马达加斯加黄色方柱石的谱学特征研究

利用常规宝石学仪器、电子探针、傅里叶变换红外光谱仪、激光拉曼光谱仪、紫外-可见分光光度计和三维荧光光谱仪等,对马达加斯加黄色方柱石的宝石学性质及谱学特征进行了研究分析。马达加斯加方柱石的宝石学特征与方柱石理论值基本一致;方柱石样品颜色均匀,具有玻璃光泽,原石晶型较为完好且表面普遍可见纵纹及褐红色杂质,部分样品表面可见晕彩效应,样品内部可见多种包裹体,如黑云母、无色晶体包裹体等。红外光谱分析结果表明,样品在指纹区均显示1 039,1 105和1 196 cm-1处 Si（Al）—O伸缩振动吸收峰;752 cm-1处Si—Si（Al）伸缩振动吸收峰;551,687和624 cm-1处O—Si (Al)—O 弯曲振动吸收峰;459 cm-1处Si—O—Si的弯曲振动与Na（Ca）—O伸缩振动的耦合吸收峰;416 cm-1处Si—O—Si弯曲振动吸收峰。红外光谱官能团区的诊断性鉴定依据为：3 530和3 592 cm-1处O—H振动引起的吸收峰;2 499,2 629和2 964 cm-1处CO2-₃振动产生的吸收峰。拉曼光谱分析结果表明,桥氧弯曲振动产生459和538 cm-1两处吸收峰;Al—O振动导致775 cm-1吸收峰;硅氧四面体Q₄结构单元振动产生1 114 cm-1吸收峰。紫外-可见光吸收光谱可知,马达加斯加方柱石为过渡金属元素致色,铁离子的存在导致了379和420 nm两处吸收峰,且420 nm吸收峰的强弱影响着方柱石的颜色深浅。致色原因为占据了晶体结构中四面体位置的Fe2+与Fe3+之间电荷转移,从而产生黄色。三维荧光光谱分析显示,方柱石具有较为一致的发光行为,均可见一强一弱两个荧光峰,多集中在302 nm(λ_ex)/343 nm(λ_em)附近。电子探针成分分析结果表明样品属于方柱石族系列中的针柱石,Ma值范围为66%～69%, 平均Ma值为68.1%,且随着Ma值的增高,双折射率随着变小。谱学测试作为无损测试技术,适用于鉴定宝石品种。对鉴定马达加斯加方柱石具有重要的意义,同时为产地溯源、区分优化处理品种提供数据支持。     

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。     

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。     

一类绿松石仿制品的宝石学特征研究

绿松石的仿制品由来已久,早期主要以染色压制碳酸盐为主,后期陆续出现天然矿物的绿松石仿制品,如染色磷铝石、染色玉髓以及染色菱镁矿等,这些仿制品普遍不具有天然绿松石的颜色和结构特征,物理和光学性质与天然绿松石也有较大差异。选取市场上新出现的一类绿松石仿制品为研究对象,采用常规宝石学测试方法、红外吸收光谱及X射线粉晶衍射重点对其矿物组成、宝石学性质以及结构特征进行了研究。研究结果表明：该类绿松石仿制品表面可见角砾状构造,铁线浮于表面,分布形态单一,蓝色样品上可见明显的深蓝色颗粒,白色样品上见少量黑色点状物质,为典型的压制处理特征,蓝色绿松石仿制品则经染色压制处理。此类绿松石仿制品折射率在1.54～1.58,较天然绿松石低并具明显的蓝白色紫外荧光,可作为鉴别其与天然绿松石差异的重要证据。X射线粉晶衍射说明该类绿松石仿制品主要由顽火辉石与石英组成。红外吸收光谱显示该类绿松石仿制品的吸收谱峰主要表现为顽火辉石的典型吸收光谱,在1 088和799 cm-1附近的吸收峰则与石英中的Si—O和Si—O—Si伸缩振动有关;2 947和2 882 cm-1附近的吸收峰与外来的有机树脂中CH₂的伸缩振动有关,1 736和1 510 cm-1附近的吸收峰,则由CO伸缩振动和CH₂的弯曲振动所致。     

