扬子克拉通西部砂矿型金刚石多晶的同步辐射研究及意义

基于金刚石多晶形成过程的复杂性、制样的困难性等在较大程度上制约了人们对其成核、生长等结晶过程及意义等的深入理解，采用同步辐射技术对扬子克拉通的金刚石多晶进行同步辐射显微红外光谱、显微红外光谱成像等方面的研究。金刚石多晶的同步辐射研究表明，金刚石多晶研究样品总体属于Ⅰ型金刚石，其总氮含量(N_T)约为500~1 300 μg·g-1，对氮心的含量(N_A)约为300~700 μg·g-1，四氮心的含量(N_B)约为150~550 μg·g-1。金刚石多晶在地幔中的停留时间约介于0.06~0.12 Ga；样品的生长经历了多个生长中心先分别生长，后连聚成多晶再生长的过程，且整个多晶体的结晶中心区形成后，晶体优先往有利于稳固结晶中心的方向生长、再各向生长之过程。同时，金刚石多晶的生长在各时期内呈各向差异生长而非均匀生长，且存在间歇性停止生长的现象。     

湖南扬子地台砂矿金刚石的红外、拉曼特征及指示意义

产于湖南沅水地区的十颗砂矿金刚石的红外光谱和拉曼光谱的研究结果表明：湖南砂矿金刚石多为I_aAB型,且往往表现为A型氮相对富集;金刚石中的氮含量介于38.30～840.67 μg·g-1之间,且不同金刚石晶体中氮含量差别极大;金刚石在地幔中的存储时间介于0.043～3.315 Ga之间,不同的样品在地幔中的存储时间相差较大,且最长存储时间(3.315 Ga)要大于湘鄂黔桂毗邻区最老岩体的年龄(3.285 Ga);湖南砂矿金刚石在其形成过程中经历过较为显著的环境变化,且菱形十二面体金刚石晶体的形成深度大于八面体金刚石晶体。     

扬子克拉通西部砂矿型刻面状金刚石多晶的显微红外光谱研究及意义

扬子克拉通西部刻面状金刚石多晶的微区显微红外光谱研究结果表明,多晶以IaAB型为主,其中的氮含量变化较大,介于25.70～358.35 μg·g-1之间,且同一多晶的不同晶粒中的氮含量有明显差异。金刚石中的“A氮心→B氮心”聚集转变不完全,且B%集中在40%左右,未见C氮心;多晶不是在金刚石的成核阶段所形成的,而是在各个金刚石晶粒形成后在地幔储藏期间聚集在一起的。其形成环境较华北克拉通东部的山东蒙阴刻面状金刚石多晶更为复杂;多晶极可能形成于地幔深部160～180 km的范围内,达到扬子克拉通的核部深度,接近于岩石圈底部,为地幔深源成因;多晶中的sp2杂化C—H键的存在有利于片晶氮的形成,其浓度一般要高于sp3杂化C—H键的浓度。     

扬子克拉通西部金刚石的表面形貌特征及其振动光谱研究

基于金刚石表面形貌的研究,有可能为反演金刚石的形成环境及为金刚石的合成工艺设计提供科学线索。采用光学显微镜、红外光谱、拉曼光谱对扬子克拉通西部的天然砂矿金刚石表面形貌与杂质氮、氢含量及有序度的关系研究结果表明,金刚石的表面形貌包括与晶体生长相关的微形貌、与晶体定向相关的熔蚀形貌、与晶体定向无关的熔蚀形貌及与应力形变相关的形貌等四大类;金刚石以IaAB型为主,氮含量介于22.90～752.40 μg·g-1之间,绝大部分样品的sp3杂化C-H键浓度含量高于sp2杂化C-H键,氢杂质的存在有利于A氮心向B氮心转变;sp3杂质C-H键的存在对金刚石表面出现的形貌类型可能不会造成实质性的影响,但极利于形成熔蚀坑;各种表面形貌的存在都会降低金刚石的表面有序度,但发育晕线者的表面有序度相对最高,而发育三角形生长片层者表面有序度最低。     

