九江网纹红土中粘土矿物过渡相的矿物学特征及成因

为研究长江中下游网纹红土中粘土矿物过渡相的矿物学特征及成因,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外吸收光谱(FTIR)、以及高分辨透射电子显微分析(HRTEM)等现代测试技术方法,对江西九江红土剖面网纹红土中粘土矿物过渡相开展系统、深入的研究。X射线衍射及红外吸收光谱分析结果表明,九江剖面网纹红土中粘土矿物组成主要有伊利石和高岭石,少量蒙脱石和伊利石/蒙脱石及微量高岭石/蒙脱石混层矿物过渡相。在高分辨透射电子显微镜下,可观察到蒙脱石晶层向高岭石晶层转化的现象。伊利石/蒙脱石过渡相是伊利石向蒙脱石转化的过渡产物,而高岭石/蒙脱石过渡相则为蒙脱石向高岭石转化的过渡产物,网纹红土中这两种过渡相的出现说明了粘土矿物风化演化的过程,即：伊利石→伊利石/蒙脱石混层矿物→蒙脱石→高岭石/蒙脱石混层矿物→高岭石的演化,同时表明网纹红土形成于风化作用增强的温暖潮湿气候环境。     

有机硼酸盐插层Zn/Al-LDH的红外和拉曼光谱特征

研究了碳酸根和硼酸根的二元锌铝水滑石的X射线衍射,拉曼和红外光谱特征。采用一步水热共沉淀法,分别制得结晶良好的层间为碳酸根和硼酸根的二元锌铝水滑石。X射线衍射分析显示,硼酸根插层后水滑石（003）特征衍射峰向小角度移动,峰型尖锐,水滑石通道高度从0.28 nm增加至0.42 nm;红外光谱和拉曼光谱特征表明,硼酸根插层后,碳酸根的红外和拉曼特征峰消失。层间硼酸根以B₃O₃(OH)-₄,B₄O₅(OH)2-₄和B(OH)-₄三种形式存在。随层间离子的不同,与羟基相关的红外光谱和拉曼光谱峰位均有所改变。研究结果表明以硼酸三正丁酯为插层剂,可获得单一相、纯度较高的硼酸根型锌铝水滑石,拉曼光谱可准确探测水滑石层间阴离子变化对其结构和性能的影响。     

过氧化氢和连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠处理对红土中黏土矿物的影响

过氧化氢(H₂O₂)和连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(DCB)作为土壤沉积物前处理的经典方法,对土壤沉积物中黏土矿物的富集有着举足轻重的作用,但关于二者对黏土矿物的影响研究较少。运用X射线衍射作为检测技术,对比研究H₂O₂和DCB两种前处理方法对红土中黏土矿物的影响。结果表明,H₂O₂或DCB处理均可促进土壤矿物颗粒的充分分散,有效地将石英等杂质分离,进而提取到很纯的黏土矿物。同时发现,DCB处理由于其Na+与黏土矿物层间阳离子交换导致数据失真,而H₂O₂处理可以保证数据的真实性。结果表明：采用H₂O₂进行前处理能获取较为准确的黏土矿物学信息。     

云南楚雄新发现粘土矿中主要矿物组成分析

为了分析云南楚雄新发现粘土矿中主要矿物组成,确定其主要矿物是否是凹凸棒石粘土,对其五种样品进行了红外光谱与X射线荧光光谱的测试与研究。结果发现,3 437 cm-1处的吸收带是凹凸棒石粘土中的结晶水的羟基振动引起的,3 621和3 651 cm-1处的吸收带是与凹凸棒石粘土孔道边缘的Mg, Al八面体相连的结构水的羟基的对称和不对称伸缩振动产生的;3 699 cm-1处的吸收峰是与结构内部的四面体结构和八面体之间的Mg,Al相连羟基的伸缩振动;1 633 cm-1处的吸收峰是结构水与吸收水羟基弯曲振动的吸收峰;1 010 cm-1处的吸收带是共价键Si-O-Al的Si-O键的特征峰,913 cm-1处的吸收带是二八面体的羟基(Al₂OH)的变形振动的特征吸收峰。表明：粘土矿的五种样品均含有较高凹凸棒石粘土成分;三种黑色样品的中红外光谱与谱库中凹凸棒石粘土谱图比对的相似度在93%以上,三种黑色样品含凹凸棒石粘土成分很高,五种粘土矿样品的主要矿物均是分子式为Al₅Si₈O₂₀(OH₂)₄·4H₂O的凹凸棒石粘土粘土矿样品的凹凸棒粘土的。     

