激光加热效应在硅显微Raman光谱测量中的影响

本文从理论和实验两方面研究了显微Raman光谱测量中,激光功率对单晶硅样品测量的影响。由于显微Raman光谱仪对激光的聚焦作用,使得激光对不同厚度的样品具有微区加热作用,被测样品产生不同程度的温升,从而对显微Raman光谱仪在硅材料应力和温度的测量中产生影响。实验结果证明,对无限厚硅样品,20mW的激光使Raman频移达到0.15cm-1;而对2μm厚的热薄硅样品,26mW的激光使Raman频移达到4.47cm-1。     

固体和熔融碱金属碳酸盐的Raman光谱研究

用高温共焦显微激光 Raman光谱仪测定了不同温度下固体和熔融态的碳酸钠、碳酸锂以及不同成份的固态和液态 Li2 CO3- Na2 CO3混合物的 Raman光谱图 ,分析了 Na+和 Li+对碳酸根离子作用力的变化。根据 CO32 -对称伸缩振动模的波数移动情况 ,在固态混合物中也发现了混合效应     

固体和熔融亚硝酸钠的Raman光谱研究

用高温共焦显微激光Raman光谱仪测定了不同温度下固体和熔融状态的亚硝酸钠的拉曼光谱图,获得了有关固体和熔态NaNO2的结构信息,分析了NaNO2熔化过程中的结构变化。     

河南宝丰和新郑出土硅酸盐制品的无损分析研究

无损分析是文物样品研究的重要内容,研究中采用便携式能量色散型X射线荧光光谱仪(pXRF)和激光拉曼光谱仪(LRS),对河南宝丰和新郑出土的21件战国晚期到汉代的硅酸盐制品进行了化学成分分析和微区物相分析。依据化学成分分析结果,将样品划分为铅钡硅酸盐玻璃、钾硅酸盐玻璃、釉砂和铅钡釉砂四类分别进行讨论,并对样品的着色机理进行了初步探讨;利用激光拉曼光谱在部分蜻蜓眼和圆环珠蓝色颜料中检测到了中国蓝(BaCuSi₄O₁₀)、中国紫(BaCuSi₂O₆)和中国深蓝(BaCu₂Si₂O₇),同时成功确定了部分样品中存在石英、方解石、碳酸铅、煅棕土、绿土等多种物相;结合考古研究资料,对这些样品的来源进行了简要讨论,其中本实验铅钡硅酸盐玻璃、钾硅酸盐玻璃耳珰和铅钡釉砂为我国自制,而另外1件釉砂可能属于舶来品,反映了我国古代中原各地区间,以及中原与西域间有着广泛的文化技术交流。便携式能量色散型X射线荧光光谱仪和激光拉曼光谱仪的相互结合,能够提供硅酸盐制品的有效化学成分和结构信息,在文物科学分析中显示出特有的优势,为其考古研究提供有益的信息。     

碲锌镉(Cd1-yZnyTe)晶体Zn组分的显微荧光光谱研究

利用激光显微Raman光谱仪测量了5块碲锌镉晶片的显微荧光光谱,通过对来自碲锌镉材料带隙的荧光峰进行拟合,得出碲锌镉材料Eg值,从而可以计算出材料的Zn组分值;利用激光显微Raman光谱仪的定峰位X-Y平面扫描技术,可以便捷和无损伤地给出碲锌镉晶片的Zn组分分布图。     