扬子克拉通西部砂矿型金刚石的CL和FTIR光谱分析及在金刚石生长速率研究中的意义

鉴于当前人们在有效重建天然金刚石的生长过程等中所遇到的困难,如果能在微观层面上详细分析金刚石的生长过程,高度关注金刚石的生长速度,就可以为人们探讨金刚石的生长过程、分析其深部科学意义提供更为精准的科学线索。基于此,以扬子克拉通西部沅水流域砂矿型金刚石为研究对象,从微区研究的角度,采用CL光谱分析金刚石的生长环带,界定其生长微区;再利用FTIR光谱研究不同生长微区的生长时间;最后,利用生长微区的长度除以微区的生长时间,计算出不同微区的生长速度,进而分析其意义。样品的CL和FTIR光谱研究结果表明,该金刚石既发育早期生长环带,也发育后期再生长环带,其中早期生长环带为规则的平直带,环带总体呈阶梯状,大部分边缘呈不规则锯齿状;金刚石样品为IaAB型,氮总量介于47.88~321.89 μg·g-1,其最低结晶温度为1 490 K,不同部位在地幔中的停留时间不尽相同,且停留的时间最大介于0.264~4.6 Ga;金刚石样品不同生长环带之间的生长速率存在较大差异,介于9.26~5 218.18 μm·Ga-1。同时,样品的生长并不是各向均匀生长,而是具有一定优先取向。     

山东蒙阴金刚石多晶的显微红外光谱研究及其成因意义

山东蒙阴金刚石多晶可划分为多角刻面状和浑圆状金刚石多晶两大类,它们的显微红外光谱研究结果表明,金刚石多晶中的氮含量较低,介于16.69～72.81μg.g-1之间,且同一金刚石多晶的不同金刚石晶粒(或部位)中的氮含量不相同;刻面状金刚石多晶均为ⅠaAB型,且A心的浓度大于B心的浓度。浑圆状金刚石多晶也多为ⅠaAB型,但具有更高浓度的B心,且存在少数同时包含单替代氮、A心和B心的浑圆状金刚石多晶;金刚石多晶不是在金刚石颗粒的成核阶段所形成的,而是在金刚石长大期间或金刚石颗粒形成后的某个特殊条件下聚集而成;山东蒙阴金刚石多晶可能形成于氮浓度较低的较深部地幔。同时,多角刻面状金刚石多晶的形成时间稍晚于金刚石单晶体,浑圆状金刚石多晶的形成时间明显早于金刚石单晶体。     

湖南砂矿金刚石中石墨包裹体拉曼光谱原位测定：形成条件及成因指示

石墨是天然金刚石中最常见的包裹体之一,按其形成顺序可分为原生、同生、次生,原生/同生与次生石墨包裹体的存在指示了金刚石形成的环境及形成后可能经历的变化。对湖南沅水流域产出的13粒宝石级-半宝石级砂矿金刚石中的原生/同生石墨包裹体及次生石墨包裹体进行显微激光拉曼光谱的原位测试。测试显示,湖南沅水流域金刚石中原生/同生石墨包裹体与次生石墨包裹体的G带与D带拉曼位移均存在漂移,其中原生/同生石墨包裹体G带的漂移范围为1 591～1 600 cm-1,次生石墨的漂移范围为1 575～1 588 cm-1,显示其形成压力较低,结晶压力变化范围大。原生/同生石墨漂移程度估算出该区域压力范围为4.01～5.88 GPa,估算结果与利用橄榄石包裹体拉曼位移估算的源区压力范围基本一致。该区域内金刚石中原生/同生石墨包裹体的D带拉曼位移在1 350～1 368 cm-1之间,D带与G带的强度比(I_D/I_G值)值位于0.36～0.82之间,具有较低有序度结构/结晶程度与橄榄岩型金刚石的高结晶度石墨明显不同指示该区域部分砂矿来源的金刚石的形成深度较浅,成因与榴辉岩关系更为密切,形成过程极可能曾位于石墨-金刚石稳定域附近。研究结果表明,金刚石石墨包裹体拉曼位移的漂移程度可成为探索金刚石原生源区形成环境的有效方法之一。     