Pt/CNTs电催化剂制备的UV-Vis、FTIR和XRD光谱分析

采用在乙二醇溶液中添加十二烷基硫酸钠(SDS)作为稳定剂的调变乙二醇还原法,制备了高分散的碳纳米管(CNTs)负载Pt电催化剂Pt/CNTs。利用紫外-可见(UV-Vis)、傅里叶变换红外(FTIR)和X射线衍射(XRD)光谱研究了催化剂的制备过程和结构,考察了Pt/CNTs制备过程中SDS的添加对其结构和甲醇电催化氧化活性的影响。结果表明,在乙二醇溶液中PtCl2-₆与SDS形成了配合物,PtCl2-₆能够被乙二醇完全还原;超声处理后的CNTs表面接上了含氧基团,有利于Pt粒子的吸附,催化剂上不残留有SDS;Pt/CNTs电催化剂具有典型的面心立方结构,添加SDS制备的Pt/CNTs-2电催化剂Pt高度分散,粒径更小,达4.5 nm。循环伏安(CV)测试结果表明,添加SDS制备的Pt/CNTs-2电催化剂比传统乙二醇还原法制备的Pt/CNTs-1具有更高的甲醇电催化氧化活性。     

X射线衍射分析长期钾素盈亏对土壤含钾类矿物的影响

利用1991年—2013年国家紫色土肥力与肥料效益监测站长期定位试验的土壤样品,采用X射线衍射(XRD)光谱分析技术,研究了22年长期钾素投入亏缺和盈余处理中性紫色土壤钾素含量及含钾类矿物的演变特征。XRD图谱分析发现,长期钾素亏缺处理导致土壤云母、钾长石等含钾类原生矿物加速风化,表现为连续施肥22年<连续施肥12年<原始土壤,同时促进了蒙脱石的形成;长期钾素盈余处理土壤云母、钾长石等原生矿物风化程度虽得到有效缓解,但较原始土壤相比仍有明显风化。土壤含钾类粘土矿物的演变与原生矿物变化相似,长期钾素亏缺导致土壤粘粒中伊利石发生了明显崩解,且随着施肥年限的增加,粘粒中伊利石的含量随之减少,长期钾素盈余处理明显缓解了伊利石的风化进程;但是无论是钾素亏缺或盈余处理都出现土壤中伊利石的风化崩解,同时伴随蒙脱石等膨胀型矿物的形成,现有的钾素盈余水平也不能阻止土壤含钾类矿物的风化崩解。另外,长期钾素亏缺导致土壤中速效钾和缓效钾含量逐年降低,22年分别降低62.0%和37.4%;而钾素盈余处理提高了土壤速效钾含量,但缓效钾呈现下降趋势;土壤伊利石的风化程度和土壤缓效钾的演变趋势相吻合。表明中性紫色土壤中伊利石是土壤缓效钾的主要来源,长期钾素亏缺会造成土壤钾素枯竭和含钾类矿物的加速风化崩解,降低土壤供钾能力。     

