黄绿色菱锌矿玉的谱学特征及颜色成因初探

菱锌矿颜色丰富,有黄色、蓝色、粉色、绿色等,矿物学特征及谱学特征的研究较少,对其不同颜色的成因认识亦不明确。选取黄绿色菱锌矿玉,利用X射线粉晶衍射仪、电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪、傅里叶红外变换光谱仪、拉曼光谱仪、紫外-可见分光光度计、电子顺磁共振仪等分析显示,样品为纯净的菱锌矿,主要成分为ZnO,其平均含量为61.3%,次要成分有CaO,FeO,MnO,CdO及PbO。样品中含有微量过渡金属元素Fe和Mn,平均含量分别为7 363.5×10-6和3 558×10-6。样品在740,883和1 490 cm-1处出现菱锌矿的特征吸收带,740 cm-1归属于[CO₃]2-的面内弯曲振动单峰,883 cm-1属于[CO₃]2-的面外弯曲振动峰,1 490 cm-1处的强吸收谱带为[CO₃]2-反对称伸缩振动所致。拉曼谱有300,728和1 091 cm-1等方解石族特征峰,300 cm-1归属于ZnO对称伸缩振动,728 cm-1归属于[CO₃]2-面内弯曲振动,1 091 cm-1归属于[CO₃]2-对称伸缩振动。综合分析认为,Fe3+的6A₁→4E(D)跃迁、6A₁→4T₂(D)跃迁、Mn2+的d电子跃迁产生的紫外-可见光谱377,395和417 nm附近的吸收带是样品产生黄绿色的原因。EPR谱也显示出g=2.0左右的Mn2+的特征六重超精细共振谱线和g=1.98左右的Fe3+的特征谱线。结合样品成分和吸收光谱等特征,可以认为菱锌矿玉样品的黄绿色是由Fe3+和Mn2+的d—d轨道电子跃迁共同导致。     

宝石级氟磷锰矿的化学成分及光谱学表征

氟磷锰矿是一种稀有矿物,宝石级氟磷锰矿可呈现高饱和度的红橙色。选取三颗来自巴基斯坦的样品,通过电子探针、拉曼光谱、红外光谱和紫外-可见光吸收光谱进行系统研究,旨在获得其化学成分、光谱学特征,分析致色离子,为其品种鉴定、优化处理等提供重要数据。样品平均化学成分化学式为(Mn_1.66, Fe_0.17, Ca_0.15, Mg_0.03)_Σ2.02[P_0.99O_4.14]F_0.82,属含少量铁的氟磷锰矿,与文献记载的巴基斯坦Shigar山谷产出的宝石级氟磷锰矿化学成分相似。拉曼光谱与红外光谱显示氟磷锰矿的主要振动基团为PO3-₄基团。拉曼光谱的主峰位于980 cm-1,可用于分析羟基与氟的替代关系,450和427 cm-1双峰的强度比可反映Mn2+和Fe2+的替代关系。红外光谱在400～650 cm-1波段和900～1 200 cm-1波段有吸收峰,可以反映羟基与氟和Mn2+与Fe2+的替代关系。因此,拉曼光谱、红外光谱特征可清晰区分氟磷锰矿、羟磷锰矿和氟磷铁矿三个类质同像矿物。紫外-可见光吸收光谱中,以406 nm为中心的强吸收峰是由于Mn2+自旋禁阻跃迁导致;以455 nm为中心的弱吸收峰是由于Fe2+自旋禁阻跃迁导致,Mn2+对此峰也有一定贡献;以533 nm为中心的吸收峰是由Mn2+的6A_1g(S)→4T_1g(G)跃迁导致。样品呈现红橙色,属自色矿物。氟磷锰矿族矿物普遍存在类质同象,拉曼光谱、红外光谱可准确鉴定氟磷锰矿,电子探针可以为其产地溯源提供重要信息。     

