拉曼Mapping研究霓石型稀土独居石矿物分布特征和取向相位

在地球科学等研究领域自动化分析，逐步取代了传统的光学观察法。然而，这些方法获得结果，过于依赖元素组成到矿物组成的转换。同时，也会破坏掉完整描述矿物材料来源和蚀变历史所需的重要信息。因此，利用合适的检测手段，对分析矿物成矿规律及成因具有重要现实性意义。研究利用拉曼Mapping、光学显微镜、自动矿物分析仪(TIMA)三种技术做对比。对具有代表性霓石型稀土矿物分布特征、化学成分、矿物结构及晶体取向等方面进行研究。通过TIMA与光学显微镜研究结果分析可知，独居石矿物多呈自形-半自形不等粒结构，粒度大小不均约为100～500μm之间，部分颗粒有被磷酸盐溶液交代痕迹，可初步判断独居石矿物经多期成矿；氟碳铈矿物呈细粒状分布较散以不规则颗粒包裹在其他矿物中，具有明显的早期成矿特征；易解石矿物以不规则团块状或放射状集合体，具有明显方向性与方解石形成时间一致。利用拉曼光谱技术在微区进行Mapping扫描，通过数据分析得到独居石矿物[PO₄]^3-的P—O对称伸缩模式(ν₁)与P—O对称弯曲振动模式(ν₂)所在峰位面积比...     

湖南郴州铅磷灰石矿物光谱学特征

近期,在湖南郴州市东南15 km柿竹园铅锌矿区黏土层中发现宝石级铅磷灰石标本。因该矿物罕见,且与多种磷酸盐矿物的谱学特征类似,难以鉴别。本文采用常规测试方法结合红外光谱、拉曼光谱、能量色散X射线荧光光谱（EDXRF）和X射线粉末晶体衍射（XRD）分析技术,对该地区的4块铅磷灰石样品的微观结构、元素组成和光谱特征进行了综合测试和对比分析,并将其与鉴定特征类似的磷酸盐矿物进行了简单比较,以探讨该矿物的光谱鉴别特征。常规测试显示,该矿物为半透明黄绿~绿色六方柱微晶簇;晶面呈玻璃~油脂光泽;粒径0.1~0.8 mm,高0.1~1 mm;相对密度为4.487~5.331 g·cm3;白色条痕;Mohs（莫氏）硬度为4。样品的红外指纹光谱主要由磷氧四面体分别位于~1 090~1 010和~589～546 cm-1的伸缩和弯曲振动组成,与氟-铅磷灰石的特征指纹光谱一致。除PO3-₄特征谱带外,部分样品在804~797和843~852 cm-1出现AsO3-₄和CO2-₃振动弱带,可能是结构中的部分PO3-₄被替代所致。拉曼光谱分析显示,样品具有铅磷灰石特有的磷酸根基团位于976/936 cm-1的拉曼位移,402/426/558/586 cm-1系列PO3-₄弯曲振动和170~214 cm-1晶格振动带。此外,820~826 cm-1谱带为(AsO₄)3-特征振动。EDXRF半定性分析显示,样品主要由Ca,Pb,P,和Cl等元素组成,与铅磷灰石（Ca₂Pb₃(PO₄)₃Cl）的主要组成元素一致。XRD主要谱线的2θ角、d值和相对强度分别为10.603/22.351/28.261/31.047°,8.336 5/3.974 4/3.155 3/2.878 2°,59.1/36.4/30.0/100,分别对应100/110/210/ 211面网,与氟-铅磷灰石的衍射d值基本一致。综合样品的相对密度值、振动光谱和XRD数据等分析结果可知,实验样品属于铅磷灰石系列矿物中的氟-铅磷灰石。该工作对国内首次发现的氟-铅磷灰石的多种光谱特征进行了分析,为认识、准确鉴别该类矿物和进一步研究提供参考。     

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。     

NaZnLa(PO4)2中Ce3+和Tb3+的发光

采用高温固相反应合成了NaZnLa(PO₄)₂中掺杂Ce³⁺、Tb³⁺的荧光体,对其晶体结构、发光行为进行了研究,并尝试对NaZnLa(PO₄)₂:Ce,Tb荧光体进行调制。NaZnLa(PO₄)₂是LaPO₄的同构物,为单斜晶系独居石结构,从XRD谱数据得到NaZnLa(PO₄)₂基质的晶胞参数为a=0.6823nm,b=0.7045nm,c=0.6497nm,β=1039°,v=0.303nm³,其晶胞参数与单斜LaPO₄的晶胞参数相似。在NaZnLa(PO₄)₂:Ce,Tb荧光体中,Ce³⁺对Tb³⁺有良好的敏化作用,掺杂适量的BO₃^3-、Al³⁺、Dy³⁺,可以增强发光亮度。     

La3+存在形式对白云鄂博稀选尾矿微晶玻璃性能的影响

选取白云鄂博稀选尾矿和粉煤灰为主要原料, 采用熔铸法制备了0–4 wt%La₂O₃掺杂的CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃. 利用DTA, XRD, SEM, TEM+EDS和性能测试手段研究La³⁺在白云鄂博稀选尾矿微晶玻璃中的存在形式及其对该微晶玻璃显微结构、抗折强度和耐腐蚀性的影响. 结果表明, La³⁺以置换固溶方式进入辉石主晶相, 1 wt%的La₂O₃可促进辉石主晶相形成. 超过1 wt%的La₂O₃与基础玻璃组分反应生成Ca₃La₆(SiO₄)₆第二相, 并与辉石相争夺Ca²⁺和Si⁴⁺离子来阻碍辉石相形成. 添加1 wt% La₂O₃的微晶玻璃综合性能最优, 其抗折强度和密度分别为198 MPa和3.18 g/cm³.     