X射线荧光光谱法同时测定煤灰中的12种成分

采用熔融制样法,用X射线荧光光谱法同时测定煤灰中的常量、少量和微量成分SiO₂,Al₂O₃,Fe₂O₃,CaO,SO₃,TiO₂,K₂O,Na₂O,P₂O₅,Mg_O,MnO,BaO。选用混合熔剂并加入氧化剂的方式降低熔融温度,解决了硫的准确测量问题。同时通过选用土壤等标准样品解决了煤灰成分标准样品不足的问题。应用可变理论α系数及固定α系数法进行基体效应校正,所得结果与化学法的分析结果相符合。     

基于衰减全反射-傅里叶变换红外光谱技术的气溶胶中水溶性无机离子定量分析方法研究

利用衰减全反射-傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱技术探讨了气溶胶颗粒物中SO2-₄,NO-₃,NH+₄三种水溶性无机离子的快速无损测量方法。利用IC法测量三种无机离子含量的对照值,结合偏最小二乘(PLS)法建立了三种无机离子的定量分析模型,并对模型进行了评价;利用马氏距离判别法对异常值进行了判别与剔除,并探讨了不同光谱预处理方法和不同光谱范围对建模结果的影响,确定了最佳建模参数。结果表明剔除异常值之后经二阶微分处理的模型预测性能较好,SO2-₄在1 220～900 cm-1光谱范围内预测性能较好,NO-₃在1 521～900 cm-1光谱范围内预测性能较好,NH+₄在1 521～1 220 cm-1光谱范围内预测性能较好,预测均方根误差分别为1.736 7,1.023 9和1.482 3。所建立的模型为实现对大批量气溶胶样品中三种无机离子的实时快速定量分析建立了基础。     

珊瑚化石的红外光谱及XRD研究

通过红外吸收光谱和X射线粉晶衍射分析对不同颜色及质地且表面具放射状纹理的珊瑚化石的结构特征及组成物相进行了研究。结果表明,此类珊瑚化石主要由SiO₂组成,内部仍保留了钙质型珊瑚横断面所特有的放射状显微结构,成因属SiO₂交代作用。不同颜色和质地的珊瑚化石红外吸收光谱基本一致,均显示典型的石英质玉的红外吸收光谱特征。XRD分析表明不同颜色和质地的珊瑚化石主要组成物相一致,为SiO₂,其他矿物极微量,且不含CaCO₃。     

水溶液中硫酸根离子的拉曼光谱定量分析

拉曼光谱因其具有无损、非接触以及原位的技术优势被广泛应用于科学研究领域。但是,当前拉曼光谱主要应用于定性研究,即根据拉曼波数偏移进行物质分子的鉴别,相比之下,拉曼光谱定量分析则明显不足。因此,有必要进一步开展拉曼光谱定量方面的研究。根据拉曼光谱原理分析可知,拉曼光谱定量研究应当根据相对强度比进行,也就是在定量化过程中需要选择一个参考系,可以分为内标法和外标法。拉曼光谱定量可以根据被测分子与该参考系的拉曼强度比值进行,通过这个方法可以消除测试条件的影响。对水溶液而言,可将液态水的OH伸缩振动作为内标,进行拉曼光谱定量分析。本文研究了Na₂SO₄-H₂O,K₂SO₄-H₂O以及NaCl-Na₂SO₄-H₂O体系的拉曼光谱特征。通过将水分子的OH伸缩振动（2 750~3 900 cm-1附近）拟合为两个高斯谱峰,并以I_SO2-4/I_W为参数来确定溶液中的硫酸根离子浓度,其中I_SO2-4为硫酸根离子的特征峰强度,I_W为水的两个高斯谱峰强度之和。实验结果表明,水溶液中SO2-₄浓度与拉曼强度比I_SO2-4/I_W之间有较好的线性关系,其中,R2=0.997 73,符合定量要求。据此,本文应用拉曼光谱定量分析,建立了一种相对快速、准确测量水溶液中SO2-₄浓度的方法。     