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。     

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。     

湖北与安徽产高品质绿松石的红外与拉曼光谱特征及意义

近年来,市场对高品质绿松石的产地识别需求愈加迫切,然而,相应的研究尚少。湖北秦古、文峰和安徽笔架山产有结构致密细腻、光洁坚韧,蓝色的绿松石。它们的谱学特征基本一致,但在峰位或强度上存在可以识别的差异。红外光谱特征中,由δ(OH)弯曲振动引起的783 cm-1附近谱带在秦古样品中表现为797和779 cm-1分裂峰,在文峰样品中表现为787 cm-1峰,在笔架山样品中表现为783 cm-1峰。不同产地的R=I_{783 cm-1}/I_{837 cm-1}值不同,秦古样品R值在0.98以上,文峰样品R值在0.85左右,笔架山样品R值集中在0.91～0.94。属于ν₄(PO₄)伸缩振动内的609 cm-1附近谱带在文峰样品中较明显且强度大,在秦古样品中峰形略宽、强度稍弱,笔架山样品在该处吸收平缓且强度很小。拉曼光谱中在3 500 cm-1附近笔架山样品的峰位波数明显较湖北秦古和文峰样品的大(为3 506和3 505 cm-1),而湖北所有样品的此峰均低于3 500 cm-1(3 495～3 500 cm-1),可能由水组分的不同造成的,且其在3 472 cm-1附近的峰强度明显偏大。同样情况发生在由ν₄(PO₄)弯曲振动引起的551 cm-1峰,可能为微量元素Zn的含量差别所致。以上特征可作为识别湖北和安徽两产地绿松石的重要谱学标志,结合其外观特征,可以将二者有效区分。以上研究结果还具有潜在的考古学价值。     

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。     

镁对方解石相变压力和拉曼光谱影响的实验研究

为研究镁对方解石在高压条件下的相变行为和拉曼振动光谱的影响,探索碳酸盐在地球深部的存在形式和物理化学性质,结合金刚石压腔和激光拉曼光谱,对具有不同镁含量的方解石开展高压实验研究。实验选取天然无色透明冰洲石、淡黄色半透明方解石脉和白色大理石作为研究对象,利用ICP-AES测定冰洲石和方解石脉的成分为CaCO₃;大理石中Mg/(Mg+Ca)摩尔比为0.03,其成分可简化为(Mg_0.03Ca_0.97)CO₃。每种方解石样品挑选两粒大小约为50~100×50×20 μm的颗粒放入金刚石压腔,并在不同压力下进行相变过程观察和激光拉曼光谱测量。实验结果显示,常压下冰洲石和方解石脉样品的T₁,T₂,ν₄和ν₁拉曼振动频率分别为156.82,283.55,713.86和1 088.19 cm-1,大理石样品的拉曼振动频率为158.15,284.76,715.07和1 089.20 cm-1,表明方解石中含有3 mol%的MgCO₃时会造成方解石的拉曼振动频率整体升高1 cm-1以上。但是该变化幅度在不同压力下没有显著差别,表明镁对方解石的拉曼振动频率随压力的变化速率(∂ν/∂p)没有明显影响。冰洲石和方解石脉样品在1.5 GPa压力附近转变为方解石-Ⅱ,并在2.0 GPa进一步变为方解石-Ⅲ或Ⅲb;相比之下含有3 mol%的MgCO₃的大理石则是在2.4和3.7 GPa时才转变为方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ。假设镁对方解石相变压力的影响是线性的,即方解石向方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ/Ⅲb的相变压力随MgCO₃含量的增加以0.30和0.57 GPa·mol%-1的速率升高,当MgCO₃含量达到50 mol%时,方解石向方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ/Ⅲb的相变压力将分别为16.5和30.5 GPa,这与白云石向白云石-Ⅱ和白云石-Ⅲ的相变压力吻合。结合前人关于方解石中MnCO₃含量对矿物相变压力和拉曼光谱影响的研究结果,发现当方解石中部分Ca2+被具有不同半径和质量的离子(如Mg2+,Mn2+等)替代以后,阳离子与CO2-₃之间以及CO2-₃内部C-O化学键长度和强度都会发生改变,从而引起矿物结构稳定性以及拉曼振动频率的明显变化;并且两种阳离子之间半径差别越大,该影响效果越明显。因此,在研究高温高压条件下方解石的相变行为和拉曼光谱时,矿物中Mg和Mn等杂质元素对矿物结构稳定性和拉曼振动频率的影响是必须考虑的关键因素之一。     