稀土氟碳酸盐矿物的振动光谱研究

利用红外光谱、拉曼光谱和X射线能谱研究了四川冕宁氟碳铈矿和内蒙白云鄂博稀土矿区的黄河矿、氟碳钙铈矿、氟碳铈钡矿的谱学特征。结果表明,振动光谱是表征稀土氟碳酸盐矿物结构和组分特征的有效手段。CO32-离子的ν3红外谱带或ν1拉曼谱带的频率位置、谱带分裂状况和谱峰数目取决于矿物分子中的CO32-离子数目。而CO32-离子的ν2红外谱带或ν4红外和拉曼谱带的特征可区分稀土氟碳酸盐矿物、钡稀土氟碳酸盐矿物和钙稀土氟碳酸盐矿物。发现氟碳酸盐矿物中混有少量的重晶石。     

拉曼面扫描无损鉴定矿物包裹体：以彩虹方柱石中的磁铁矿包裹体为例

如何利用拉曼光谱对矿物中的微小包裹体进行无损鉴定，是矿物学与宝石学研究中经常遇到的问题。彩虹方柱石是一种含有特殊包裹体的方柱石，其包裹体在反射光下呈现虹彩效应。本文利用超景深显微镜、电子探针、显微激光拉曼光谱、X射线粉晶衍射分析，特别是创新性运用拉曼光谱面扫描填图技术对彩虹方柱石中微小的磁铁矿包裹体进行了无损鉴定研究。显微特征显示，彩虹方柱石的包裹体可能和固溶体出溶有关，微小包裹体平行排列，形成了类似反射型衍射光栅的结构，导致其在反射光下出现彩虹色。根据电子探针测试结果，彩虹方柱石端元组分为Ma_68.2-69.7Me_30.3-31.8，属针柱石亚族。根据拉曼光谱测试结果，部分包裹体出现了位于661 cm-1处的弱拉曼峰。由于图谱信噪比普遍偏低且该峰并不会在所有测试位置出现，所以容易被忽略。为进一步探究该峰的来源，对包裹体部位进行拉曼面扫描，并选择630～680 cm-1范围的拉曼峰进行了相关性分析，确认了包裹体位置普遍存在位于661 cm-1处的弱拉曼峰。该拉曼峰可归属为磁铁矿的A_1g振动峰，从而确认了产生虹彩效应的针状包裹体中包含有更微小的磁铁矿包裹体。XRD测试结果表明，包裹体较多的样品存在位于2.51 Å处的磁铁矿（311）晶面衍射峰，进一步验证了拉曼光谱面扫描的结果。根据上述实验，拉曼面扫描技术或许可以成为鉴定矿物宝石中微小包裹体的有效辅助性手段。该研究创新性提出，如果矿物包裹体的拉曼信号很弱，可以将拉曼面扫描结果与包裹体的分布特征结合分析来判断该信号的有效性。同时为无损鉴定矿物中的包裹体提供了一种新的研究思路与方法。     

基于光谱分析探讨磷酸与焦磷酸改性生物炭的磷素形态

通过磷酸(H₃PO₄)和焦磷酸(H₄P₂O₇)对生物炭改性能够使其更适于农业应用。探明H₃PO₄和H₄P₂O₇改性生物炭的P赋存形态与结合方式,将有助于揭示其表面P的生物有效性。以麦秆生物炭(WBC)与棉秆生物炭(CBC)为原料,分别通过H₃PO₄和H₄P₂O₇制备了H₃PO₄改性生物炭(P-WBC和P-CBC)和H₄P₂O₇改性生物炭(PA-WBC和PA-CBC)。利用拉曼光谱(Raman)与扫描电镜能谱(SEM-EDS)对改性生物炭结构与P分布变化进行表征,采用傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)探究改性生物炭表面P结合方式,并结合...     

