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。     

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。     

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。     

绿松石的激光拉曼光谱研究

对湖北、安徽地区绿松石进行了激光拉曼光谱测试分析。结果表明,绿松石中H₂O,OH-及PO3-₄的基团振动是导致其激光拉曼光谱形成的主要原因。3 510～3 440 cm-1的谱峰是由ν(OH)伸缩振动所致,其中ν(OH)振动导致的强拉曼特征谱峰在3 470 cm-1附近,ν(H₂O)伸缩振动致拉曼谱峰位于3 290～3 070 cm-1附近的较为宽缓的弱谱峰处;由ν₃(PO₄)伸缩振动致强拉曼特征谱峰在1 200～1 030 cm-1之间,其中ν₃(PO₄)振动导致的强拉曼特征谱峰在1 039 cm-1附近,ν₄(PO₄)弯曲振动位于650～540 cm-1范围,ν₂(PO₄)的弯曲振动谱峰位于500～410 cm-1处;不同产地、不同结晶类型的绿松石表现出的拉曼谱峰特征基本一致。     

新疆于田和田玉的谱学特征及产地特征研究

新疆是世界重要和田玉产地之一,其中于田产和田玉又为优质山料的代表。研究对来自新疆于田县哈尼拉克、阿拉玛斯、赛迪库拉木、齐哈库勒四个矿点的48块和田玉样品进行谱学特征及化学成分分析,采用常规宝石学测试、傅里叶红外光谱、激光拉曼光谱以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱等现代谱学仪器测试。结果表明,新疆于田和田玉样品颜色呈青色、青白色、青黄色、黄白色、灰白色特征,样品呈典型油脂—玻璃光泽,不透明—半透明,为多晶质集合体,折射率在1.61～1.62范围,相对密度范围为2.95～2.99。新疆于田和田玉样品的红外光谱显示了900～1 200和400～760 cm-1范围内透闪石的特征吸收谱带。O—Si—O反伸缩振动、对称伸缩振动显示为位于1 143,1 096,1 040,995和925 cm-1处的峰,Si—O—Si对称伸缩振动显示为位于763和689 cm-1处的峰,而538,512,465和420 cm-1处的峰与Si—O弯曲振动、M—O的晶格振动及OH平动有关。新疆于田和田玉的拉曼光谱符合透闪石谱学特征,其中120,175,220,365和389 cm-1处是晶格振动峰值,670 cm-1峰值代表了闪石类矿物的Si—O—Si伸缩振动,931,1 029和1 060 cm-1是由于Si—O伸缩振动,3 672和3 680 cm-1属于M—OH伸缩振动。新疆于田和田玉的主要成分为MgO,CaO和SiO₂,稀土元素特征显示为δCe值为0.068～3.902,平均值1.064;δEu值为0～8.832,平均值0.343,具有负Eu异常;LREE/HREE为0.010～3.369,平均值0.682。ΣREE值为0.407～18.768,平均值3.138。利用微量元素特征和稀土元素特征可从化学成分方面将新疆于田和田玉与韩国春川、新疆且末、青海三岔河等其他代表性产地的和田玉进行区分。新疆于田和田玉的谱学特征及成分信息丰富了和田玉产地信息数据,为进一步研究提供参考,未来可以根据宝石学特征、谱学特征和稀土元素、微量元素特征提取各产地和田玉的产地信息,结合和田玉成矿地质条件背景,使和田玉产地精细溯源至每个矿点矿脉成为可能。     