同步辐射X射线衍射光谱在地带性土壤粘粒矿物研究中的应用

X射线衍射（XRD）光谱是分析土壤粘粒矿物组成的重要手段,但常规XRD分析存在前处理复杂、耗时较长、光谱分辨率低、扫描不充分等问题。为此,该研究依托北京同步辐射装置（BSRF）的4B9A衍射实验站,以我国东部不同气候带（即温带、亚热带、热带）的7种地带性森林土壤（棕色针叶林、暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、赤红壤和砖红壤）为研究对象,利用同步辐射X射线衍射（SR-XRD）光谱对土壤粘粒矿物组成特征进行分析。结果表明：（1）温带土壤（棕色针叶林、暗棕壤和棕壤）质地以粘壤土为主,而亚热带土壤（黄棕壤、黄壤和赤红壤）分布在粘土和粘壤土的分界线上;从亚热带到热带,土壤质地呈现出粘土→壤土→砂土的变化趋势。（2）土壤硅铝率（Sa）表现为温带土壤（5.22）>热带土壤（4.53）>亚热带土壤（4.49）;同样地,硅铝铁率（Saf）也呈现出温带土壤（4.06）>热带土壤（3.53）>亚热带土壤（3.36）的变化规律。（3）从温带到热带,土壤粘粒矿物中高岭石的含量增加、结晶度提高,而伊利石的含量则逐渐减少;温带土壤以2∶1型粘粒矿物为主,而热带土壤则以1∶1型矿物为主;在SR-XRD光谱中鉴定出了伊蒙混层、长石两种粘粒矿物的存在,而这两种矿物在常规XRD光谱中未被识别。（4）与常规XRD法相比,利用SR-XRD法分析土壤粘粒矿物组成具有以下优势：一是前处理工作量较少,常规XRD法需将粘粒样品制成不同类型的载玻片再进行测定,而SR-XRD法直接测定粘粒样品即可;二是光谱分辨率高,SR-XRD法的分辨率可达到≤100 nm,从而能够检测到更多的衍射峰;三是实验效率提高,SR-XRD法的优化扫描步长可达0.04°,比常规XRD法增加1倍,从而提高了测试效率;四是扫描辨识度增加,SR-XRD法的看光时间可优化为4 min,是常规XRD法的2倍,使得样品的扫描更加充分。     

Microanalysis of clay‐based pigments in painted artworks by the means of Raman spectroscopy

FT Raman spectroscopy and micro‐Raman spectroscopy with lasers of three different wavelengths (1064 nm, 785 nm and 532 nm) were used for analysis of reference samples of natural clay pigments including white clay minerals (kaolinite, illite, montmorillonite), green earths (glauconite and celadonite) and red earths (natural mixtures of white clay minerals with hematite). In addition, eight micro‐samples obtained from historical paintings containing clay pigments in ground and colour layers have been examined. Powder X‐ray diffraction and micro‐diffraction were used as supplementary methods. It was found that laser operating at 1064 nm provided the best quality Raman spectra for distinguishing different white clay minerals, but the spectra of green and red earths were affected by strong fluorescence caused by the presence of iron. Green earth minerals could be easily distinguished by 532 or 785 nm excitation lasers, even in small concentrations in the paint layers. On the other hand, when anatase (TiO₂) or iron oxides (such as hematite) were present as admixtures (both are quite common, particularly in red earths), the collection of characteristic spectra of clay minerals which form the main component of the layer was hindered or even prevented. Another complicating factor was the fluorescence produced by organic binders when analysing the micro‐samples of artworks. In those cases, it is always necessary to use powder X‐ray micro‐diffraction to avoid misleading interpretations of the pigment's composition. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

