不同静水压力条件下正长石的红外、拉曼光谱特征研究(英文)

选择新疆巴里坤花岗岩中的无色和粉红色两种正长石矿物进行了静水压力实验研究。使用立方氧化锆压腔,以石英做压标对正长石矿物进行了常温和100~600MPa不同静水压力条件下的原位压力测试实验。对不同压力条件下正长石矿物的含水性进行了拉曼光谱和傅里叶转换红外光谱表征。分析发现正长石的拉曼位移与样品所受到的静水压力呈显著的正相关关系。长石结构基团的M—O振动峰、AlⅣ—O—Si弯曲振动峰和[SiO4]四面体基团振动的拉曼峰随静水压力的增大而有规律地向高频方向偏移,漂移距离分别为2,2.19和小于2cm-1。红外光谱分析表明在一定的压力条件下进入到粉红色长石中的水较无色长石中的水含量为多。正长石红外光谱中以3 420cm-1为中心的水分子吸收峰的强度和积分面积随着静水压力的增大而增强。无色长石和粉红色长石的积分面积分别由常压下的120和1 383cm-1提高到600MPa条件下的1 570和2 001cm-1。实验结果预示着正长石在地壳一定深度的含水围压条件下,围岩中的水可以进入到长石矿物中。     

云南龙陵黄龙玉的振动光谱及XRD光谱表征

黄龙玉是云南省龙陵县近年发现的新玉石品种,在国内市场热度较高。目前对其矿物组成和光谱特征还未有报道。在常规的宝石学测试基础上,重点采用激光拉曼光谱仪、红外光谱仪和X射线粉晶衍射(XRD)分析方法,对其振动光谱特征和矿物组成进行了细致的研究。结果表明,黄龙玉显示典型的石英质玉石的振动光谱特征,主要红外吸收谱带位于1 162,1 076,800,779,691,530和466 cm-1处,分别属于Si—O—Si非对称伸缩振动、Si—O—Si对称伸缩振动、Si—O—Si弯曲振动。其中在800 cm-1附近谱带有分裂,表明黄龙玉结晶程度较好。拉曼光谱中,归属Si—O—Si弯曲振动的谱带强度较高,主要拉曼散射峰为463和355 cm-1。XRD结果证实,其矿物组成为较纯的石英,红色样品中还含有微量的赤铁矿,是其产生红色的原因。这是首次系统研究黄龙玉的红外光谱、拉曼光谱及XRD谱学特征,为其鉴定、定名及后续的研究提供科学依据。     

1.0～4.4GPa下奥长石拉曼光谱特征的变化

常温、1.0～4.4GPa下,利用激光拉曼光谱研究了奥长石晶体结构随压力的变化。发现,压力为2.9GPa时,517cm-1附近出现新的谱峰,奥长石开始相变。3.4GPa时,源于奥长石结构中M—O伸缩振动的288cm-1拉曼谱峰频移发生突变,517cm-1附近谱峰消失,奥长石由三斜晶系完全相变为单斜晶系(P1-I1)。随压力增加,归属于奥长石四面体结构中Si—O—Si弯曲振动的458及516cm-1谱峰随压力增加有规律地向高频方向偏移,斜率分别是1.667cm-1/GPa和3.560cm-1/GPa,而源于Al—O—Al弯曲振动的480cm-1谱峰与压力没有明显的线性变化关系。卸压过程中,288cm-1拉曼谱峰频移保持不变,458,480及516cm-1谱峰向低频偏移。长石类矿物的相变压力与结构中八元环所含阳离子种类有关。     

莫桑比克摩根石的谱学特征研究

近几年摩根石凭借它独特的色彩悄然兴起。采用常规仪器测试、激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP-MS)、紫外-可见吸收光谱(UV)、红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman),对产自莫桑比克的摩根石基本性质、化学成分特征、谱学性质进行了较为详细的分析。紫外-可见光谱获得样品主波长、饱和度、明度等相关颜色参数;成分测试显示样品摩根石中Li,Rb,Cs,Mn等含量较高,计算所得到的晶体化学式为Be_3.2090Al_2.0757Li_0.425Si_5.664O₁₈(Na_0.1420Cs_0.1316);红外光谱显示,摩根石的结构振动区主要在指纹区400～1 200 cm-1,其中900～1 200 cm-1为Si—O—Si环的振动区,550～900 cm-1为Be—O振动区,而450~530 cm-1为Al—O振动区。由于摩根石中的Cs元素的含量较高,而Cs为原子序数较高的元素,其存在可能令Si—O—Si环振动谱峰向低频位移。拉曼光谱显示1 065 cm-1为Si—O非桥氧伸缩面内振动,1 000 cm-1左右为Be—O的非桥氧伸缩面外振动,685 cm-1为Si—O—Si的变形面内振动,400 cm-1为O—Be—O的面外弯曲振动,在390 cm-1处为Al—O的面外变形振动,在320 cm-1处为Al—O的面外弯曲振动。     