水热金刚石压腔结合拉曼光谱技术进行Na2SO4-水体系溶解结晶动力学研究

成矿作用过程中,温压条件改变导致矿物溶解重结晶,溶液中溶质浓度发生变化。从溶液中析出晶体的粒度同时存在着时间和空间的分布,是复杂的动力学过程。当前对矿物在流体中溶解重结晶动力学研究主要使用高压釜或活塞圆筒等封闭设备测定溶液溶质浓度的变化或固相矿物的形态变化,降温淬火反应会影响样品的真实组成。使用可进行原位观测的金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术,研究无水芒硝-饱和Na₂SO₄溶液随体系温度压力变化所出现的晶体溶解重结晶过程。通过原位观测无水芒硝溶解、结晶变化来探究硫酸钠晶体在不同温压条件下的溶解结晶动力学反应机制。结果表明常温条件下无水芒硝拉曼位移分别位于449.9,620.5,632.9,647.4,993.3,1 101.8,1 132.2和1 153.1 cm-1。随着体系温度的缓慢升高,固相Na₂SO₄的晶形不断发生变化,温度至193 ℃时无水芒硝（Na₂SO₄）完全溶解,降温重结晶出现了新的1 196.5 cm-1拉曼特征峰,重结晶晶体为芒硝（Na₂SO₄·10H₂O）;金刚石原位观测结果显示迅速升温过程中无水芒硝发生部分溶解重结晶,重结晶区域拉曼特征峰显示依然为无水芒硝。拉曼光谱定量分析结果显示,溶液中SO2-₄,H₂O的拉曼谱峰面积比值参数更能反映SO2-₄浓度的变化, 体系达到溶解重结晶平衡状态时,SO2-₄/H₂O峰面积比值AR为(0.016 6±0.000 4),误差为2.4%。应用Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov（JMAK）模型结合溶液中SO2-₄/H₂O峰面积比值变化对体系中固相无水Na₂SO₄的溶解重结晶过程进行动力学拟合,计算得出无水硫酸钠在109 ℃条件下的溶解结晶反应的反应级数为1.266 7,反应平衡常数为0.001 26。综上所述,水热金刚石压腔装置实验步骤少,过程简便,可避免由于淬火过程中退化交换作用等造成的误差,应用水热金刚石压腔原位观测的装置优势结合拉曼光谱定量分析技术可实现高温高压条件下矿物在水溶液中溶解结晶动力学过程的原位观察和测定,是一种高效的动力学研究手段。     