土壤矿物对松嫩平原主要土壤类型反射光谱特征的影响机理

尽管纯矿物的反射光谱特征分析与数据库建设工作已经开展,但土壤中各原生矿物、粘土矿物的测试主要是定性的,即能测定土壤中含有何种矿物,但难以测定准确的矿物组分含量。土壤矿物是土壤学与地质学的交叉点,易被忽视,特别是已有研究忽略了土壤矿物对土壤反射光谱曲线的影响。探讨了土壤矿物在可见光-近红外光谱部分(400~2 500 nm)对土壤反射光谱特征的影响,明确影响土壤反射光谱特征的主要机理。土壤样本于2014年采集于松嫩平原黑龙江部分,包括4个土类和7个土属,共54个土壤样本。土壤样本通过研磨、过筛后,在室内暗室中测得反射光谱数据,土壤矿物的反射光谱数据在2017美国地质调查局(USGS)最新矿物光谱库Spectral Library Version 7中获得,对反射光谱数据进行九点平滑、10 nm重采样和去包络线处理。土壤矿物含量测试采用荷兰Philip X’ Pert Pro 型X射线衍射仪分析样品的矿物组成,测试了土壤中石英、长石、方解石和闪石等原生矿物和蒙脱石、伊利石和高岭石等粘土矿物的含量。首先分析7个土属的反射光谱特征,明确每个土属反射光谱曲线的形状特征和吸收位置,其次分析土属的矿物含量情况,找出不同土属各矿物含量的共性和差异;再次分析不同粘土矿物和原生矿物的反射光谱特征,确定不同土壤矿物反射光谱曲线的形状特征和特征吸收的位置;最后将不同土属的反射光谱特征、不同土属的矿物含量情况和土壤矿物的反射光谱特征结合,得到如下结论：(1)土壤矿物决定了土壤反射光谱的骨架特征,土壤矿物对土属的反射光谱影响最明显,由于土类存在多种反射光谱特征,土壤矿物对土类的影响不明显。(2)粘土矿物对土壤反射光谱特征的影响大于原生矿物,主要受蒙脱石和伊利石等粘土矿物的影响,但砂性土受部分原生矿物的影响,主要是长石类矿物和高岭石的影响。(3)蒙脱石和伊利石分别决定土壤反射光谱的第一个吸收谷和第二个吸收谷特征,高岭石决定1 400和1 900 nm前的两个小吸收谷特征,钾长石和钠长石决定了砂性土的前两个吸收谷特征。(4)蒙脱石含量足够高时,会完全掩盖高岭石和长石类的反射光谱特征,部分掩盖伊利石的反射光谱特征;随着蒙脱石含量降低,伊利石的反射光谱特征逐渐体现;蒙脱石和伊利石的含量降到很低时,高岭石和长石类矿物的反射光谱特征逐渐体现出来。研究结果揭示了不同土属反射光谱特征差异的原因,可以为土壤反射光谱分类、土壤精细制图和基于高光谱图像的矿物分布研究等提供理论依据。     

四川平通512地震地表破裂带土壤近红外光谱分析及意义

在四川省平武县平通镇的512地震地表破裂带中采集黄色土壤样品,采用现代近红外光谱分析技术进行分析测试。通过对土壤中的矿物微粒特征吸收峰的快速鉴别,表明土壤样品主要由方解石、白云石、白云母、绢云母、伊利石、蒙脱石、滑石、透闪石、阳起石、绿泥石等矿物组成,其矿物成分与四川地区分布的黄壤成分基本一致。分析对比发现,土壤中的部分矿物与破裂带下部岩体的矿物组成特征相符合,说明该破裂带中的部分土壤矿物的演化与该地区岩石的矿物组成密切相关;地表破裂带土壤中的粘土矿物组成与北方的马兰黄土相似,推测这两种土壤中的粘土矿物可能具有相似的成因。研究结果说明近红外土壤矿物的分析技术可以有效分析土壤中的矿物微粒、指示成土环境,从而论证了将近红外光谱分析技术应用于土壤矿物的快速分析、地质研究的可行性。同时研究结果可以成为该地区土壤矿物分析的基础,为以后的土壤矿物以及地震破裂带的研究提供新的思路和方法。     