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。     

常温0～1GPa压力下重晶石的拉曼光谱研究

利用碳化硅压腔装置研究了高压下重晶石的S-O对称伸缩振动v987和对称弯曲振动v452及v462的拉曼光谱变化特征.实验结果表明:在常温和0～1GPa压力范围内重晶石稳定,其拉曼谱峰随压力升高向高波数方向移动,二者的关系表达式分别为:v987=0.004 4p+987.42,v452=0.002 3p+452.6,v462=0.001 8p+462.42,而且伸缩振动受压力的影响比弯曲振动大.重晶石的987 cm-1拉曼谱峰强度约为石英464 cm-1拉曼谱峰的六倍,可作为压腔中良好的压力标定物.实验得到压力与重晶石987 cm-1峰偏移量的关系为:p(MPa)=223.16×(△vp)987-90.35(987 cm-1相似文献   

新疆于田和田玉的谱学特征及产地特征研究

新疆是世界重要和田玉产地之一,其中于田产和田玉又为优质山料的代表。研究对来自新疆于田县哈尼拉克、阿拉玛斯、赛迪库拉木、齐哈库勒四个矿点的48块和田玉样品进行谱学特征及化学成分分析,采用常规宝石学测试、傅里叶红外光谱、激光拉曼光谱以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱等现代谱学仪器测试。结果表明,新疆于田和田玉样品颜色呈青色、青白色、青黄色、黄白色、灰白色特征,样品呈典型油脂—玻璃光泽,不透明—半透明,为多晶质集合体,折射率在1.61～1.62范围,相对密度范围为2.95～2.99。新疆于田和田玉样品的红外光谱显示了900～1 200和400～760 cm-1范围内透闪石的特征吸收谱带。O—Si—O反伸缩振动、对称伸缩振动显示为位于1 143,1 096,1 040,995和925 cm-1处的峰,Si—O—Si对称伸缩振动显示为位于763和689 cm-1处的峰,而538,512,465和420 cm-1处的峰与Si—O弯曲振动、M—O的晶格振动及OH平动有关。新疆于田和田玉的拉曼光谱符合透闪石谱学特征,其中120,175,220,365和389 cm-1处是晶格振动峰值,670 cm-1峰值代表了闪石类矿物的Si—O—Si伸缩振动,931,1 029和1 060 cm-1是由于Si—O伸缩振动,3 672和3 680 cm-1属于M—OH伸缩振动。新疆于田和田玉的主要成分为MgO,CaO和SiO₂,稀土元素特征显示为δCe值为0.068～3.902,平均值1.064;δEu值为0～8.832,平均值0.343,具有负Eu异常;LREE/HREE为0.010～3.369,平均值0.682。ΣREE值为0.407～18.768,平均值3.138。利用微量元素特征和稀土元素特征可从化学成分方面将新疆于田和田玉与韩国春川、新疆且末、青海三岔河等其他代表性产地的和田玉进行区分。新疆于田和田玉的谱学特征及成分信息丰富了和田玉产地信息数据,为进一步研究提供参考,未来可以根据宝石学特征、谱学特征和稀土元素、微量元素特征提取各产地和田玉的产地信息,结合和田玉成矿地质条件背景,使和田玉产地精细溯源至每个矿点矿脉成为可能。     

