中国山东方山与缅甸抹谷Le-shuza-kone矿区暗蓝色刚玉的谱学特征

为对比研究中国山东昌乐方山矿区与缅甸抹谷Le-shuza-kone矿区所产暗蓝色刚玉的光谱学特征,并确定方山矿区和Le-shuza-kone矿区刚玉中铁元素的价态及致色机理,采用X射线粉晶衍射（XRD）、显微拉曼光谱（RAMAN）、显微傅里叶红外光谱（FTIR）测试、电子探针（EPMA）及穆斯堡尔谱（CEMS）等方法,对产于方山矿区和Le-shuza-kone矿区暗蓝色刚玉的物相、光谱学特征及成分开展深入研究。X射线衍射结果表明,两个矿区所产的刚玉在2θ=25°～45°之间以3.408 8 Å（012）,2.551 8 Å（104）, 2.380 7 Å（110）和2.085 0 Å（113）四个衍射峰为特征。缅甸抹谷Le-shuza-kone矿区刚玉在2θ=22°～23°之间有3.981 5 Å（110）的弱衍射峰,在2θ=38°～40°之间有2.314 9 Å（111）的弱衍射峰,分别为硬水铝石和勃姆矿（一水软铝石）的特征。拉曼光谱散射峰主要分布于350～450和550～850 cm-1两个区间。416和378 cm-1为刚玉的特征峰,测试结果中415和377 cm-1的强峰属于内部结构变形导致的拉曼位移,749 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al-O伸缩振动。方山矿区刚玉的793和811 cm-1拉曼峰和Le-shuza-kone矿区刚玉707, 793, 1 239和1 247 cm-1拉曼峰可作为区分产地的依据。红外光谱表现为两个矿区样品共有指纹区451,603,640, 779和1 088 cm-1的吸收峰,缅甸抹谷Le-shuza-kone矿区刚玉在官能团区有结构水（-OH）1 981, 2 110和3 311 cm-1的吸收峰,可作为特征峰与中国山东昌乐方山矿区刚玉相区别。缅甸抹谷Le-shuza-kone矿区暗蓝色刚玉含结构水,其形成过程中有水的参与,而山东昌乐方山矿区的刚玉中没有结构水。经电子探针测试和电价差法计算,中国山东昌乐方山矿区刚玉中铁元素的存在形式为Fe2+,Fe3+的含量为0,Le-shuza-kone矿区刚玉中Fe2+占Fe总量的91.9%,Fe3+占Fe总量的8.1%。创新性的在刚玉中铁元素的研究中引入了穆斯堡尔谱仪测试测得中国山东昌乐方山矿区刚玉内铁的赋存形式为Fe2+,而非Fe2++Fe3+,其深蓝色的体色是由Fe2+致色的,而非前人推测的Fe2++Fe3+或Fe2++Ti4+价间电荷转移致色。     

湖北竹山“油松”的红外光谱特征及其成分研究

湖北省十堰市竹山县秦古镇小林扒矿区产出了一类较为特殊的绿松石。这类绿松石颜色多为浅绿色、浅黄绿色或浅苹果绿色,产出原石具滑感,性脆,亦称之为“油松”。与其结构细腻度相当的绿松石原料相比,此类绿松石密度普遍明显偏低,硬度偏小;经传统有机结合剂充填处理后,致密度及硬度均未见明显改善,无法作为首饰级材料使用,造成绿松石这类不可再生的宝贵资源严重浪费。以“油松”为研究对象,采用常规宝石学测试仪器、红外吸收光谱仪、X射线粉晶衍射仪、电子探针仪以及环境扫描电子显微镜等对其化学组分及显微结构特征等进行测试,为有效利用这类绿松石资源提供科学依据。测试结果表明,“油松”的相对密度为2.04～2.22;在长波和短波紫外光下荧光反应均显示为惰性。“油松”的红外吸收光谱谱带主要分布在3 700~3 090 cm-1以及1 638~466 cm-1范围内,其中3 509和3 462 cm-1处峰形尖锐的OH致吸收光谱、3 277和3 090 cm-1 附近较宽缓的结晶水致吸收光谱特征与绿松石的官能团区吸收特征一致。“油松”在高频区3 700和3 622 cm-1处具有高岭石或蒙脱石中OH 致弱红外吸收谱峰。在1 638 cm-1附近均出现有强度中等的较为宽缓的吸收峰,该吸收峰与绿松石中H₂O的弯曲振动致吸收谱峰一致。指纹区的吸收峰峰形及峰位均与一般绿松石有较大差异,为Si-O及P-O的混合吸收谱峰。“油松”的主要化学组成元素为Si,Al和P,含有少量的Fe和Cu,并含有微量的Mg,Ca及Cr。组成元素的氧化物含量分别为：w(SiO₂)：25.60%～30.90%,w(Al₂O₃)：26.55%～28.29%,w(FeO_T)：5.35%～5.90%,w(P₂O₅)：22.00%～23.52%,w(CuO)：5.10%～5.87%。“油松”中的Al₂O₃和P₂O₅的含量均低于绿松石成分理论值及其他各产地的天然绿松石。相对于天然绿松石中较低的SiO₂含量（0.02%～0.12%）,“油松”中SiO₂的含量明显偏高,均高于25%。“油松”的主要组成矿物为绿松石,并含有一定量的粘土矿物蒙脱石及蒙脱石-高岭石,其硬度低,具有滑感,是“油松”硬度低,具有滑感且优化处理效果不显著的主要原因。     