广西黑青色阳起石玉振动光谱特征研究

选取产自广西大化瑶族自治县岩滩镇的黑青色阳起石玉为研究对象,采用电子探针、傅里叶变换红外光谱仪和激光拉曼光谱仪就其化学成分和振动光谱特征进行测试分析,并对小半径金属阳离子在阳起石晶体结构中的占位情况予以讨论。结果表明,广西黑青色阳起石玉的主要矿物组成为富铁阳起石,并含有少量铁阳起石;化学成分中的高含量FeO_T(Wt%：18.596%~26.791%)是导致其折射率值(1.64)、密度值(3.12 g·cm-3)偏高且在自然光下呈黑色、透射光下呈绿色的主要原因。受晶体结构中Fe2+对Mg2+的类质同象替代作用影响,广西黑青色阳起石玉1 400~400 cm-1范围内的红外吸收谱带与100~1 200 cm-1范围内的拉曼谱峰位置较透闪石向低频区发生偏移,频差不等;且中红外、近红外吸收光谱和拉曼光谱中均可见四个(MgMgMg)OH(A带),(MgMgFe2+)OH(B带),(MgFe2+Fe2+)OH(C带)和(Fe2+Fe2+Fe2+)OH(D带)振动谱带,其中基频振动谱带分别位于3 674,3 660,3 644和3 625 cm-1附近,倍频振动谱带分别位于7 183,7 154,7 118和7 077 cm-1附近,相对强度为A＜D＜B＜C。化学成分和M-OH红外振动谱带积分面积计算结果显示广西黑青色阳起石玉晶体结构中Mg2+优先占据M₂位置,Fe2+优先占据M₁位置;Mg2+和Fe2+在M₁和M₃位置上的分布相对有序,占位系数接近于1。综合分析认为广西黑青色阳起石玉的变质程度属绿片岩相范畴。     

常温高压条件下硬石膏相变的原位拉曼光谱研究

硬石膏（CaSO₄）是地球上分布最广的硫酸盐矿物之一,为研究硬石膏向高压硬石膏转变的压力条件和相变机理、确定硬石膏拉曼光谱压标的适用范围,实验结合水热金刚石压腔和激光拉曼光谱实验技术,研究了常温高压条件下硬石膏的相变过程以及硬石膏和高压硬石膏的拉曼光谱特征。实验结果显示,常温条件下硬石膏向高压硬石膏发生相变的压力在2.3 GPa左右,但是该相变压力在增压和降压过程中存在较大差异,表明硬石膏与高压硬石膏的转变过程存在明显滞后性,证实了该相变过程属于重建型相变。由于重建型相变的控制因素除了温度和压力之外,还包括相变的速率以及矿物结构的亚稳定性等,从而很好地解释了不同实验者获得的硬石膏与高压硬石膏的相变压力之间存在的巨大差异。与硬石膏相比,高压硬石膏的拉曼光谱特征表现为SO₄对称伸缩振动（ν₁）从1 128.28 cm-1突然下降至1 024.39 cm-1,同时对称弯曲振动（ν₂）分裂为441,459和494 cm-1三个峰,反对称伸缩振动（ν₃）分裂为1 136,1 148,1 158和1 173 cm-1四个峰,反对称弯曲振动（ν₄）也分裂为598,616,646和671 cm-1四个峰,可以作为判定硬石膏进入高压相态的有效标志。与硬石膏相比,高压硬石膏SO₄振动产生的拉曼峰数量更多、强度更低,表明影响SO₄振动的原子更多、分布更加复杂,这与高压硬石膏晶体结构（独居石结构,单斜晶系）的对称性比硬石膏（斜方晶系）更低相吻合。在硬石膏结构稳定的压力范围内（常压至2.3 GPa）,硬石膏SO₄拉曼振动中除了ν_2,416的振动频率变化不显著以外,其余振动均随着压力的升高以稳定的速率向高波数方向移动,同时谱峰的强度、形态和半高宽没有明显改变,从而保证了不同压力下硬石膏的拉曼峰具有一致的拟合误差和压力标定精度。同时,还通过方解石ν_{1,1 085}拉曼峰随压力的变化速率、方解石向CaCO₃-Ⅱ以及CaCO₃-Ⅱ向CaCO₃-Ⅲ的相变压力对硬石膏压力标定结果进行检验,确定了硬石膏压标的可靠性。     