湖北随州曾侯乙墓出土玉器材质分析与产源初探

曾侯乙墓位于湖北省随州市郊,是二十世纪重大考古发现之一,其中出土玉石器数量达五百余件,且种类齐全、工艺精湛。利用现代测试仪器对这批玉石器进行全面而科学的鉴定,对于东周时期曾国用玉水平的研究具有重要的学术意义。为了探知曾侯乙墓出土玉器的玉料类型及透闪石玉料可能来源地,以其中的319件玉器为研究对象,采用宝石学与光谱学的研究思路和方法对这些样品进行无损测试。通过十倍放大镜及天平等常规宝石学检测仪器对样品的表面特征、受沁程度及种类做出初步判断,利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和X射线荧光光谱仪（XRF）快速、无损的分析出土玉器样品的矿物相及化学成分。研究结果表明,常规仪器测试结合红外光谱及X射线荧光光谱可以很好的区分出土玉器的材质,在曾侯乙墓出土的319件玉器中,有264件透闪石质玉器,43件大理岩石璧、8件云母质玉器、1件石英岩、1件萤石以及2件水晶环。XRF测试结果显示,透闪石炙玉占全部检测样品的82.8%,其主要化学成分为MgO约占20.03%～27.00%（平均值为24.46%）, SiO₂约56.31%～61.17%（平均值为58.99%）, CaO约14.25%～19.91%（平均值为15.42%）, Fe_TO约0.19%～2.06%（平均值为0.551%）,计算可知m（Mg）/m（Mg+Fe）的值在0.91~0.99之间,其测试结果范围与标准透闪石含量很接近,该批样品中未检测出阳起石质的软玉。其中,大部分优质透闪石质玉器均出土自主墓室,反映出当时人们的用玉水平及用玉习惯。根据已有研究结果,结合化学成分分析及部分具有特征风化皮层及戈壁料特征的样品,推测曾侯乙墓部分出土玉器的玉料来源于甘肃古玉矿。该结论为进一步研究曾国用玉制度和战国时期玉石之路提供了更多的研究资料。     

一种毛细管聚焦的便携式微束X射线荧光谱仪

基于毛细管X光透镜技术的便携式能量色散X射线荧光分析因其无损分析等优点成为分析文物样品的有利工具。但由于文物样品的表面不平整或弧度以及毛细管X光透镜聚焦X射线的特点，导致在测量过程中样品测量点与毛细管X光透镜出端之间的距离产生变化，引起照射样品的X射线束斑大小发生改变，从而影响测量结果的准确性和元素区域扫描的分辨率。介绍了本实验室自行研发的一种新型便携式微束X射线荧光谱仪，此谱仪主要是由SDD X射线探测器、30 W低功率X射线管、毛细管X光透镜、CCD和一个新型闭环控制系统构成。该闭环控制系统是在激光位移传感器能够精确控制样品测量点到毛细管X光透镜出端距离的基础上，结合LabVIEW语言环境下开发的计算机控制程序以及步进电机、样品台等器件组成。基于此系统，该实验室研发的便携式微束X射线荧光谱仪在测量过程中可以时刻保证照射样品的X射线光斑大小固定不变。同时，该谱仪还可以通过调整样品测量点到透镜出端的距离来选择不同尺寸的X射线照射光斑。为了验证设备的可行性，使用该便携式微束X射线荧光谱仪在激活激光位移传感器和关闭激光位移传感器两种情况下测量了一块表面不平整古陶瓷样品釉彩层中K，Ca，Zn和Fe等元素的含量及分布，并将测量结果进行了对比。结果显示，在激活激光位移传感器的情况下测得的样品微区元素含量与真实值较接近，扫描区域元素分布图的分辨率更好，表明本谱仪基于激光位移传感器开发的自动调整样品测量点到透镜出口端距离的闭环控制系统能有效的减少由于样品表面不平整或弧度带来的测量误差，弥补了现有微束X射线荧光谱仪在此方面的不足。因此，本便携式微束X射线荧光谱仪在无损分析检测文物方面具有潜在的应用前景。     