两种典型耕作土壤粘粒矿物XRD光谱特性分析

以东北粮食主产区典型耕作黑土和黑钙土为研究对象,在测定同一气候和地理位置下两种耕作土壤颗粒组成特征情况的基础上,采用X射线衍射(XRD)分析方法,对两种耕作土壤的粘粒矿物组成及相关差异进行分析,深入探讨其内在变化机理,是土壤矿物研究的新视角。结果表明：两种供试土壤颗粒组成均以砂粒为主,粘粒、粉粒次之;当颗粒累积率达到50%时,中央粒径分布在15～130 μm区间,除胜利乡黑土剖面外,各采样地两类土壤的剖面中粘粒含量的分布顺序呈现出与中央粒径大小相反的趋势。土壤粘粒在两种土壤剖面中呈现不同的分布规律,黑土剖面中粘粒在表层富集(18.82%),而黑钙土剖面中在钙积层富集(17.41%)。除泉眼岭黑土剖面外,其余采样地的土壤剖面中粘粒含量均在母质层中最少。XRD图谱分析显示,不同土壤中粘粒矿物图谱的差异不仅表现在衍射峰的强度及部分衍射峰位的变化上,还表现在矿物组成上。黑土、黑钙土均以2∶1型粘粒矿物为主,黑土组成为蒙伊混层-伊利石-蛭石型,黑钙土为蒙伊混层-伊利石-蒙脱石型,且均含有少量的高岭石、绿泥石、石英等原生矿物。     

汶川地震带断层泥X射线衍射和红外光谱分析

汶川地震在北川县擂鼓镇和赵家沟村一带产生了一系列的同震地表破裂带,采集破裂带内的同震断层泥,同时采集了平武县南坝镇断裂带中的老断层泥。采用X射线衍射和红外吸收光谱对新老断层泥样品进行测试,综合分析其矿物成分、粘土矿物含量及组合等特征。分析结果显示新老断层泥的矿物成分存在较为明显的差异,老断层泥主要由围岩的碎屑或碎粉组成,而新鲜断层泥的主要成分则为粘土矿物。其中新鲜断层泥中的粘土矿物成分主要为伊利石、蒙脱石和伊蒙混层,这一粘土矿物组合表明断层活动的演化环境主要为温暖湿润的环境,粘土矿物所受构造应力变质作用主要表现为低温低压的浅变质作用,这也一定程度上指示了该区域断层最新的活动方式可能是蠕移。前人对汶川地震带断层泥的研究主要集中在其力学性质和结构以及构造方面,而本文的研究则主要通过断层泥中矿物成分和粘土矿物含量的特征来判定断层活动的物理化学环境,这对于断层环境演化和地震的活动机制研究具有重要的科学意义。     

应用XRD光谱研究水旱利用方式下盐碱土粘粒矿物演化特性

以吉林省典型盐碱土为研究对象,对比分析水田与旱田利用方式下土壤粘粒矿物的组成特征,并利用X射线衍射(XRD)光谱研究两种利用方式下粘粒矿物的演化规律。结果表明,水田利用方式下,盐碱土各项理化性质均优于旱田利用,且水田利用较旱田利用更能促进盐碱土颗粒风化,提高粉粒颗粒含量。水田利用下土壤有强烈的脱钾过程,粘粒矿物的水化程度较高,伊利石结晶度降低。XRD光谱分析表明,两种利用方式下粘粒矿物组成相似,但衍射峰的强度及峰位存在差异。旱田利用的盐碱土粘粒矿物演变过程主要为S/I混层矿物→蛭石,水田方式下演变过程则主要为黑云母→伊利石和S/I混层矿物→蛭石→高岭石;长期水田利用后的盐碱土会出现一类羟基化的“绿泥石化”矿物。研究结果表明水田利用更有助于改善土壤结构,培育高肥力土壤,对盐碱土的改良效果较好。利用XRD光谱分析方法,较为全面的测定了粘粒矿物的各项特性,并针对两种利用方式进行对比分析,是土壤矿物研究的新视角。