学特征进行了测试分析。结果显示,北红玛瑙的主要矿物组成为α-石英,次要矿物组成为斜硅石和针铁矿,另外还含有极少量的赤铁矿。北红玛瑙的红色、黄色与针铁矿和极少量的赤铁矿有关,与南红玛瑙主要为赤铁矿致色明显不同。显微观察时,针铁矿、赤铁矿以橙红色点状和浸染状两种形式存在,其中点状分布的针铁矿、赤铁矿大小约10μm,但不具备明显的单晶晶体形状,推测是由亚微米级大小的针铁矿及极少量的赤铁矿聚集形成的集合体;浸染状分布的橙红色针铁矿、赤铁矿不可见矿物颗粒大小,推测其颗粒大小和点状分布的致色矿物类似,均为亚微米级大小,但与点状分布的致色矿物不同的是,并未聚集形成显微镜下可见的点状集合体。整体上外观呈红色的北红玛瑙中针铁矿、赤铁矿的含量多于黄色对比样品中的致色矿物含量,致色矿物的含量会直接影响北红玛瑙的颜色色调。紫外-可见光吸收光谱中,针铁矿中Fe~(3+)的~6A_1→~4E,~6A_1→~4E~4A_1, 2(~6A_1)→2(~4T_1)(4G),~6A_1→~4T_2(4G)和极少量赤铁矿中Fe~(3+)的~6A_1→~4E~4A_1,~6A_1→~4T_2吸收带与针铁矿、赤铁矿中O~(2-)和Fe~(3+)之间的电荷转移共同作用,形成了北红玛瑙带黄色调的红色外观。紫外-可见光吸收光谱的一阶导数谱中,可见光范围内北红玛瑙的一阶导数谱极小值的位置为555和556 nm,黄色对比样品为530 nm,淡黄色对比样品为502 nm,随着玛瑙红色调的逐渐减少,可见光范围内一阶导数谱的极小值位置也逐渐减小,可以据此衡量红色～黄色玛瑙的色调深浅,这也对石英质玉石的品种鉴定及颜色分级具有重要参考意义。     

白色‐浅灰色高山石与昌化石产地鉴别谱学初探

我国印章石文化源远流长。寿山石和昌化石是我国著名的印章石品种,但是其价格存在一定的差异。高山石是寿山石中的主要品种,市场占有率高。为了有效进行产地鉴别的初步研究,选择白色-浅灰色高山石与昌化石,以避免致色矿物或致色元素对产地鉴别的干扰。采用傅里叶变模红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（LRM）、和激光剥蚀-等离子体质谱（LA-ICP-MS）分析白色-浅灰色的高山石和昌化石的矿物组成和痕量化学成分,并结合两者的物理性质,探究两个产地的印章石的异同和鉴别方法。白色-浅灰色高山石颜色较昌化石均一,高山石透明度整体上较好,两者密度和折射率非常相近。根据红外光谱指纹区谱峰,可以确定白色-浅灰色的高山石和昌化石的基质均以高岭石族矿物为主要成分。高岭石族矿物中羟基在结构中的占位不同,因此在红外光谱中羟基伸缩振动吸收峰的数目与形态各不相同。根据红外光谱中官能团区的羟基峰形态和数目的测试结果,可知高山石的主要矿物成分为有序地开石,而昌化石样品中的主要矿物成分为无序地开石,两者均可含有少量高岭石。利用拉曼光谱对两者的砂钉状及棉点状杂质矿物成分进行了研究,发现高山石中杂质矿物成分较简单,暗色砂钉为黄铁矿,透明砂钉为石英;而昌化石中的杂质矿物成分较复杂,含有赤铁矿、金红石、锐钛矿、石英和重晶石。对比两者中地开石的LA-ICP-MS数据发现,高山石中Ge元素含量较高,而昌化石中V和Zn元素含量较高。根据Ge/Zn元素含量比值,高山石基本大于0.2,昌化石基本小于0.2;而根据Ge/V元素含量比值,昌化石大部分小于0.1,而高山石分布在0～1.0之间。两个产地Ge/V-Ge/Zn散点分布不同,区分度可达90%以上。白色-浅灰色的高山石和昌化石的颜色、密度和折射率等物理性质均相近,仅通过外观特征和物理性质较难准确将两个产地的白色-浅灰色印章石区分开。但是两者的杂质矿物种类和含量不同,杂质矿物成分的和分析可以作为两者产地的鉴别依据之一。另外,两者的痕量元素化学成分不同,根据它们的Ge/V-Ge/Zn散点图可以有效进行产地鉴别。     

偏振拉曼实验技术研究

拉曼光谱技术作为常用的表征和测试分析手段,已被广泛的应用。本文设计搭建了基于激光显微共聚焦拉曼光谱仪的偏振拉曼光谱测试系统,将入射激光和拉曼散射的偏振引入拉曼光谱测试系统中。应用该实验平台,测试物理气相传输(PVT)法制备的4H-SiC样品,结果表明其拉曼光谱强度具有旋转偏振变化规律。本文所设计的系统将为偏振拉曼的研究提供实验基础,也为相关材料的分析提供技术保障。     