具有抗漂移特性的激光共焦拉曼光谱成像技术与系统

共焦拉曼技术结合了共焦显微技术和拉曼光谱技术,具有高分辨率、高灵敏度、可层析成像的优势,广泛应用于物理、材料科学、生物医学、文物鉴定以及刑侦等领域。由于拉曼光谱成像需要较长时间,测量中系统易受环境等因素影响产生漂移,造成离焦,而现有商用共焦拉曼光谱仪并无定焦能力,容易影响测量结果。针对此问题,研制了一种具有抗漂移能力的激光共焦拉曼光谱探测系统。在不改变共焦拉曼探测基本原理的基础上,利用拉曼轴向响应曲线最大值对应显微物镜焦面这一特性,对每个探测点进行轴向扫描,采集一定数量的轴向信号,通过曲线拟合寻找光谱强度极值位置,保证扫描过程中样品始终处于系统的焦点位置处,抑制离焦影响,改善拉曼光谱成像效果。以单层石墨烯样品进行单点测试,证明仪器在5 μm离焦范围内可以实现实时定焦,定焦后采集到的拉曼光谱强度几乎不变,具有良好的抗漂移能力;对硅台阶样品进行成像测试,结果表明成像过程中,信号强度未发生明显变化,且横向分辨率有一定改善,效果明显优于普通共焦拉曼光谱探测系统。     

线结构光共焦显微成像技术的实验研究

激光共焦扫描显微镜大多采用点共焦扫描成像形式,扫描机构复杂,成本高。新型的线结构光共焦显微成像技术是对样品进行线共焦成像,只需对样品进行一维扫描就可以得到整个平面的像。设计了线结构光共焦成像实验装置,进行了线结构光共焦显微成像实验。实验结果证明了线结构光共焦成像的可行性,杂散光明显地减少,提高了成像清晰度,并且有光学层析能力。采用低照度高分辨率CCD代替价格昂贵的像增强器大大降低了系统成本。     

显微拉曼光谱在宝石鉴定中的应用

探讨了用显微共焦拉曼光谱仪鉴定宝石的可行性、可靠性。结果表明,根据对宝石本体的拉曼测量很容易识别真假宝石。而用显微共焦系统对微小包裹的测量可提供宝石是天然或人造的信息,甚至可追踪天然宝石的产地。我们还注意到,与拉曼谱同时记录到的光荧光谱也是有关样品的珍贵信息,有时也可据此判明宝石是天然的还是人工合成的     

The Non-Destructive Analysis of Some Ancient Jade Artifacts Unearthed from Henan Province by a Variety of Optical TechniquesSCIEI北大核心CSCD

A total of 14 pieces of ancient jade artifact unearthed from Henan Province were non-destructively analyzed by means of a portable X-ray fluorescence spectrometer (pXRF), laser Raman spectroscopy (portable and mobile) and optical coherence tomography (OCT) technology, comprehensively. The raw materials of ancient jade artifacts could be determined accurately through the combination of pXRF and portable Raman spectrometer in a short time. With the advantages of small size and easy-operation, these two instruments are suitable to in situ non-destructive analysis of ancient jade artifacts. The results of the pXRF shows that these ancient jade artifacts can be divided into 6 categories such as rich in Si Al K, rich in Ca, rich in Si Ca, rich in Si Mg, rich in Si, rich in Ca P. Their main phases have been successfully identified by the portable Raman spectrometer. In the lab, the mobile confocal laser Raman spectrometer, which help us find the Raman vibration peak of [OH] in the tremolite jade, is used to make up the disadvantages of the portable Raman spectrometer such as lower spectral resolution, lower accuracy and narrower measuring range. We can use the OCT to analyze the transparency, fiber fineness and inclusion etc. of the jade artifacts. The confocal laser Raman spectroscopy combined with OCT is used to analyze 2 containing inclusion of tremolite jade samples. OCT image can visually display the distribution characteristics of the inclusion in these 2 samples. Confocal laser Raman spectroscopy can accurately locate the sample surface of inclusion, then we can observe the micro morphology and analyze its phase. The results show that the black inclusion is graphite. This work is very significant to study the geographical origin of jade. Through the study we find, the use of OCRF, laser Raman spectroscopy (portable and mobile) and OCT can be achieved on the identification and analysis of cultural relic's phase composition and texture feature and meet the basic requirements of field archaeological work analysis.     