常见氯盐溶液中阳离子对水分子氢键影响的拉曼光谱研究

为了全面认识地质流体中常见阳离子对水的结构的影响, 在室温下通过对NaCl—H₂O,CaCl₂—H₂O,MgCl₂—H₂O,CuCl₂—H₂O,ZnCl₂—H₂O和FeCl₃—H₂O体系中水的O—H伸缩振动拉曼谱3 400 cm-1左右的最大峰频率的移动和低于3 433 cm-1强肩峰强弱的系统研究,考察了常见阳离子的离子电荷、离子半径、离子所属族以及络合效应等因素对水的O—H伸缩振动拉曼光谱的影响。并首次通过络合物的生成和阳离子破坏效应的共同作用来讨论相同浓度的不同种类氯盐溶液中阳离子对水氢键的影响,得到结论,对水的氢键的破坏作用：CaCl₂＞MgCl₂＞FeCl₃＞NaCl＞ZnCl2＞CuCl₂。     

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。     

衰减全反射红外光谱技术(ATR-FTIR)在琥珀检测与研究中的应用

红外光谱分析是矿物材料研究中常用的一种表征手段,而衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR) 由于其快速、无损且能够进行微区检测等优势在而被广泛使用。以不同产地琥珀、柯巴树脂和覆膜处理琥珀为研究对象,通过BRUKER LUMOS独立式红外显微镜对样品的ATR-FTIR光谱进行测试与分析。结果表明：ν(CC)伸缩振动在1 643 cm-1和δ(芳C—H)弯曲振动在889 cm-1两处的红外吸收谱带均出现在多米尼加和俄罗斯琥珀中;由ν(C—O)伸缩振动在1 300～925 cm-1范围内的红外吸收谱带对于琥珀的产地具有一定的指示意义;ν_as(CH₂)不对称伸缩振动在3 080,1 643和887 cm-1三处的红外吸收谱带为柯巴树脂所特有,具有重要的鉴定意义;覆膜琥珀显示琥珀和人工树脂混合红外光谱,除琥珀特有的红外光谱之外,760和702 cm-1红外吸收谱带为人工树脂中γ(芳C—H)面外弯曲振动所致。ATR-FTIR在琥珀的成因、产地及优化处理品种的检测具有重要的意义。     

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。     

充填处理摩根石的谱学特征研究

采用常规宝石学测试方法,结合能量色散型X射线荧光光谱仪、激光拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、荧光光谱仪等测试分析方法,对天然及充填处理摩根石的谱学特征进行了对比研究,旨在研究充填处理摩根石的宝石学、谱学特征及探寻有效的无损鉴别充填处理摩根石的方法.结果表明,充填处理摩根石的折射率在1.57左右,略低于天然摩根石折射率...     

水性涂料施工过程中微观结构的FTIR研究

以市售立邦水性涂料作为研究对象,溶剂水作为变量因子。配制不同水料比的涂料系列样品,分别用FTIR/ATR、FTIR/漫反射光谱表征湿料、涂膜的微观结构特征,湿料抽滤得到的固型物用FTIR/漫反射光谱表征。分析其官能团变化情况,研究施工过程,溶剂对涂膜的影响。结果显示：随着加水量的增加,湿料的FTIR/ATR光谱中,1 727 cm-1对应的羰基吸收峰,逐渐转为肩峰,871 cm-1吸收峰发生蓝移,峰强度逐渐减弱;涂膜的漫反射红外图谱,3 400 cm-1的—OH吸收峰、3 030 cm-1不饱和—CH吸收峰强度逐渐变弱,2 962和2871 cm-1的甲基和亚甲基的吸收峰强度逐渐增强,2 516 cm-1吸收峰位移至2 603 cm-1形成肩峰,1 647 cm-1吸收峰逐渐位移至1 455 cm-1,1 107 cm-1对应的C—O伸缩振动吸收峰发生红移。在水性涂料施工过程中,溶剂水与涂料分子间存在相互作用,对涂层分子中电子云的密度分布有显著的影响,此结果对涂料的生产及施工有参考意义。     