广西大化和贵州罗甸软玉的谱学特征及产地示踪研究

广西大化和贵州罗甸软玉是近年来我国南方具有一定开采规模的软玉品种,两个产地的软玉矿地理位置较接近,软玉品种既有相似性也有差异。为了对比研究两个产地的软玉品种的光谱学特征及颜色成因,针对产自广西大化和贵州罗甸的玉石样品进行了宝石学常规测试、傅里叶变换红外光谱、激光拉曼光谱和激光剥蚀等离子体质谱等现代谱学仪器测试。研究发现：红外光谱仪测试结果显示大化软玉样品出现1 033,932,771,699,524,490和427 cm-1的吸收峰,罗甸软玉出现1 032,932,773,700,525,490和426 cm-1的吸收峰,其中1 033,1 032和932 cm-1附近较尖锐的吸收谱带归因于O-Si-O的反对称伸缩振动、O-Si-O对称伸缩振动和Si-O-Si反对称伸缩振动;773,771,700和699 cm-1附近的吸收谱带是由Si-O-Si的对称伸缩振动导致的。525,524,490,427和426 cm-1附近的吸收谱带由Si-O的弯曲振动和M-O晶格振动导致。不同于前人的研究结果,该研究在大化软玉样品的红外光谱中发现了850 cm-1附近的肩状吸收带,推测是样品中少量的透辉石所致。通过激光剥蚀等离子质谱仪分析大化软玉的主要化学成分为SiO₂（58.91%）,MgO（25.77%）和CaO（13.67%）;罗甸样品的主要化学成分为SiO₂（57.07%）,MgO（24.85%）和CaO（17%）,钙含量较大化软玉稍高,两个产地的软玉样品中还含有少量的FeO,MnO,Al₂O₃,Na₂O,K₂O,P₂O₅和TiO₂,Mg/Mg+Fe值大化样品的平均值为97.3%,罗甸样品的平均值为98.8%,证实两地软玉主要矿物均为透闪石,罗甸软玉样品中V的含量随着青色调的加深而上升,故认为V对罗甸软玉的青色调有贡献。研究了大化青玉的致色离子,大化软玉样品中Cr和Fe的含量随着青色调的加深而上升,认为Cr和Fe是大化青玉致色的原因。利用稀土元素特征值的差异,可以很好地区分两个产地的软玉,并且通过产地示踪树状图,可以有效地判定目前国内已知不同产地来源的软玉。     

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。     

Sr3TaGa3Si2O14(STGS)单晶的晶格振动

根据空间群理论,预测了Sr3TaGa3Si2O14(STGS)单晶的振动模式,并分别计算了非极性和极性振动模式的Raman散射强度。测量了STGS晶体的Raman光谱,并对其振动模式进行了指认。实验结果表明STGS晶体具有6个A1对称类特征振动模式:波数为126cm-1的振动峰可指认为SiO4团簇、Sr原子和TaO6团簇间的相对平动;245cm-1的振动峰是SiO4团簇的扭曲振动和Sr—TaO6—Sr伸缩振动耦合的结果;特征峰557和604cm-1分别来源于O—Ta—O和O—Ga—O的伸缩振动;896cm-1谱带对应着两个SiO4四面体的O—Si—O伸缩振动;991cm-1的谱带对应着两个SiO4四面体的Si—O伸缩振动。实验结果和理论计算结果均确证了STGS晶体的层状结构,其弱的各项异性和压电模量归因于十面体结构单元的微弱形变。     

新疆和田黑色透闪石质软玉振动光谱特征及颜色成因

采用X射线荧光光谱仪、X射线粉晶衍射仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪等对黑色透闪石质软玉样品进行化学成分和谱学特征研究。通过X射线粉晶衍射判定所采样品全部属于透闪石质软玉,采用红外光谱仪和拉曼光谱仪对样品进行振动光谱测试,并结合化学成分测试结果分析墨玉的组成和颜色成因。结果显示,黑色透闪石质软玉可分为两种:由含铁量较高的阳起石组成的(TFe2O3:7.47Wt%～11.97 Wt%),另外一种是由透闪石和石墨组成,并且含铁量比较低(TFe2O3:0.56 Wt%～4.74 Wt%)。两者的振动光谱特征与透闪类矿物基本一致,在含石墨透闪石的拉曼光谱中出现了石墨特征峰1 581cm-1。因此,拉曼光谱在区分阳起石致色和石墨致色的黑色透闪石质软玉比红外光谱更加敏锐,该方法可以成为无损鉴定黑色透闪石质软玉颜色成因和产地来源的重要辅助手段。     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。     