Nondestructive analysis of jade artifacts from the Cemetery of the Ying State in Henan Province,China using confocal Raman microspectroscopy and portable X‐ray fluorescence spectroscopy

Confocal Raman microspectroscopy and portable X‐ray fluorescence spectroscopy were used nondestructively to characterise 18 intact jade artifacts from the Cemetery of the Ying State in Pingdingshan, Henan Province, China. These jade artifacts date from the early to the middle of the Western Zhou Period (the mid‐11^th to the mid‐9^th century BC). Thirteen jade artifacts made of tremolite and two jade artifacts made of actinolite were discriminated from each other by their hydroxyl stretching modes, and a malachite pendant, a muscovite dagger‐axe, and a crystal pendant were also identified. Black graphite was analysed in three jade artifacts composed of tremolite, and the mineralization temperatures were estimated and compared. A red powder was found on the surface of all of the jade artifacts, and this was found to be cinnabar (HgS), which is thought to have been added to the tomb environments during burial ceremonies. The chemical compositions and the possible provenances of the jade artifacts are briefly discussed. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

河南固始侯古堆一号墓出土东周玉器的科技分析

古代玉器不仅是装饰品,其中还蕴藏着丰富的文化内涵。为探究春秋时期河南地区出土玉器在矿物属性、制作工艺、器物功能等之间存在的关系,选取了河南固始侯古堆一号墓（M1）出土的10件玉器,应用X射线荧光光谱（XRF）、共焦显微激光拉曼光谱（LRS）、超景深光学显微系统等光学无损分析技术,结合扫描电子显微镜（SEM）和硅胶覆膜技术对其进行了综合性分析。首先通过光谱信息获知样品的化学成分和物相结构,对样品进行了基本的矿物学表征,明确其矿物种类;再利用超景深光学显微镜对样品进行观察,利用硅胶覆膜技术复刻出样品中典型的钻孔痕、切割痕和阴刻痕,并进行二次观察和测量,综合判断出其加工工艺,并统计了刻痕深度、切口角度、浅浮雕高度等相关数据。结果表明：此玉器的矿物种类包括透闪石和云母两种,透闪石质的样品多为礼器,云母质的样品为葬玉。从阴刻工艺、钻孔工艺、切割及打磨工艺和其他特殊工艺这四方面对加工工艺进行了分析,阴刻加工工具分为手持硬质工具和砣具两种,此批样品中以砣具为主;总结了两种不同加工工具雕刻产生的阴线在表面痕迹、切口角度和刻痕深度中的规律性变化;钻孔方式均为双面对钻,钻孔工具均为实心钻具,部分样品钻孔时添加了解玉砂;多数样品经过了打磨抛光,对其中一件未完全加工完成的样品开片痕迹进行了分析,判断所用开片工具为硬质片状工具。另外对其他特殊加工工艺进行探讨,讨论了两种浅浮雕工艺的差异,以及实心钻定位技术在掏膛工艺中的应用。上述结果说明古代玉器制作工艺的选择受玉料矿物属性和玉器器型功能的影响,并结合已有研究结果,探讨了春秋末年中原地区治玉过程中玉料的来源、墓主生活年代及片切割工具的变革等问题。     

Investigation of some Chinese jade artifacts (5000 BC to 771 BC) by confocal laser micro‐Raman spectroscopy and other techniques

The study on material properties of ancient stone or jade artifacts is essential to trace the trade routes of raw materials, the tools used to making them, and moreover the social function of the artifacts. In present research, we focused on 23 intact samples that were made of versatile rocks. These samples dated from 5000 bc to 771 bc were unearthed from the Yellow River and Yangtze River basins in China. Based on the analytical results of confocal laser micro‐Raman spectroscopy, 14 minerals consisted of these rocks such as muscovite, antigorite, calcite, quartz, diopside, turquoise, corundum, and sillimanite were identified. The obtained scientific information about their primary material properties helps us to better understand their social functions and technologically related issues. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

FTIR和Raman用于盐酸曲马多的结构分析

采用AVATAR 360型傅里叶变换红外光谱仪和RM-1000型激光共聚焦拉曼光谱仪测定盐酸曲马多的红外光谱和拉曼光谱。拉曼光谱和红外光谱中均显示出了盐酸曲马多的特征峰,都能够用于其结构鉴别。采用红外、拉曼光谱这两种方法互相印证,互相补充,可增强鉴定的准确性、可靠性。     