蔬菜和水果的显微激光拉曼光谱研究

采用显微激光拉曼光谱技术,研究测定了未经任何处理和经过清洁处理的多种蔬菜和水果表面的拉曼光谱。结果表明不同样品的表面拉曼光谱具有明显的胡萝卜素特征峰,这一相似性为进一步研究农药残留的识别提供了方便;也有一些样品出现胡萝卜素以外的其他拉曼光谱峰,为以后详细分析蔬菜和水果中各种有效营养成分提供了理论依据。利用显微激光拉曼光谱研究蔬菜、水果表面的组成和农药的残留具有简便、快速和绿色分析的前景。     

巴勒斯坦古陶瓷的显微拉曼光谱分析

本文采用显微拉曼光谱技术对巴勒斯坦古陶瓷胎体及釉面中的微米级晶粒进行测试与分析 ,结合矿物标准拉曼谱 ,实现了对多种矿物晶粒的检测与识别。研究结果表明 :显微拉曼光谱技术能够快速、准确、非破坏地测试研究古陶瓷的矿物组成 ,对古陶瓷的鉴定与分析有重要应用意义。     

田黄的红外与拉曼光谱研究

对中国寿山田黄石进行了X射线粉晶衍射(XRD)、红外光谱和拉曼光谱测试, 以获得田黄的谱学特征。研究表明田黄有地开石质、珍珠陶石质和伊利石质三类,其红外特征吸收峰分别为3 621,3 629和3 631 cm-1,拉曼特征峰分别为3 626,3 627和3 632 cm-1,3 550～3 750 cm-1间OH振动所致拉曼谱峰与红外结果一致。地开石质田黄含无序、有序两类,无序地开石OH3振动吸收峰相对有序地开石向低波数方向移动8 cm-1,相对强度增强,无序结构可能与高含量的Fe有关。3 550～3 750 cm-1间地开石OH振动红外吸收峰强于珍珠陶石,表现为珍珠陶石质田黄的红外光谱明显叠加有副矿物地开石的强吸收峰。伊利石质田黄主要为2M₁型伊利石,并含有少量1M型伊利石。这些特征为科学鉴定田黄提供了理论依据。     

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。     

西藏“象牙玉”的矿物学及谱学特征

产自西藏丁青县的"象牙玉"结构致密,适于雕刻,绝大多数玉石呈白色,有的部位分布有红色细脉。采用常规宝石学仪器、扫描电子显微镜(SEM)、 X射线粉晶衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)等测试方法对象牙玉进行了矿物学及谱学特征测试与研究。常规宝石学测试结果表明,象牙玉的相对密度为2.72～2.94,折射率为1.68(点测),在长波紫外光下呈强白色荧光。偏光显微镜下可见菱镁矿因为粒度极小而不具消光特征,石英呈脉状穿插菱镁矿,赤铁矿在菱镁矿裂隙中充填。背散射电子像表明绝大多数基质为菱镁矿与石英的微晶混合物,有的部位为较大石英颗粒(约25μm)散布在菱镁矿中,石英与赤铁矿呈微晶充填在菱镁矿的裂隙中。X射线粉晶衍射中具有3.34和4.25?石英的特征衍射峰, 2.74, 2.10和1.70?菱镁矿的特征衍射峰。在红外光谱中, 886, 1453和748 cm~(-1)为碳酸盐矿物的特征吸收峰,其中ν_4(面内弯曲振动)的频率与阳离子半径的变化成正比,因此748 cm~(-1)指示其为菱镁矿; 1 089, 1 165, 798, 779, 694, 515和465 cm~(-1)为石英的特征吸收峰。根据拉曼光谱可知,白色基质为菱镁矿与石英的混合,透明脉状矿物为石英,其中石英的拉曼图谱中还存在斜硅石的特征拉曼峰(500 cm~(-1)),在以α-石英为主的石英质玉石中,斜硅石的含量越高,其结晶程度越低,I_(500)/I_(465)的比值与结晶程度成反比,因此在菱镁矿中混杂的石英结晶程度比石英脉中的低,两处均为隐晶质石英;红色矿物具有1317, 655, 608, 492, 460, 406, 292, 242和222 cm~(-1)的赤铁矿典型拉曼峰。由于其原石并不存在生物迹象,所以其成因与生物无关,由于象牙玉为含隐晶质石英的泥晶质菱镁矿,所以推测其成因与超基性岩的风化淋滤作用有关。     