红外拟合光谱分析微波对重晶石浮选的影响机理

目前浮选提高重晶石品位的方法通常采用新型浮选药剂从低品位重晶石矿中进行分选,采用微波加热预处理矿物可提高浮选回收率,但微波对浮选药剂与矿物的作用机理还不清楚。微波加热技术近年来用于矿物加工、冶金与材料制备等领域,具有反应速度快、产品指标高等优点。以油酸钠为捕收剂,对微波预处理后的重晶石纯矿物进行浮选,并对不同微波作用时间下的重晶石浮选样品进行红外光谱检测,通过红外拟合平滑光谱和二阶导数光谱计算分析,研究微波对重晶石浮选的影响机理。浮选试验结果表明,未经微波预处理的重晶石,在油酸钠用量为55 mg·L-1、pH值为8.0的条件下,浮选指标最佳,回收率为91.41%;而对比之下,经微波作用后的重晶石进行浮选,随着微波处理时间的增加浮选指标逐渐提高,且在微波作用60s时的回收率最高,达95.27%。基于浮选试验的红外光谱分析表明,重晶石未经微波预处理进行浮选,与油酸钠作用,在波数为3 004 cm-1处-CH₂-的对称伸缩振动峰、2 953 cm-1处-CH₃的反对称伸缩振动峰、1 119和1 077 cm-1处SO2-₄的非对称伸缩振动峰均发生了红移,说明油酸钠在重晶石表面发生化学吸附;而经微波预处理后的重晶石浮选时,在波数为2 853 cm-1处-CH₂-对称伸缩振动峰、2 923 cm-1处-CH₂-反对称伸缩振动峰、2 958 cm-1处-CH₃反对称伸缩振动峰、1 181,1 122和1 086 cm-1处SO2-₄非对称伸缩振动峰、982 cm-1处SO2-₄对称伸缩振动峰、635和610 cm-1处SO2-₄弯曲振动峰,其峰位并未发生红移,但峰强随着微波作用时间的增加明显加强,且微波作用60 s时其峰强增加最明显;对微波处理后的红外光谱进行拟合平滑光谱和二阶导数光谱计算发现,在波数为2 958,2 923,2 853,1 181,1 122,1 086,982,635和610 cm-1处峰面积均有不同程度的增加,且在微波作用60s时峰面积分别增加了1.84%,259.12%,761.15%,235.72%,145.61%,198.50%,641.16%,549.67%和744.97%,表明微波预处理并未诱发重晶石表面发生化学反应,但强化了捕收剂油酸钠与重晶石矿之间的化学吸附,使其与重晶石表面的化学吸附更加致密,吸附量增加,因此重晶石回收率增加,浮选指标提高。     

高压下L-丝氨酸的拉曼光谱研究

压力可以引起蛋白折叠与变性。作为蛋白质的基本构成单位,氨基酸在高压下的变化近来年备受关注。在常见的20种氨基酸中,学者们利用高压拉曼技术已研究了多种氨基酸在高压下的变化,研究的最高压力达到30 GPa。为了探究L-丝氨酸(C₃H₇NO₃)在极高压力下的结构变化情况,采用原位高压拉曼技术在常温下对L-丝氨酸晶体进行研究,最高压力达到22.6 GPa。研究发现,当压力达到2.7 GPa时,在102 cm-1处出现新峰,在1 123 cm-1(NH₃反对称摇摆振动)处的特征峰出现劈裂;当压力达到5.4 GPa时,L-丝氨酸晶体在574 cm-1处出现新峰,同时原来164 cm-1处峰消失;当压力达到6.0 GPa时,位于226,456,770和2 968 cm-1(CH₂伸缩振动)等处出现新峰,877 cm-1处的CC伸缩振动峰发生劈裂,产生894 cm-1新峰;当压力达到7.9 GPa时,在145,151和2 946 cm-1等出现新峰,同时原在CO₂摇摆振动峰的肩峰531 cm-1消失;当压力达到11.0 GPa时,位于249 cm-1处的振动峰开始劈叉,在241 cm-1处形成新峰,位于2 956 cm-1(CH₂伸缩振动)同时原位于391和431 cm-1处的峰消失;当压力达到17.5 GPa时,在200 cm-1处出现新峰。通过进一步分析L-丝氨酸的拉曼波数随压力的变化,发现很多拉曼峰在1.37,2.2,5.3,7.46和11.0 GPa以及15.5 GPa等压力点处都出现了拐点。其结果表明：L-丝氨酸在0.1～22.6 GPa之间共发生7处结构相变,分别位于压力区间0.1~1.37,2.2~2.7,5.3,6.0,7.46~7.9,10.1~11.0和15.5~17.5 GPa之间。而且,在6.0 GPa新的相变点在之前文献中未论述过。由于L-丝氨酸晶体在6.0 GPa时CC伸缩振动峰发生劈裂,这现象可能是由于压力引起L-丝氨酸晶体分子发生重排导致的,同时L-丝氨酸晶体分子重排导致氢键发生重排,使得L-丝氨酸晶体出现新的CH₂伸缩振动峰。L-丝氨酸晶体在10.1~11.0 GPa之间的拉曼光谱变化主要集中在低波数段,该波数段的拉曼振动模式主要与晶体晶格振动等低能量振动有关。同时在高波数段出现新的CH₂峰,由此可推测在10.1~11.0 GPa之间,L-丝氨酸晶体的晶格振动发生变化,产生了新的氢键,从而导致了L-丝氨酸晶体结构的改变。L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间,由于没有发现直接证据证明其发生结构相变,只是在拉曼波数随压力变化中,发现其在17.5 GPa时出现拐点,因此推测L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间可能发生结构相变。     