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。     

激光诱导击穿光谱烟叶Cu谱线等离子体参数及定量分析

农业领域中对植株元素的快速检测和实时监控十分重要。采用Nd∶YAG激光器和中阶梯ICCD光栅光谱仪获取金属元素Cu等离子体谱线。为研究激光诱导击穿光谱(laser induced break-down spectroscopy,LIBS)金属元素Cu定量分析的标定曲线和等离子体参数,制备Cu含量范围为8.59～156.35 μg·g-1烟叶样品进行实验。实验结果表明烟叶中金属元素Cu特征谱线324.75 nm处干扰小、谱线明显。烟叶样品受激发产生等离子体温度为39 458.94 K,Cu等离子体电子密度为0.74×1016,谱线强度和样品浓度建立的标定曲线相关系数r为0.98,平均相对标准偏差RSD(relative standard deviation)为2.59%,Cu含量理论最低检测限为7.72 μg·g-1,谱线信噪比(SNR)为7.86。激光诱导击穿光谱方法可以应用于卷烟生产线在线检测金属元素Cu含量和监测烟叶中金属元素Cu对烟草生长的影响。     

高基质进样-电感耦合等离子体质谱法测定职业接触人员血中铊

职业接触人员血中铊浓度可反映其体内暴露的信息。因此,建立血中铊浓度的检测方法具有非常重要的意义。目前,国内血中铊检测没有国家标准方法,国内外文献报道的方法均存在一定缺点。为了获得准确的职业接触人员血中铊浓度,建立了高基质进样（HMI）-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定职业接触人员血中铊含量的方法。通过对等离子体模式和前处理方法进行了选择,0.20 mL血样用0.1% Triton X-100+0.5%硝酸混合溶液处理后,采用在线加入内标的方式对铊含量进行了检测。在最佳的分析条件下,205Tl在0.02～4.00 μg·L-1范围内线性关系良好,Y=0.010 33X+0.000 12,相关系数（R）为0.999 9。最低检出限（detection limit,DL）为0.005 μg·L-1,最低定量限（quantification limit,QL）为0.02 μg·L-1;当取样量为0.20 mL,定容体积为5.00 mL时（血样25倍稀释）,方法检出限（MDL）为0.12 μg·L-1,方法定量下限（MQL）为0.42 μg·L-1,测定范围为0.42～100 μg·L-1。在全血样品中添加水平为2.50,15.0和75.0 μg·L-1时的平均回收率为92.7%～103.8%。每个样品重复测定7次,批内精密度（RSDs of in-batch）为1.71%～2.81%,批间精密度（RSDs of interbatch）为2.84%～4.77%,表明,该方法的准确度及精密度良好。连续监测50个样品（包括标准溶液、质量控制样品和全血样品）,内标元素209Bi的信号变化为+7.7%,表明方法稳定性较好。将建立的新方法用于30份职业接触人员全血的分析检测,其中4份血样的铊含量大于方法检出限,但低于方法定量下限,其余26份血样均低于方法检出限,且30份全血样品中铊含量均在平均背景范围内。结果表明30位职业接触人员铊内暴露水平很低,其工作场所铊对人体基本无潜在的健康影响。该方法简单快速、准确度高、稳定性好,适用于实际样品的大批量检测。     

显微红外光谱填图法示踪中国三个产地的天然钻石中氮杂质的非均匀生长

钻石产地特征研究在了解地幔演化及遏制国际冲突钻石非法交易等方面具有重要意义,采用傅里叶变换显微红外光谱技术对采自中国三个商业性产地的14片天然IaAB型钻石进行了系统的面扫描分析,根据显微红外光谱谱图定量计算出钻石中的氮含量(1 616个红外测试数据)并进行填图示踪。结果表明,钻石生长过程中氮的含量和聚集度不断变化,且成核阶段氮含量可高于或低于其他生长阶段,不同生长阶段氮杂质含量不具有单向变化规律,显示钻石生长过程中地幔流体碳和氮存在复杂的交换,不同产地钻石中氮含量频率分布及NB%/N(T)特征存在一定的区域性差异,与跳点法红外光谱测试相比,面扫描法填图能更直观和连续的示踪钻石生长过程中氮杂质的不均匀生长。     