古交飞灰不同粒径颗粒的XRD及FTIR研究

我国每年产生大量的粉煤灰,不同粒径的粉煤灰在处置利用方面存在较大差异。为探究不同粒径粉煤灰物质组成及结构的差异,选取古交飞灰为研究对象,将其筛分成8个粒度级别,运用X射线衍射(XRD)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征。结果表明:XRD图谱显示古交飞灰主要物质组成为非晶相玻璃体(61.93%～74.76%),莫来石(20.45%～29.59%)与少量石英(1.23%～5.64%)。随着粒径的增加,莫来石含量降低,石英含量先增加后降低,而玻璃体呈现整体上升的趋势。FTIR图谱显示Si—O(Si, Al)反对称伸缩振动峰为主要化学键(58.86%～67.39%),其次为Si—O—(Si)弯曲振动(15.28%～21.40%), Si—O—Si对称伸缩振动(6.18%～9.67%), Si—O—(Al)对称伸缩振动(0.79%～4.02%)。随着粒径的增加, Si—O(Si, Al)反对称伸缩振动相对增加, Si—O—(Si)弯曲振动降低,而Si—O—Si对称伸缩振动与Si—O—(Al)对称伸缩振动波有明显变化规律。FTIR中Si—O(Si, Al)反对称伸缩振动峰主要为飞灰中的玻璃体的吸收峰,其相对含量随着粒度的增加而增加与XRD定量所得玻璃体含量变化趋势整体一致。464 cm~(-1)附近石英的Si—O—(Si)弯曲振动, 1 090 cm~(-1)附近石英的Si—O—Si反对称伸缩振动相对含量的变化趋势与XRD定量所得石英百分含量的结果基本一致。不同粒飞灰中莫来石556 cm~(-1)处强吸收峰的相对含量(y)与XRD计算所得莫来石含量(x%)呈线性关系:y=0.396x-1.997,R~2=0.868。     

白硅钙石的高温高压拉曼光谱研究（英文）

利用活塞圆筒装置在1.2GPa,1 473K的条件下合成了白硅钙石。采用外加热装置和金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术,采集了白硅钙石298,353,463,543,663,773以及873K温度区间的常压及1atm~14.36GPa(常温)压力区间的拉曼谱图。扫描电镜下,该研究合成的样品为结构一致的单一相,颗粒大小为10~20μm。电子探针分析结果表明,样品的组成为Ca7.03(2)Mg0.98(2)Si3.94(2)O16,该组分完全吻合白硅钙石理论组分。Raman分析结果表明,高温时白硅钙石的拉曼谱图中具有29个振动峰。随着温度的升高,部分振动峰出现了合并或者弱化消失的现象。该现象尤其以800~1 200cm-1范围内的909,927和950cm-1振动峰峰位最为明显,这些振动峰分别在873,773以及873K时弱化消失。据此,白硅钙石的结构在实验温压范围内稳定,且随着温度和压力的升高,其拉曼振动峰峰位分别呈现往低频和高频方向线性飘移的趋势。除此之外,根据高温和高压拉曼实验的结果,分别计算了白硅钙石拉曼振动峰峰位的等压mode-Grüneisen参数和等温mode-Grüneisen参数,其算术平均值分别为1.47(2)和0.45(3)。最后结合高温和高压拉曼实验的结果,计算了白硅钙石的非谐系数,结果表明,Si-O振动模式对于非谐效应的贡献要小于其他振动模式。     

汶川地震断裂带断层泥矿物拉曼光谱特征

系统测定了汶川地震断裂带深溪沟剖面断层泥中石英和方解石颗粒的拉曼谱峰。测试结果表明,受到断层滑动、 断裂带构造挤压应力作用,所有样品的特征拉曼谱峰向高波数偏移。所测样品中微裂隙发育、 与绿泥石等粘土矿物共生的石英颗粒的464 cm-1谱峰向高波数偏移量为2.50 cm-1,而比较完整的纯净石英颗粒的464 cm-1谱峰偏移量为3.78 cm-1。这可能是由于石英颗粒早期发育大量微裂隙,并填充了松散的粘土矿物,增加了石英颗粒的表面积,从而加速了石英内应力的释放。断层泥中方解石颗粒的1 085 cm-1谱峰向高波数偏移2.70 cm-1,为汶川8.0级地震断层面所受构造压应力所致。根据方解石颗粒拉曼谱峰的变化及已有的实验数据,估计汶川地震发生时断层面所受压应力的下限为496 MPa。研究表明,对断裂带内矿物颗粒进行拉曼谱峰测试,可以为推测断层活动时断层面所受到的力学机制提供依据。     

297 K和0.13～1 GPa压力下菱镁矿的拉曼光谱实验研究

在T=297 K,130 MPa＜P＜967 MPa下用拉曼光谱对菱镁矿1 094 cm-1峰随压力变化关系进行了测量,结果表明随着压力增大,1 094 cm-1峰往高波数方向移动,其波峰位置与压力关系为：ν(cm-1)=0.007 44×P(MPa)+1 093.3。在T=297 K,130 MPa＜P＜967 MPa时,菱镁矿可用作地质压力计。压力与菱镁矿1 094 cm-1峰偏移量关系为：P(MPa)=125.8×(Δν_p)_{1 094}+124.7,(1 094 cm-1＜ν_p＜1 101 cm-1)。在实验的压力范围内未观察到菱镁矿的相变和有机物的生成。     