R-3000便携式拉曼光谱仪在翡翠鉴定中的应用

使用R-3000便携式拉曼光谱仪,对缅甸原料、腾冲工艺的3个翡翠饰件和一个昆明古玩城所购翡翠挂件进行了无损鉴定。通过对检测样品拉曼光谱的比较研究,得出了有2个样品是由天然翡翠原料所制成;有一个样品含石蜡填充物;而有一个样品与天然翡翠无关,而是由石英岩（SiO2）为主要材料制成的,是假翡翠的结论。说明了R-3000便携式拉曼光谱仪,在玉石翡翠检测鉴定中是十分方便、快捷、准确的。     

维生素C包合物的拉曼光谱和红外光谱研究

通过拉曼光谱和红外光谱法分析维生素C包合物,探讨拉曼光谱法作为一种新的验证包合物形成方法的可行性。采用饱和水溶液法制备维生素C包合物,共焦拉曼光谱仪和傅里叶转换红外光谱仪分别测定并获得β-环糊精、维生素C、维生素C与β-环糊精物理混合物及其包合物四种固体粉末的拉曼图谱和红外图谱并将其进行对照分析。拉曼图谱和红外图谱共同证明了维生素C通过氢键作用嵌入β-环糊精的疏水空腔形成包合物,从而增加了它的稳定性。拉曼光谱法具有快速、准确、简便、无损测量等显著优势,可作为验证药物包合物的形成重要手段。     

新郑西亚斯东周玉器材料属性与加工工艺的科技分析

中国玉文化源远流长，治玉工艺经过各个时代的不断发展和完善，在一定程度上能反映古代社会生产力发展水平及文化、贸易、技术交流等信息。利用能量色散型X射线荧光光谱（EDXRF）、激光拉曼光谱（LRS）、超景深光学显微系统（OM）等分析技术，结合硅胶覆膜微痕复制技术，对河南省新郑西亚斯东周墓地出土的一批玉器进行科技分析。首先利用化学成分和物相结构分析技术确定了玉器材质的矿物属性，其次利用显微分析技术表征了玉器表面及穿孔内部和印模的加工痕迹，特别是阴刻纹饰和穿孔微痕特征，最后探讨了玉器样品的材料属性和加工工艺两者之间的联系。化学成分和物相结构分析结果表明，所分析的西亚斯东周玉器材质丰富，主要矿物组成有滑石、透闪石、水晶、云母等。玉器表面纹饰微痕特征分析表明，所分析玉器阴刻工艺采用了两种加工工具，分别是砣具和手持硬质工具。穿孔微痕分析特征表明，钻孔包括单面钻孔和双面/多面钻孔两种方式，钻孔工艺则有实心钻、管钻等。部分玉器钻孔形状和内部微痕特征表明，尽管均采用了实心钻工艺，但所采用的实心钻头在形状上存在差异，同时，也存在是否配合解玉砂进行钻孔的差异。不同材料属性的玉器采用了不同的加工工艺。滑石质玉器，莫氏硬度1，器型主要为玉片饰，其表面阴刻纹饰主要采用手持硬质工具进行刻画，钻孔主要采用了双面钻孔方式，并使用了实心钻头未添加解玉砂进行加工，钻头形状可能为圆锥状；云母质玉器，莫氏硬度2~3，器型主要为玉玦片饰，纹饰采用了砣具添加解玉砂的加工工艺，钻孔方式为单面钻孔，采用了管钻工艺。透闪石型玉器，莫氏硬度5~6，器型主要为玉片饰，表面纹饰采用砣具配合解玉砂砣刻，以双面钻孔的方式为主，钻孔工艺为实心钻头配合解玉砂工艺，钻头形状与滑石类样品一致，为圆锥状。水晶质玉器，莫氏硬度7，均为珠饰，表面无纹饰，钻孔方式为双面/多面钻孔，钻孔工艺为实心钻配合解玉砂工艺，且钻头可能为圆柱形。研究结果表明，玉器表面纹饰所采用的阴刻工艺和钻孔工艺，与玉器本身的材料属性、器型等存在密切关系。