广西大化墨玉的矿物学及谱学特征研究

近年来大量的墨玉在国内外玉石市场上陆续出现,广西大化墨玉是最新发现的墨玉新品种。为了探究广西大化墨玉的矿物学及谱学特征,针对产自广西大化瑶族自治县的墨玉样品进行了常规检测,以及采用Ｘ射线粉末衍射仪、激光拉曼光谱仪、傅里叶红外变换光谱仪和激光剥蚀等离子体质谱仪等现代谱学仪器测试分析,从矿物组成、拉曼光谱和红外光谱以及化学元素组成进行了研究分析。常规宝石学特征测试显示广西大化墨玉的折射率为1.64(点测),比重为3.12。偏光显微镜观察显示广西大化墨玉的主要矿物为阳起石,含量大于98%,结构为显微毛毡状结构。XRD测试明确样品主要成分为阳起石,其特征面网间距为8.498 3和3.145 9 。傅里叶红外变换光谱仪测试结果显示样品的红外光谱与透闪石理论值接近,主要的特征峰为1 078,1 026,925,765,703,659,584,485,436 cm-1,其中1 078,1 026,925 cm-1为O-Si-O和Si-O-Si的反对称伸缩振动及O-Si-O对称伸缩振动,765,703,659 cm-1为Si-O-Si对称伸缩振动,584,485,436 cm-1为Si-O弯曲振动。激光拉曼光谱测试测试结果显示样品的图谱基本集中在3 500～3 800和119～1 054 cm-1这两个区域内,样品的拉曼光谱119～1 054 cm-1的特征峰中1 055,1 029和930 cm-1为闪石类矿物特征的Si-O伸缩振动,744和671 cm-1为Si-O-Si伸缩振动,且在671 cm-1是强度最大的特征峰位,代表硅氧四面体结构单元中桥氧的对称伸缩振动;在3 800～3 500 cm-1区间为M-OH伸缩振动区域,反映了M₁和M₃位置的阳离子与结构中的OH-成键的振动信息,位于3 628,3647,3 664,3 678 cm-1,这是由于OH-伸缩振动导致。通过激光剥蚀质谱仪测试分析发现样品的主要化学成分为SiO₂(52.4%),FeO(21.95%),CaO(12.5%)和MgO(12.4%)。此外还含有少量Al₂O₃,MnO,Na₂O,P₂O₅,K₂O和TiO₂,由于样品富含Fe元素,计算Mg/(Mg+Fe)=0.504,因此大化墨玉为软玉中的阳起石玉,并由此推断大化墨玉的黑色由含铁量较高所致。     

寿山水坑石的透明度影响因素

采用红外光谱(IR)、X射线粉晶衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和差热分析(DTA)等测试,分别从地开石的有序度。矿物微形貌特征以及地开石中水的存在形式对水坑石透明度的影响因素进行了深入研究。红外光谱和XRD测试结果显示样品主要矿物组成为地开石。红外光谱中高频区3 704和3 621 cm-1两吸收峰的分裂程度和XRD图谱中2θ为19°~24°之间的衍射峰的分裂程度可表示地开石有序度,分别计算样品红外光谱中3 704和3 621 cm-1两吸收峰的强度比值(OI)及XRD图谱中(111)晶面衍射峰和(111)晶面衍射峰的分裂程度指数(DHI);计算结果表明这两个表征有序度的参数与透明度并无密切关系。扫描电镜测试结果显示地开石矿物晶体颗粒整体发育越均匀,晶体颗粒形态越相近、粒径大小越均一时,样品透明度越高,但晶体颗粒自身的结晶度、自形程度和粒径的绝对大小与透明度并无关系。差热分析测试结果表明水坑石的透明度与地开石晶体结构中结构水和吸附水的含量有关,结构水含量越接近理论值,样品晶体结构越完整,透明度越高;结构水的含量降低时,部分羟基缺失导致晶体结构完整性下降,结构单元层内部的电荷平衡被破坏,层间域中吸附更多水分子,吸附水在层间域中作为杂质分子存在,使样品的透明度下降。     

红外和拉曼光谱的煤灰矿物组成研究

研究煤灰中矿物质的性质通常从矿物组成的表征入手。为了分析两种高硅铝煤灰的矿物成分,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和X射线衍射(XRD)技术对煤灰样进行了测试和综合表征,将FTIR和拉曼光谱的分析结果与XRD进行了比较。FTIR结果表明,在1 100~1 000 cm-1范围内高硅铝煤灰出现最强的特征峰,例如石英峰(1 089 cm-1)和偏高岭石峰(1 042 cm-1),它们都归属于Si-O伸缩振动。对原始红外谱图进行二阶导数处理后,可获得重叠峰的峰位,有助于更完整的解析矿物吸收峰,从而获得更丰富的矿物组成信息。煤灰中硬石膏的红外和拉曼光谱发现,在1 157,1 126和674 cm-1的拉曼光谱峰与在1 151,1 120和678 cm-1的红外光谱峰振动模式分别相同且峰位接近,还存在一些完全不同的拉曼光谱与红外光谱峰,表明这两种光谱存在互补性。尽管煤灰中锐钛矿含量很低,但由于Ti-O的极化率很高,因此拉曼光谱显示锐钛矿的144 cm-1峰远远强于石英的461 cm-1峰。XRD结果表明,煤灰中主要存在石英、云母、赤铁矿、硬石膏和未知的无定形相矿物,FTIR和拉曼光谱综合分析的结果表明除了这些矿物,还存在偏高岭石、无定形氧化硅、长石、方解石和锐钛矿等。在定性分析方面,将FTIR和拉曼光谱结合起来比XRD单独获得的矿物组成信息更为详细。