SO2-4/BO3-3掺杂对NaGd(MoO4)2∶Eu3+荧光粉发光性能影响的研究

采用柠檬酸钠为表面活性剂的水热法制备了NaGd(MoO₄)₂∶xEu3+(x=10%, 20%, 30%, 40%)和NaGd(MoO₄)₂∶7%Eu3+, ySO2-₄/BO3-₃荧光粉,对所制备样品的晶相、形貌、发光性质进行了表征。XRD分析表明NaGd(MoO₄)₂∶xEu3+和NaGd(MoO₄)₂∶7%Eu3+, ySO2-₄/BO3-₃荧光粉均为四方相的白钨矿结构;红外光谱测试发现有SO2-₄/BO3-₃的特征吸收峰,这表明SO2-₄/BO3-₃被成功掺入基质;荧光光谱测试说明,在NaGd(MoO₄)₂基质中Eu3+掺杂量为30%时发光最强;通过研究NaGd(MoO₄)₂∶7%Eu3+, ySO2-₄/BO3-₃荧光粉的发射光谱,发现适量的SO2-₄/BO3-₃掺杂会使Eu3+的特征发射增强,且掺杂10%SO2-₄或10%BO3-₃后可以减少3%左右的Eu3+掺杂,起到了节约稀土掺杂量的作用。     