高温高压下方解石相转变的拉曼光谱原位实验研究

用热液金刚石压腔装置结合拉曼光谱技术研究了高温高压下方解石的相变过程及拉曼光谱特征。结果表明:常温条件下,体系压力增至1 666和2 127 MPa时,方解石的拉曼特征峰155cm-1消失,1 087cm-1峰分裂为1 083和1 090cm-1两个谱峰、282cm-1峰突然降至231cm-1,证明其转变为方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ。在起始压力为2 761MPa和低于171℃的升温过程中,方解石-Ⅲ的拉曼散射的各个特征振动峰没有变化。当温度达到171℃,方解石晶体完全变成不透明状,其对称伸缩振动峰1 087cm-1、面内弯曲振动峰713cm-1和晶格振动峰155和282cm-1均发生突变,说明方解石-Ⅲ相变生成一种碳酸钙新相。体系降至常温,该新相一直保持稳定不变,表明高温高压下方解石向碳酸钙新相的转变过程是不可逆的。方解石-Ⅲ与碳酸钙新相之间的相变线方程为P(MPa)=9.09.T(℃)+1 880。碳酸钙新相的对称伸缩振动峰(ν1 087)随压力、温度的变化率分别为dν/dP=5.1(cm-1.GPa-1),dν/dT=-0.055 3(cm-1.℃-1)。     

0.1~800 MPa压力下方解石拉曼光谱的实验研究

 利用石英的拉曼谱峰与温度和压力的关系，检验了在金刚石压腔中用方解石拉曼谱峰确定体系压力的可行性，并初步确定了在常温下方解石的拉曼谱峰与压力的关系。实验研究结果表明：在实验的压力范围内方解石稳定，且其1 085 cm^-1 谱峰约为石英464 cm^-1谱峰的3倍强度，因此非常适合作为热液金刚石压腔的压力标定物。在温度26 ℃、压力0.1~800 MPa条件下，方解石的拉曼谱峰（1 085 cm^-1）随着压力的增加，呈线形增大，其关系式为：p(MPa)=192×(ν_p－1 085)－21.8，1 085 cm^-1<ν_p<1 090 cm^-1。     

Raman spectra of aragonite at the pressure of 0.1-2 GPa and ambient temperature

Raman spectra of aragonite were studied at ambient temperature and pressure of 0.1 - 2 GPa in a moissanite anvil cell using Raman spectrum technique. The relations between the Raman shifts of aragonite and the system pressure are given as follows: v153 (cm(-1)) = 0.003 5p (MPa) +154.0, v206 = 0.006 0p + 206.3, v704 = 0.002 1p + 704.2, v1085 = 0.003 5p + 1 085.3. No phase transition occurred in aragonite within the range of experimental pressure. Similar to other carbonate minerals (magnesite, dolomite), the measured relative pressure-shift of the Raman line of the symmetric stretching vibration of aragonite is greater at 0.1-2 GPa than at ultrahigh pressure, which indicates that the C-O bond compressibility of the CO3 groups is related to the pressure, and it is more compressible at 0.1 - 2 GPa than at higher pressure.     

Deformation history reconstruction using single quartz grain Raman microspectroscopy data

One of the most common minerals in the Earth's crust, quartz, is stable across a wide range of temperature and pressure conditions. As its microstructure is sensitive to diverse deformation mechanisms, quartz may provide valuable information regarding the structural evolution of many different rock types. Using Raman microspectroscopy, single quartz grains and monomineralic domains characterized by different deformation conditions can be identified and separated. In this study, three microstructurally extreme quartz grain types were discriminated from a subsurface shear zone: grains with undulose extinction (T0), grains with subgrains (T1), and grains with recrystallized grains (T2). Moreover, several microstructurally transitional grains were measured, which represent combinations of the aforementioned extremes. Statistical analysis revealed that the microscopically identified extreme grains possess significantly different spectral attributes and as such can be divided on the basis of certain variables of their respective Raman spectra. The three extreme quartz grain types were formed by different deformation mechanisms and thus represent distinct deformation conditions. The T0‐T1‐T2 spectral space can therefore also be considered a virtual deformational space. Although each complex quartz grain measured also appears elsewhere in the deformation process defined by T0‐T1‐T2 extreme conditions, they together represent a successive deformation path. This combined pathway is assumed to be characteristic for the whole rock volume under study. Finally, the computed Raman spectroscopy‐based virtual deformational space enabled the determination of the structural evolution of the analyzed shear zone. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Raman scattering study of delafossite magnetoelectric multiferroic compounds: CuFeO2 and CuCrO2

