变色磷灰石的可见光光谱特征研究

磷灰石是珠宝市场上常见的宝石品种,因颜色丰富而广受欢迎。变色磷灰石是稀有品种且价格高昂,该品种在D65光源（色温6 500 K）下呈黄绿色,A光源（色温2 856 K）下呈粉红色,其可见光光谱的谱学特征与变色成因未被详细研究。基于此,将一颗变色磷灰石晶体,沿其平行c轴和垂直c轴方向各切下一个薄片并双面平行抛光,分别测试其可见光光谱与微量元素。结果发现,其可见光光谱中谱峰较多：位于583和578 nm处的吸收双峰强度最强,位于748和738 nm处的吸收双峰强度中等,分别位于688和526 nm处的吸收峰,强度较弱。还有一些非常微弱的吸收峰,分别位于514,483,473和443 nm处。位于748和738 nm处的吸收双峰与583和578 nm处的吸收双峰共同造成了红橙光区的透射窗,583和578 nm处的吸收双峰与526 nm处的吸收峰共同造成了黄绿光区的透射窗。D65光源和A光源由于相对光谱功率分布不同,在不同透射窗的透过有所不同,导致变色磷灰石在不同光源下呈现出不同颜色。D65光源中黄绿光成分较多,透过黄绿光区透射窗的成分较多,D65光源下磷灰石呈黄绿色,A光源中红光成分较多,通过红橙光区透射窗的成分较多,A光源下磷灰石呈粉红色。因此,磷灰石的变色效应与位于748和738 nm处的吸收双峰,位于583和578 nm处的吸收双峰以及位于526 nm处的吸收峰相关。根据微量元素数据与稀土元素的晶体场理论,这些吸收峰是由稀土元素钕（Nd）导致。根据不同晶体方向样品的可见光光谱特征,平行c轴方向变色效果更好,建议加工变色磷灰石晶体时宝石台面应尽量平行c轴。该研究结合微量元素与可见光光谱分析了变色磷灰石的变色成因,并为其加工切割方向提供了指导。     

基于拉曼光谱实验与密度泛函理论的宝石级红珊瑚拉曼谱峰归属研究

红珊瑚是一种珍贵的有机宝石,自古以来因其红润的颜色与细腻的质地深受人们的喜爱与追捧。颜色漂亮的天然红珊瑚产量稀少,故有些红珊瑚会经过染色处理来改善其外观。拉曼光谱测试是鉴定红珊瑚有无经过染色处理的有力手段,故红珊瑚拉曼谱峰的归属对于鉴定有着重要的理论指导意义。由于红珊瑚拉曼峰的归属问题一直没有被深入研究,基于此,该研究测试了三颗颜色深浅不同的红珊瑚（Corallium rubrum）的拉曼光谱。同时,使用量子化学程序Gaussian 16运用密度泛函理论计算了红珊瑚中色素分子角黄素的理论拉曼光谱。创新性对比红珊瑚的实验拉曼光谱与角黄素分子的理论拉曼光谱,并进一步分析红珊瑚拉曼峰的归属。结果发现,红珊瑚的拉曼光谱中主要有1 514,1 295,1 177,1 125,1 086和1 016 cm-1拉曼峰,其中1 086 cm-1处的拉曼峰是方解石的CO2-₃引起的。红珊瑚的红色越深,1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1拉曼峰的强度越强,反之,红珊瑚的红色越浅,这些拉曼峰的强度越弱。红珊瑚拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰强与红珊瑚的红色深浅呈现出正相关的关系,故推测这套拉曼峰是由红珊瑚中的色素产生的。角黄素理论拉曼光谱中主要存在的拉曼峰位于1 512,1 269,1 189,1 159和999 cm-1处,与红珊瑚实验拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰的形状位置高度吻合。振动分析结果表明,角黄素的1 512,1 269,1 189,1 159和999 cm-1拉曼峰分别是由CC伸缩振动,C-H摇摆振动,C-C伸缩振动,C-C伸缩振动与甲基摇摆振动引起的。因此将红珊瑚拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰归属为CC伸缩振动,C-H摇摆振动,C-C伸缩振动,C-C伸缩振动与甲基摇摆振动。使用密度泛函理论的计算方法研究了红珊瑚拉曼谱峰的归属并对红珊瑚的拉曼谱峰进行了指认,为使用拉曼光谱鉴定红珊瑚提供了理论基础。同时为研究这类生物宝石材料拉曼谱峰的归属提供了一种新的方法。     

特殊变色蓝宝石的紫外-可见光光谱研究

坦桑尼亚Umba出产颜色丰富的刚玉,该研究对象是一颗来自Umba的具有特殊变色效应的蓝宝石,D65光源（色温6 500 K）下呈现淡黄色,A光源（色温2 856 K）下呈现淡紫红色。为了研究这颗变色蓝宝石紫外-可见光光谱中的谱峰归属与变色成因,该研究使用电荷补偿理论来分析此样品紫外-可见光光谱中的谱峰归属。采用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）对这颗变色蓝宝石进行了测试。结果发现,变色蓝宝石紫外-可见光光谱中存在位于377,388和450 nm处的3个吸收峰和1个以560 nm为中心的宽缓吸收带。样品的颜色主要受450 nm处吸收峰和以560 nm为中心的吸收带影响,其中以560 nm为中心的吸收带造成了这颗蓝宝石的变色效应。根据激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪的测试结果,样品中主要杂质元素有Fe,Ti,Cr,V和Mg等。样品紫外-可见光光谱中377,388和450 nm处的吸收峰是由Fe3+导致。蓝宝石中的Cr3+,V3+,Fe2+-Ti4+对都可以在560 nm附近产生吸收,结合电荷补偿理论分析,刚玉中的Mg2+会优先和Ti4+进行电荷补偿,样品中Mg含量要稍微高于Ti,推测样品中几乎所有Ti4+会与Mg2+进行电荷补偿,因此样品中几乎不会存在Fe2+-Ti4+对。Fe2+-Ti4+对电荷转移产生的吸收特征具有很强的偏振性,尤其是在580 nm以后的吸收特征会随着偏振方向的改变而有很明显的变化。偏振紫外-可见光光谱测试发现以560 nm为中心的吸收带没有明显的偏振性,进一步验证了样品中几乎没有Fe2+-Ti4+对,因此以560 nm为中心的吸收带主要是由于Cr3+和V3+造成的。样品的颜色主要是由Fe3+,Cr3+和V3+引起的,而变色效应主要是由Cr3+和V3+导致。结合电荷补偿机制与偏振-紫外可见光光谱来解释这颗变色蓝宝石的紫外-可见光光谱中以560 nm为中心的吸收带的归属,为研究刚玉紫外-可见光光谱中较为常见的位于560 nm左右吸收带的归属提供了一种新的研究思路。