金刚石中氦、氢含量的变化及在金刚石生长中的意义

天然金刚石自中心至边缘的显微傅里叶变换红外光谱研究表明:氮和氢在金刚石中的分布是不均匀的,这说明金刚石在整个生长过程中的物质环境是有差异的;中心至边缘的含氮总量、C-H键含量的总体降低趋势表明金刚石的生长过程是一个氮、氢的消耗过程,而中部的升高变化说明金刚石生长环境中存在氮、氢的补充,但氮补充得比氢更早一些.据此,可以将金刚石的生长过程划分为早期成核与长大、中期长大及末期长大三个阶段,其中早期和末期是氮和氢的消耗阶段,中期需要进行氮和氢的补充,且氮应该更早补充.氢对金刚石的生长是有利的,氢和氮不是以氮氢化合物的形式存在于金刚石生长的物质环境中,这暗示着在高温高压合成金刚石中欲引入氢,应当避免氮氢化合物的形成.     

湖南现代河流砂矿金刚石的红外光谱测定及其源区指示

红外光谱分析可以有效地厘定金刚石类型和杂质成分，揭示金刚石形成的物理化学条件及其源区特征，约束金刚石的形成机制。对湖南现代河流砂矿金刚石红外光谱原位分析结果显示，样品以ⅠaAB型为主（93%），含有少量ⅠaA型（5%）、ⅠaB型（<1%）和Ⅱa型（1%）；大部分表现为中-低氮含量（35.0~436 μg·g-1）和中-低氮聚集度（3%~57%，平均转化率为37%），少数具有高氮特征（517~2 848 μg·g-1，甚至高达6 829 μg·g-1）。这些金刚石在地幔中的存储温度集中在1 100~1 230 ℃，与前人根据金刚石内包裹体矿物得出的形成温度基本一致。此外，它们在地幔中的存储时间普遍较短（大部分<0.2 Ga）。这些特点暗示湖南现代河流砂矿的金刚石可能主要形成于上地幔，其来源与超基性岩或榴辉岩有关；少数高氮含量、低聚集氮特征的金刚石的存在则显示它们与榴辉岩关系更密切。与扬子克拉通贵州原生金刚石红外光谱数据的对比显示，贵州金刚石以高比例极低氮含量的Ⅱa型金刚石为主（占约75%），同时具有破碎度大、表面熔蚀强烈等特点，表明其来源较深，且在岩浆上升过程中经历了高温熔蚀作用。红外光谱数据显示，湖南砂矿和贵州原生矿来源的金刚石形成深度及其地球化学环境存在明显的差异，可能是在扬子克拉通地幔不同深度范围或者不同阶段形成的产物。进一步分析表明，湖南砂矿金刚石和贵州原生金刚石可能构成了扬子克拉通内一个完整的金刚石形成序列，它们分别与不同源区或不同的地球化学环境相对应。前者搬运距离较短，推测其源区可能主要来自近源补给区。现代河流砂矿金刚石的红外光谱分析为进一步探索扬子克拉通金刚石的源区特征和形成环境提供了新的指示和约束。     

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。     

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。     

地黄药材的红外指纹图谱及多元统计分析

中药产地是影响药材质量的重要因素,不同产地生长环境对中药的生长及代谢产物的累积具有直接影响,中药材素有道地产区分为非道地产区,在我国具有悠远历史,由于其产地的变迁以及现代主产地的增加,导致当今药材主产地与历史记录略有出入。傅里叶变换红外光谱技术具有快速无损的优点,红外光谱可完整地将不同产地地黄的信息表达,结合化学计量学将红外光谱所体现的信息数字化。该工作运用傅里叶变换红外光谱仪采集不同产地地黄红外光谱,对原始光谱进行基线校正、平滑点数6个、选取900~1 200 cm-1波段进行最高峰归一化等预处理,对每个产地红外光谱各主要特征峰的相对峰强度进行计算,采用正态分布、聚类(CA)和主成分分析(PCA)比较其质量差异,地黄的产地鉴别对中药的合理应用具有科学意义。结果表明采用傅里叶变换红外光谱法采集73批不同产地生地黄的红外图谱,73批不同产地地黄红外光谱指纹图谱峰形、峰位、峰高基本相似,不同产地地黄中含有相同的化学成分,其特征峰、形状基本一致,其中河南产地的地黄有个别特征峰的高度突出,指纹区存在一定差异,差异主要贡献波段为：1 639,1 424,1 354和1 260 cm-1,共标定13个共有峰。聚类分析可将73批地黄样品分为河南产的怀地黄和其他地黄两类,表明不同产地地黄存在内部质量差异;正态分布与聚类分析结果一致,在1 639 cm-1处,河南产的怀地黄与其他省份的正态分布曲线交叉依次为：山东省＞山西省＞河北省,此方法能有效将道地药材与非道地药材区分开;对所得的共有峰相对峰强度进行降维处理,并计算不同产地地黄的主成分综合得分,结果显示河南产怀地黄得到综合得分均高于其他产地的地黄,表明河南产的怀地黄质量最佳。傅里叶变换红外光谱结合多元统计分析方法可以无损、有效、快速的鉴别不同产地地黄。     

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。     

高温高压下氮氢协同掺杂对{100}晶面生长宝石级金刚石的影响

在压力为5.5–6.2 GPa, 温度为1280–1450 ℃的条件下, 利用温度梯度法详细考察了氮氢协同掺杂对100晶面生长宝石级金刚石的影响. 实验结果表明伴随合成腔体内氮、氢浓度的升高, 合成条件明显升高, 金刚石生长V形区间上移; 晶体的红外光谱中与氮相关的吸收峰急剧增强, 氮含量可达2000 ppm, 同时位于2850 cm^-1和2920 cm^-1对应于 sp³杂化 C–H 键的对称伸缩振动和反对称伸缩振动的红外特征峰逐渐增强, 表明晶体中既有高的氮含量, 同时又含有氢. 对晶体进行电镜扫描发现, 氮氢协同掺杂对晶体形貌影响明显, 出现拉长的{111}面, 且晶体表面上有三角形生长纹理. 拉曼测试表明, 晶体的峰位向高频偏移、半峰宽变大, 说明氮、氢杂质的进入对晶体内部产生了应力. 本文成功地以{100}晶面为生长面合成出高氮含氢宝石级金刚石单晶, 在探究氮氢共存环境下金刚石生长特性的同时, 也可为理解天然金刚石的形成机理提供帮助.     