Ultrasonic velocity measurements on the magnetoelectric multiferroic compound CuFeO(2) reveal that the antiferromagnetic transition observed at T(N1) = 14 K might be induced by an R3m --> pseudoproper ferroelastic transition. In that case, the group theory states that the order parameter associated with the structural transition must belong to a two-dimensional irreducible representation E(g) (x(2) - y(2), xy). Since this type of transition can be driven by a Raman E(g) mode, we performed Raman scattering measurements on CuFeO(2) between 5 and 290 K. Considering that the isostructural multiferroic compound CuCrO(2) might show similar structural deformations at the antiferromagnetic transition T(N1) = 24.3 K, Raman measurements have also been performed for comparison. At ambient temperature, the Raman modes in CuFeO(2) are observed at ω(E(g)) = 352 cm(-1) and ω(A(1g)) = 692 cm(-1), while these modes are detected at ω(E(g)) = 457 cm(-1) and ω(A(1g)) = 709 cm(-1) in CuCrO(2). The analysis of the temperature dependence of the modes in both compounds shows that the frequencies of all modes increase with decreasing temperature. This typical behavior is attributed to anharmonic phonon-phonon interactions. These results clearly indicate that none of the Raman active modes observed in CuFeO(2) and CuCrO(2) drive the pseudoproper ferroelastic transitions observed at the Néel temperature T(N1). Finally, a broad band at about 550 cm(-1) observed in the magnetoelectric phase of CuCrO(2) below T(N2) could be associated with magnons.     

常温及常压至1.2GPa条件下异辛烷的拉曼光谱研究

利用碳化硅压腔在室温(25℃)下,研究了异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)在常压至1.2GPa条件下的拉曼光谱特征。研究结果表明,异辛烷CH2和CH3的碳氢伸缩振动的拉曼位移随着压力的增大均呈线性向高频方向移动,其拉曼位移与压力的函数关系为:ν2 873=0.002 8P+2 873.3;ν2 905=0.004 8P+2 905.4;ν2 935=0.002 7P+2 935.0;ν2 960=0.012P+2 960.9。在1.0GPa附近,异辛烷的拉曼位移出现突变,与显微镜下观察发生的异辛烷液-固相变一致。结合异辛烷在常压下的熔点数据,获得了异辛烷的液-固两相相图,并根据克拉贝龙方程获得了液-固相转变过程中的摩尔体积变化量ΔVm=4.46×10-6 m3.mol-1和熵变ΔS=-30.32J.K-1.mol-1。     

29 ℃和0～1.0 GPa压力下丙三醇的拉曼光谱研究

利用氧化锆压腔在0～1.0 GPa和29 ℃条件下对液态丙三醇进行了拉曼光谱测量。实验结果表明,丙三醇的拉曼位移在2 800～3 000 cm-1范围内的CH和CH₂的伸缩振动谱峰随着压力的增大均连续向高波数位移,其拉曼位移与压力的关系可以表示为：ν_(CH)=0.009 2P+2 886.67和ν_(CH2)=0.009 4P+2 948.53。另一方面处理实验结果时发现,在0～1.0 GPa下丙三醇的ν_(CH2)拉曼位移可以进行压力标定,给出了以丙三醇作为压力标定计时的压力标定方程：P=106.4ν-3.14×105。     

26 ℃和常压至1.5 GPa压力下2-甲基戊烷拉曼光谱研究

利用碳化硅压腔在常压至1.5 GPa和26 ℃条件下对液态2-甲基戊烷进行了拉曼光谱测量,讨论了C—H拉曼峰频率、强度、面积、以及谱峰宽度随压力升高的变化规律。实验结果表明,2-甲基戊烷的拉曼位移在2 800～30 00 cm-1范围内的CH₃和CH₂的伸缩振动谱峰随着压力的增大均连续向高波数位移,其拉曼位移与压力的关系可以表示为ν_as(CH₃)=0.013 1p+2 960.1,ν_s(CH₃)=0.008 8p+2 871.0,ν_as(CH₂)=0.008 9p+2 930.2,ν_as(CH₂)’=0.007 0p+2 903.1和ν_s(CH₂)=0.007 9p+2 844.7。另外处理实验结果时发现,在0～1.5 GPa条件下,2-甲基戊烷的ν_as(CH₃)拉曼位移可以进行压力标定,其方程为：P(MPa)=76.2(Δν_p)_{2 960}+21.65(r2=0.995 8)。该压力体标定剂,适合于不希望有Si和Al等元素出现的体系。