基于二维相关中红外光谱技术的邻苯二甲酸二丁酯检测研究

利用二维相关红外光谱技术对正己烷中常用塑化剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的浓度变化进行了检测研究。利用傅里叶变换红外光谱仪对溶于正己烷中的DBP进行检测,得到742,1 078,1 123,1 281,1 467,1 728,2 873,2 933和2 961cm~(-1)特征吸收峰。将红外光谱分为三个波段400~1 200,1 200~1 900和2 900~4 000cm~(-1),通过二维相关光谱分析技术得知在1 123cm~(-1)波段(苯环面外摇摆及O-—C—O单键伸缩运动)、1 728cm~(-1)(C—O双键的伸缩运动)、2 873和2 961cm~(-1)(CH3伸缩运动)以及3 436cm~(-1)(苯环C—H的面内伸缩运动)对DBP浓度变化比较敏感。结合红外光谱宏观指纹技术以及二维相关光谱分析方法,能够较准确的分析出正己烷中的DBP的浓度变化,为食品中塑化剂含量的检测以及研究塑化剂的迁移规律提供了新的思路和方法。     

光谱学研究硅烷钒锆复合钝化膜的结构和成膜机理

在热镀锌钢板表面制备了硅烷钒锆复合钝化膜。用X射线光电子能谱(XPS)、射频辉光放电发射光谱(rf-GD-OES)和傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)表征了钝化膜的组成结构,分析了硅烷钒锆复合钝化膜的成膜机理。结果表明：硅烷之间互联构成了硅烷钒锆复合钝化膜的主成膜成分,无机缓蚀剂均匀分布在膜层中。钝化膜表面Si2p的XPS窄幅扫描谱100.7 eV处的拟合峰和红外光谱在波数1 100 cm-1 Si—O吸收峰变宽加强,表明硅烷以Si—O—Zn键的形式化学吸附在锌的表面,硅烷分子之间通过Si—O—Si键相互交联;红外光谱中1 650和1 560 cm-1的两个酰胺特征峰,结合910 cm-1的环氧特征峰的消失,表明γ-GPT的环氧基团在氨基活性氢的诱导下开环和γ-APT的氨基之间发生聚合反应形成交联的空间网状结构;rf-GD-OES分析发现钝化膜0.3 μm处存在一层富氧层,钝化反应生成的ZrF₄,ZrO₂和钒盐等无机物均匀分布在钝化膜中。分析膜层组成结构和成膜前后的ATR-FTIR光谱,研究了成膜过程中发生的物理过程和化学变化,提出了硅烷钒锆复合钝化膜的成膜机理。     

基于红外光谱分析研究矿化剂对铝酸钙粉制备的影响

研究了矿化剂对中低品位铝矾土对所制备铝酸钙粉的结构及其光谱性能的影响。以中低品位铝钒土和碳酸钙为主要原料,矿化剂CaF₂为添加剂,三者经充分混合、 高温煅烧和粉磨后,生产出的铝酸钙粉可直接用于制备聚合氯化铝、 聚合硫酸铝、 铝酸钠等水处理剂。通过调整原料中铝矾土和碳酸钙的质量比和矿化剂CaF₂投加量的方法优化铝酸钙粉的制备工艺,采用红外光谱分析对铝酸钙粉和铝矾土进行表征,并对矿化剂的矿化机理进行研究。红外光谱分析结果表明：加入矿化剂CaF₂,可促进铝矾土中硬水铝石、 三水铝石和高岭石的分解转化,使碳酸钙的分解完全,使原料中的铝矾土与碳酸钙进行更加充分的反应,不仅有助于碳酸钙中的Ca与铝矾土中的Si结合,还有助于促进铝矾土中的Si—O,Si—O—Al及Al—Si键的断裂,使铝矾土中的Al充分溶出,从而提高Al₂O₃的溶出率;矿化剂CaF₂的投加量(质量比)为3%时,可有效促进Al₂O₃的溶出;矿化剂CaF₂的投加量为1.5%时,不足以起到充分的矿化作用;中低品位铝矾土较高品位铝矾土更易于烧结制备铝酸钙粉;在1 250 ℃下制备铝酸钙粉的最佳物料配比是：原料中铝矾土与碳酸钙的质量比为1∶0.6,矿化剂CaF₂的投加量为3%。