砷和砷酸铁水化结构和红外光谱理论研究

水体中砷的去除与其水化作用密切相关,而不同质子化砷和砷酸铁水化特征相关报道甚少,且缺乏不同质子化砷和砷酸铁水化层红外光谱解析。在B3LYP/6-311G(d, p)计算水平上比较不同质子化砷酸根[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)和铁-砷酸盐络合物种[FeH_mAsO₄]m+(m=0-2)水化能,利用约化密度梯度函数图形化分析其与水分子相互作用的强度、类型和位置,并解析不同质子化砷酸根和砷酸铁水化层红外光谱特征。结果表明,随着氢质子化,砷酸根[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)水化能力减弱,而铁-砷酸盐络合物种[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)水化能力随着氢质子化增强。当水分子中1个氢与[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)中1个氧相互作用时倾向形成氢键;而水分子中2个氢同时分别与[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)中两个氧相互作用时,相互作用变弱,以范德华力相互作用;水分子通过其氢与砷酸根中氧形成的氢键强于水分子通过其氧与质子化砷酸根中氢形成的氢键。未质子化O_N倾向与2~4个水分子形成氢键,而质子化O_P最多与2个水分子形成氢键且O_P…H_W氢键弱于O_N…H_W氢键。红外光谱中,2 954,3 114,3 179,3 252和3 297 cm-1是AsO3-₄第一水化层中水分子Ow-Hw伸缩振动峰,3 277,3 324和3 376 cm-1是HAsO2-₄第一水化层中水分子的Ow-Hw伸缩振动峰,3 189,3 277,3 306和3 383 cm-1是H₂AsO-₄第一水化层中水分子Ow-Hw伸缩振动峰;[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水化层中水分子Ow-Hw伸缩振动对应区域依次是2 500~3 060,2 660~3 200和2 900~3 360 cm-1。因此,随质子化,[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)和[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水化层中水分子的Ow-Hw伸缩振动峰蓝移;相对于[H_mAsO₄]m-3(m=0～2),[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水化层水分子的弯曲振动峰和伸缩振动峰都明显红移。[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水壳层形成Fe-Ow-Hw…Ow-Hw…O_N-As氢键桥,该氢键桥中Ow-Hw具有特殊吸收峰,伸缩振动峰依次位于2 195,2 526和2 673 cm-1,质子化导致明显蓝移但峰强度几乎无变化;而其弯曲振动峰随质子化红移且强度明显降低;独立O_P-H伸缩振动峰不受Fe络合影响,而O_P-H…Ow中O_P-H伸缩振动峰位置因Fe络合而发生明显蓝移。该研究有助于更好地解析不同PH下砷和砷酸铁在水中溶解性,可用于红外光谱监测水溶液中砷和砷酸铁水化特征。     

基于水内标的NO-3，SO2-4，ClO-4拉曼光谱定量分析研究

拉曼光谱由于重现性差,在进行定量分析时往往需要内标。在水溶液中,水在2 700~3 900 cm-1范围伸缩振动拉曼峰很强,有作为内标的可能性,但水与溶质的相互作用会导致水伸缩振动拉曼峰形状发生变化,此外水的占比也会随着溶质浓度的变化而变化,当溶质浓度较高时需要对水的含量进行校正。将这两点因素考虑在内,研究了以水为内标,采用拉曼光谱法测量水溶液中NO-₃,SO2-₄和ClO-₄浓度的适用性。不同浓度NaNO₃,Na₂SO₄和NaClO₄溶液的拉曼光谱显示随着盐浓度的升高水在2 700~3 900 cm-1范围内的拉曼峰呈现出左肩下降右肩上升的变化趋势。将三种盐溶液拉曼光谱中酸根离子拉曼峰面积（A_盐）和水的拉曼峰面积（A_H2O）的比值（Ｒ_S=A_盐/A_H2O）与溶液中酸根离子和水的含量的比值（c_盐/c_H2O）作图,均呈现出良好的线性关系,拟合得到三条相关曲线的R2分别为0.999 1,0.999 1和0.999 4,说明酸根离子和水的拉曼散射系数均未发生变化或者在同比例变化。虽然水拉曼峰的形状发生了改变,但并不会影响水作为内标的可行性。在引入水的含量修正后,经理论推导c_盐与R_S符合关系式：c_盐=AR_S/(1+BR_S)。在0.1 mol·L-1到近饱和的宽浓度范围内,将R_S对c_盐作图,通过数据拟合获得的NaNO₃,Na₂SO₄和NaClO₄的工作曲线分别为c_NaNO3=18.8R_S/(1+0.6R_S) (R2=0.999 1),c_Na2SO4=20.2R_S/(1+1.0R_S) (R2=0.998 8),c_NaClO4=15.0R_S/(1+0.7R_S) (R2=0.999 8)。NaNO₃,Na₂SO₄和NaClO₄的检出限分别为0.008 0,0.005 2和0.007 3 mol·L-1。在水拉曼峰形状变化不影响其作内标可行性的基础上,当溶液中同时存在两种阴离子时,通过在水含量修正部分加入干扰离子对水含量的影响,可以在单盐溶液定量工作曲线中加入校正项来消除溶液中干扰离子对待测离子分析结果的干扰,但当干扰离子浓度较大而待测离子浓度较小时,干扰离子拉曼峰强度过大会影响到待测离子拉曼峰面积的准确性,从而使得校正的效果下降。     