七种不同产地仙鹤草原药材及提取物的红外光谱与二维相关红外光谱的分析与鉴定

采用红外光谱、二阶导数红外光谱以及二维相关红外光谱,对七种不同产地的仙鹤草原药材及其总鞣酸提取物进行了鉴别分析。仙鹤草原药材的红外光谱中出现了1 151,1 101,1 032 cm-1的淀粉特征峰,同时还出现了1 618,1 318,780 cm-1的草酸钙特征峰,说明在原药材粉末中同时有淀粉和草酸钙存在。原药材丙酮提取物中所含淀粉等基本成分大为减少,而总鞣酸等有效成分的相对含量增加,因此不同产地仙鹤草丙酮提取物的红外光谱中均出现1 711与1 447 cm-1的鞣酸特征峰。应用红外光谱、二阶导数红外光谱以及二维相关红外光谱技术,不仅可以提供仙鹤草主要化学成分的相关信息,还可以对不同产地的仙鹤草药材进行很好的区分。因此红外光谱法是考察中药资源的一种快速、准确、有效的方法。     

高氮含量宝石级金刚石单晶的高温高压合成

氮是金刚石（包括天然金刚石和人工合成金刚石）中最普遍的杂质,长期以来广受研究者的关注. 人工合成出类似天然金刚石的具有较高氮含量的金刚石晶体是极富挑战性的研究课题. 本工作通过在合金溶剂和石墨碳源中添加含氮物质,利用温度梯度法在国产六面顶高压设备上合成出了系列大尺寸、高氮含量的宝石级金刚石单晶. 借助显微红外光谱,对合成的金刚石晶体中的氮含量进行了测定. 研究发现随着含氮物质添加量的提高晶体中氮含量基本呈线性增加. 最终合成出了氮含量高达1707 ppm的毫米级高氮含量金刚石单晶,以及最大尺寸达3.5 mm,氮含量达1520 ppm的绿色高氮宝石级金刚石单晶.     

利用傅里叶红外显微化学图像系统鉴定书写与盖章的先后顺序

采用傅里叶变换红外显微化学图像系统并结合面扫描和反射模式对书写与盖章的先后顺序进行了无损、快速鉴定,结果表明先盖章后写字的红外谱图中墨水的特征峰吸收明显,先写字后盖章的红外谱图中印油的特征峰吸收明显。该法具有快速、准确、客观和不损坏样品等特点。     

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。     

天然钻石与合成钻石的特异性光谱初步研究

通过紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR) 吸收光谱、傅里叶变换红外(FTIR)光谱及钻石观测仪( DiamondViewTM)对天然钻石、经辐照或热处理的天然钻石、高温高压(HTHP)合成钻石及化学气相沉积(CVD)合成钻石进行了较系统的谱图及微区生长结构的对比研究。结果表明：天然钻石、经辐照或高温退火处理后的天然钻石、高温高压(HTHP)合成钻石的UV-Vis-NIR吸收谱图在200～1 100 nm区间谱图的反射率变化明显。相比之下,CVD合成钻石的反射率的变化相对较小。基于钻石样品的红外光谱分析,在其图谱中的800～1 600 cm-1区间,合成钻石样品、特别是CVD合成钻石在上述区间无明显的特征吸收峰位。此外,DiamondViewTM检测表明：一般而言,经HTHP处理后的CVD合成钻石出现平行的位错线,并呈现淡蓝色荧光。部分天然钻石可见典型的八面体生长线或称为树的年轮状图像,且因样品经辐照与高温高压处理后其荧光图像的颜色发生改变。高温高压合成钻石呈现出块状几何生长图像。限于钻石样品类别的多样性及合成钻石工艺的复杂且不断更新特征,天然钻石与合成钻石 的UV-Vis-NIR或FTIR光谱特征存在一定的相似性,因此不具有典型天然钻石图谱特征的样品需进一步辅以DiamondViewTM、光致发光光谱等其他检测仪器予以综合分析。     

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。     

Studying the effect of hydrogen on diamond growth by adding C10H10Fe under high pressures and high temperatures

In this paper, hydrogen-doped industrial diamonds and gem diamonds were synthesized in the Fe–Ni–C system with C₁₀H₁₀Fe additive, high pressures and high temperatures range of 5.2–6.2?GPa and 1250–1460°C. Experimental results indicate similar effect of hydrogen on these two types of diamonds: with the increasing content of C₁₀H₁₀Fe added in diamond growth environment, temperature is a crucial factor that sensitively affects the hydrogen-doped diamond crystallization. The temperature region for high-quality diamond growth becomes higher and the morphology of diamond crystal changes from cube-octahedral to octahedral. The defects on the {100} surfaces of diamond are more than those on the {111} surfaces. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) results indicate that the hydrogen atoms enter into the diamond crystal lattice from {100} faces more easily. Most interestingly, under low temperature, nitrogen atoms can also easily enter into the diamond crystal lattice from {100} faces cooperated with hydrogen atoms.