白-黄色系绿松石“伴生矿”的红外光谱表征及其意义

近期在市场上出现了许多与绿松石相似的天然矿物,市场上俗称绿松石“伴生矿”,被商家作为天然绿松石的特殊品种售卖。这些与绿松石外观极为相似的天然矿物,给鉴定工作带来了一定的困难。为了探索识别的方法,选取市场上常见的白色和黄色品种的天然绿松石伴生矿,通过常规宝石学测试,红外吸收光谱及X射线粉晶衍射对其宝石学特征及矿物组成进行了分析和研究。结果表明：白色系和黄色系天然似绿松石矿物样品均显示不同程度的土状光泽-弱玻璃光泽,均不透明,结构比较疏松。白色系样品折射率约为1.51,相对密度为1.86～2.28;黄色系样品折射率约为1.57～1.60,相对密度为2.32～2.72。白色和黄色天然绿松石伴生矿的组成类型复杂,同色系样品的矿物组成也不尽相同。X射线粉晶衍射测试结果显示：白色系样品的主要矿物为磷铝矾和磷钙铝矾;黄色系样品的主要矿物为钠明矾石。白色和黄色系样品的红外吸收光谱均显示有SO₄/PO₄的基团振动,峰形、峰位区别较大。根据不同样品的主要矿物组成特征,将其红外吸收光谱进行分类,可对其进行快速有效的无损鉴定。     

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。     

一类绿松石仿制品的宝石学特征研究

绿松石的仿制品由来已久,早期主要以染色压制碳酸盐为主,后期陆续出现天然矿物的绿松石仿制品,如染色磷铝石、染色玉髓以及染色菱镁矿等,这些仿制品普遍不具有天然绿松石的颜色和结构特征,物理和光学性质与天然绿松石也有较大差异。选取市场上新出现的一类绿松石仿制品为研究对象,采用常规宝石学测试方法、红外吸收光谱及X射线粉晶衍射重点对其矿物组成、宝石学性质以及结构特征进行了研究。研究结果表明：该类绿松石仿制品表面可见角砾状构造,铁线浮于表面,分布形态单一,蓝色样品上可见明显的深蓝色颗粒,白色样品上见少量黑色点状物质,为典型的压制处理特征,蓝色绿松石仿制品则经染色压制处理。此类绿松石仿制品折射率在1.54～1.58,较天然绿松石低并具明显的蓝白色紫外荧光,可作为鉴别其与天然绿松石差异的重要证据。X射线粉晶衍射说明该类绿松石仿制品主要由顽火辉石与石英组成。红外吸收光谱显示该类绿松石仿制品的吸收谱峰主要表现为顽火辉石的典型吸收光谱,在1 088和799 cm-1附近的吸收峰则与石英中的Si—O和Si—O—Si伸缩振动有关;2 947和2 882 cm-1附近的吸收峰与外来的有机树脂中CH₂的伸缩振动有关,1 736和1 510 cm-1附近的吸收峰,则由CO伸缩振动和CH₂的弯曲振动所致。