福建寿山溪蛋石的矿物学和谱学研究

溪蛋石是寿山石的著名品种之一,指散落在月洋溪中的一种山坑石,系寿山石中的芙蓉石品种的风化产物。残块经过雨水冲刷流入溪中,复受水流、河沙等长年冲击,形成浑圆卵石状外表,因其易于雕刻塑形,广受近代雕刻家好评。为了探究寿山溪蛋石的矿物学和谱学特征,运用常规的宝石学测试方法、X射线粉末衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、显微激光拉曼光谱仪和电子探针等测试方法,对几件黄色溪蛋石样品的矿物组成、红外及拉曼光谱特征、化学成分等展开了全面研究。常规宝石学测试结果表明,溪蛋石样品的相对密度约为2.8,摩式硬度小于3;为了避免层状硅酸盐矿物的择优取向性,XRD实验采用侧压法,测试结果表明,溪蛋石由较纯的叶蜡石组成,并以单斜晶系（2M型）叶蜡石的形式存在,以2θ=19°~22°之间4.44Å（020）,4.24Å（12）和4.17Å（111）三个衍射峰为特征,其中（12）和（111）两个衍射峰相距很近,在（12）衍射峰（2θ=21.06°）右侧出现了一个衍射肩;在2θ=28°~31°之间,以3.06Å（003）强峰（2θ=29.05°）为特征;采用红外光谱仪可以有效的确定溪蛋石基质和石皮部分的矿物成分。样品的红外光谱表明,溪蛋石的风化皮与基质部分矿物成分均为叶蜡石,指纹区的主要特征峰为1 122,1 068,1 052,949,853,835,812,541和484 cm-1,其中,1 122 cm-1归属于Si-O伸缩振动,1 068和1 052 cm-1附近强而尖锐的吸收峰由简并解除的Si-O-Si伸缩振动引起,949 cm-1左右的吸收窄带由Al-OH面内弯曲振动引起;853,835及812 cm-1处强度较弱的倒“山”字形吸收谱带属于Al-OH面外弯曲振动,541 cm-1处吸收峰为Si-O-Al伸缩振动引起,484 cm-1归属于Si-O弯曲振动;官能团区3 675 cm-1处尖锐的吸收峰由Al-OH伸缩振动所导致,指示了叶蜡石结构的高度有序化。采用显微激光拉曼光谱对溪蛋石中的包裹体进行测试,以确认其矿物成分。结果显示,点片状黑色包裹体为赤铁矿,拉曼特征峰为224,291,409,494以及1 315 cm-1,灰白色矿物为硬水铝石,拉曼特征峰出现在448,499和667 cm-1,还存在707,788和1 194 cm-1处弱峰,与硬水铝石的标准谱峰吻合。此外,基质部分在111,194和261 cm-1处的拉曼峰由Si-O键伸缩振动所致,706 cm-1处强而尖锐的拉曼峰以及3 670 cm-1处的峰是由O-H伸缩振动所致,与叶蜡石的拉曼光谱一致,也与红外光谱的测试结果对应。根据矿物单位分子中的电价平衡原则和正电荷总数,利用电子探针测试数据计算溪蛋石的平均晶体结构化学式为：(Al_1.98Na_0.02Cr_0.01)[(Si_3.98Al_0.02)O₁₀](OH)₂。溪蛋石化学成分稳定,主要含有Si（64.88%）,Al（27.55%）。寿山溪蛋石中含0.2%左右的Cr和0.02%左右的Fe和Cr元素含量远大于Fe元素,因此推测溪蛋石的浅黄色由Cr和Fe离子共同作用所致。