1.0～4.4GPa下奥长石拉曼光谱特征的变化

常温、1.0～4.4GPa下,利用激光拉曼光谱研究了奥长石晶体结构随压力的变化。发现,压力为2.9GPa时,517cm-1附近出现新的谱峰,奥长石开始相变。3.4GPa时,源于奥长石结构中M—O伸缩振动的288cm-1拉曼谱峰频移发生突变,517cm-1附近谱峰消失,奥长石由三斜晶系完全相变为单斜晶系(P1-I1)。随压力增加,归属于奥长石四面体结构中Si—O—Si弯曲振动的458及516cm-1谱峰随压力增加有规律地向高频方向偏移,斜率分别是1.667cm-1/GPa和3.560cm-1/GPa,而源于Al—O—Al弯曲振动的480cm-1谱峰与压力没有明显的线性变化关系。卸压过程中,288cm-1拉曼谱峰频移保持不变,458,480及516cm-1谱峰向低频偏移。长石类矿物的相变压力与结构中八元环所含阳离子种类有关。     

新疆软玉、辽宁岫岩软玉的XRD及红外光谱研究

选取新疆和辽宁岫岩两地不同颜色的软玉,青玉、黄玉、白玉、碧玉及岫岩的特殊品种——河磨玉作为研究对象,通过宝石学测试、红外吸收光谱和X粉晶衍射分析对两个产地不同种类及颜色软玉的宝石矿物学特征进行了系统研究和对比,以探索两产地相近颜色软玉的异同,为软玉的产地鉴别提供理论依据。研究结果表明,辽宁岫岩与新疆软玉的宝石学性质相似,折射率为1.60～1.62,密度为2.660~3.020 g·cm-3,密度随颜色的不同有一定差异,荧光特征均不明显,两产地软玉的主要组成矿物均为透闪石,其中新疆碧玉中含有少量绿泥石、伊利石等粘土矿物。两产地不同种类软玉的X粉晶衍射分析显示,不同种类软玉的衍射峰峰形特征及衍射强度在一定程度上可以反映软玉的质地及结晶颗粒大小。红外吸收光谱显示两产地软玉的红外吸收光谱特征类似,对鉴别软玉产地及种属意义不大。     

不同产地软玉的拉曼光谱分析及在古玉器无损研究中的应用

利用拉曼(Raman)光谱技术分别对中国新疆、青海、江苏、辽宁及韩国、俄罗斯、加拿大、新西兰和澳大利亚的软玉样品进行无损分析研究。首先利用拉曼光谱区分了透闪石型和阳起石型软玉, 并对软玉双链结构中Na+、K+对Ca2+以及Al3+对Si2+的不同置换程度引起低频区域特征峰的漂移进行分析, 同时还研究了表面状态和显微结构对674cm-1附近峰强的影响。最后利用拉曼(Raman)光谱技术结合质子激发X射线荧光(PIXE)和X射线衍射(XRD)对河南安阳殷墟遗址、河南省洛阳地区和浙江良渚遗址出土的9件中国古代玉器进行透闪石型软玉的矿相标定, 证明拉曼光谱在中国古玉器结构测试和材质鉴定中是一种很好的无损分析手段。     

红外光谱在纤维质文物材料鉴别中的应用研究

纺织纤维和纸张纤维是常见纤维质文物材料,是构成博物馆精美文物如服饰手稿书画的基本材料,近年来寻求通过无损或微损方法对这一类材料的鉴别以及劣化状况评价备受文物鉴赏家和文物保护工作者的关注。借助傅里叶变换红外光谱,研究博物馆常见纺织纤维材料棉、麻、桑蚕丝、柞蚕丝、羊毛的红外光谱特征和它们的分子结构组成异同,研究传统纸纤维稻草、麦草、龙须草、龙旗松、桑皮红外光谱特征。结果表明：衰减全反射傅里叶变换红外光谱无损分析技术可通过比较3 300～2 800 cm-1 CH,NH,OH振动区间光谱形状以及指纹区峰位以区别不同种类纺织品纤维;碳氧振动纸张纤维最明显光谱差异位置出现在与纤维素OH伸缩振动相关波数3 300 cm-1和与C—O—C相关波数1 332,1 203,1 050 cm-1。文章探索研究红外光谱技术结合主成分分析法在快速鉴别纤维材料中的应用。通过对全光谱数据多元散射校正(MSC)预处理后进行主成分分析,可以把红外光谱十分相似的纺织纤维棉和亚麻、桑蚕丝和柞蚕丝明显分类;对光谱相似的纸纤维,可采用选择不同光谱波数段进行主成分分析,比较发现能够把五种纸纤维明显区分的光谱区间为3 800～2 800 cm-1。本研究为分子光谱无损分析技术应用于文物材料鉴别、科学评估纤维材料保存状况提供基础研究。