基于ICP-OES分析的某尾矿库土壤铀分布特征与污染评价

通过三维取样分析,对江西某铀矿田下游水稻土壤铀含量进行测定,结果表明表层土壤中铀含量介于1.34～13.39 μg·g-1;利用surfer软件,对该区块土壤铀含量进行直观绘图,绘制四组剖线铀含量变化图,可见其与距矿山距离负相关;经过翻耕的土壤铀含量变化受到一些干扰,但在origin软件绘图中仍可见其在40 cm深处达到最大值,均达到10 μg·g-1以上,这可能与植物吸附,核素迁移规律等有关。经土壤综合污染指数评价,该地区为轻度污染。综合以上分析,铀矿山尾矿库的废水渗漏是造成这些现象的主要原因。其中,铀浓度分析是建立在ICP-OES数据基础上的,这是光谱学指导环境监测和评价的重要途径。     

山东产大颗粒高温高压合成钻石的多种谱学方法研究

山东济南中乌新材料有限公司利用六面顶油压机生产出大颗粒钻石,为了掌握这些合成钻石的品质及与天然钻石的区分方法,采用宽频诱导发光光谱仪（GV5000）、红外光谱仪、钻石特征光谱检测仪（PL5000）、激光诱导击穿光谱仪和X射线能谱仪,对该公司生产的225粒无色、蓝色和黄色高温高压（HPHT）合成钻石进行检测,并与天然钻石对比。HPHT合成钻石样品的晶形以（111）晶面和（100）晶面共存的聚形为主导。原石切磨成圆钻形成品的出成率在20%~67%之间,净度级别为VVS-P,颜色级别为D-H。通过GV5000分析,三种颜色样品均可观察到立方八面体生长结构发光图案,无色HPHT合成钻石为强蓝色荧光和磷光,发光峰位于495 nm,与晶格中的顺磁氮有关;蓝色HPHT合成钻石为蓝-绿蓝色荧光和蓝色磷光,发光峰位于501 nm,与晶格中的顺磁氮、硼有关;黄色HPHT合成钻石为弱绿色荧光和磷光,显示556和883 nm Ni+相关发光峰,这些特征可与天然钻石相区分。红外光谱分析表明,无色HPHT合成钻石在1 332~1 100 cm-1无明显氮相关吸收,在2 802 cm-1有B0相关吸收,为含有少量硼的Ⅱa型;蓝色HPHT合成钻石位于1 294 cm-1有与B-相关的强吸收,归属为Ⅱb型;黄色HPHT合成钻石位于1 130和1 344 cm-1有与孤氮相关的明显吸收,归属为Ⅰb型。PL5000光致发光光谱显示,三种颜色HPHT合成钻石可检测到659,694,707,714和883 nm等镍相关缺陷发光峰。相比之下,无色和黄色天然钻石通常为Ⅰa型,具有1 282和1 175 cm-1等聚合氮的红外光谱吸收,光致发光光谱通常可检测到415 nm（N₃）零声子线,由孤氮、硼和镍等缺陷导致的光谱特征极为罕见。因此,红外光谱和光致发光光谱特征可作为重要的鉴别依据。激光诱导击穿光谱仪检测到无色HPHT合成钻石的出露包裹体主要成分为Fe。X射线能谱分析显示,对于含包裹体较多的样品,无色和蓝色HPHT合成钻石可检测到Fe,黄色HPHT合成钻石可检测到Fe和Ni,为其中包裹体的成分,这可作为HPHT合成钻石鉴定性特征。综上所述,通过GV5000超短波紫外荧光和磷光测试,配合红外光谱和光致发光光谱特征,结合包裹体成分特征,可以有效区分该研究的合成钻石和天然钻石。