污泥粉燃烧无机成分的转化和成灰行为

沉降炉中燃烧两种污泥研究温度对灰行为的影响。结果表明：随温度升高颗粒直径向大尺寸范围移动,在熔融聚集作用下1300℃时颗粒直径略微减小;灰形态随温度升高熔化程度增加,球颗粒数目增多,结合1300℃的灰平均圆度与EDS结果,推测Fe和球形灰颗粒的形成有关;泥样主要矿物相分是SiO₂、AlPO4、Na/K-硅酸盐、白云母、水钙沸石,随温度升高转变为CaAl₂Si₂O₈、NaFe₃Si₂O₆等辉石矿物,1300℃时晶峰面积减少,熔融现象明显。     

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。     

Kr2+辐照导致的Ca8LnNa(PO4)6F2(Ln=La,Nd和Sm)磷灰石结构陶瓷材料的非晶转变

采用传统固相烧结法成功制备出磷灰石结构材料Ca₈LnNa（PO₄）₆F₂（Ln=La,Nd和Sm）,并通过常规X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）进行表征确定三种样品都为单一相。在室温条件下用800 keVKr2+对三种样品进行辐照实验,辐照后的样品利用掠入射X射线衍射（grazing incidence X-ray diffraction,GIXRD）进行表征获取其表面辐照损伤层的结构信息。发现在实验辐照剂量范围内（1.0×1014~7.0×1014cm-2）三种样品都发生了从晶体结构到非晶结构的转变,不过三种样品的抗辐照非晶性能却有差异,抗辐照非晶能力大小关系是Ca₈LaNa（PO₄）₆F₂ > Ca₈NdNa（PO₄）₆F₂ > Ca₈SmNa（PO₄）₆F₂。这是由于在Ca₈LnNa（PO₄）₆F₂中,当镧系核素半径越小时,将有更大概率占据Ca（2）位置与F形成比Ca-F更弱的离子键。因此,镧系核素半径越小,辐照下将有更多的点缺陷保留下来,更容易发生非晶相变。     

新疆哈密恐龙骨骼化石风化原因分析

新疆早白垩世哈密翼龙动物群中恐龙化石的发现,增加了动物群的多样性,也为恐龙的系统演化提供了新的信息,具有重要的科学意义。然而,哈密恐龙化石在脱离原始埋藏环境在异地保存时,由于保存环境的改变,化石出现严重的风化现象。为了使哈密恐龙化石能够得到更好的保存、研究和展陈,采用多种分析技术方法,对产生明显风化现象的哈密恐龙骨骼化石进行检测,分析导致化石风化破碎的原因。X射线衍射(XRD)结果显示,哈密恐龙骨骼化石风化严重区域是骨松质部分,其主要矿物成分为石英和方解石,含有较少磷灰石、长石和黏土矿物等。其中石英和长石是充填骨松质孔隙中的外来碎屑颗粒,方解石是后期成岩或化石风化过程中形成的胶结物,而少量的磷灰石则主要来自骨骼。离子色谱(IC)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)以及扫描电子显微镜能谱仪(SEM-EDS)的结果表明,哈密恐龙骨骼化石风化区域的可溶盐以NaCl、 CaCl₂和Ca(NO₃)₂·4H₂O为主,以及少量CaSO₄,可溶盐含量高达2.63%,初步判断...     

汉阳陵东阙门出土蓝紫色颜料的科学分析

鉴于微区X射线衍射(micro-XRD)技术的微区、微量、原位、无损等优势,尝试将其与超景深显微法,扫描电镜能谱(SEM-EDX)和显微激光拉曼(MLRM)技术相结合,对汉阳陵东阙门出土的蓝紫色颜料样块进行显微观察和无损分析鉴定,结果证实该蓝紫色颜料的成分为中国紫(BaCuSi₂O₆),并伴有黄铅矿(Pb₂[SO₄]O)和重晶石(BaSO₄)。中国紫这类人工合成硅酸铜钡系化合物颜料在西汉帝陵遗址中的发现,反映了紫色在当时具有崇高的社会等级地位,而其在东阙门的出土也进一步表示了西汉帝陵在设计、装饰方面深受五行思想的影响。另外黄铅矿和重晶石的发现可推测当时合成中国紫颜料时所使用的钡源是重晶石,黄铅矿以铅盐添加物在合成中国紫时作为助熔剂和催化剂,从化学史的角度反映了当时合成技术的成熟。     

陕西白河小东沟绿松石矿明矾石的矿物学及谱学特征

鄂豫陕地区是我国重要的绿松石产区,其中陕西白河位于秦岭东部,是绿松石的重要矿点之一。选取陕西白河县小东沟绿松石矿床的黄白色和绿色伴生矿样品,对其进行薄片观察、 X射线粉晶衍射测试、红外光谱仪和拉曼光谱仪分析的矿物学和谱学研究。测试结果表明样品为明矾石,还含有少量磷铝矾和高岭石。可观察到其呈脉状结构产出,表明具有多期次形成阶段,后期结晶颗粒较好,具有典型假立方体状的菱面体的结晶特点;该矿物红外光谱谱带主要分布在3 697～3 488 cm^-1以及1 638～433 cm^-1范围内,在3 697和3 620 cm^-1处具有高岭石中OH导致的弱红外吸收谱峰;明矾石的拉曼光谱谱峰由SO₄^2-振动导致,此外在3 700和3 626 cm^-1处出现高岭石中OH的伸缩振动导致的峰位。结合该地区绿松石矿床风化淋滤特点,判断该区明矾石矿脉形成于低温富碱性环境下,当含矿溶液或围岩中形成绿松石所需成分不足时,趋向于形成明矾石,以脉状、块状形式产出,并共生有磷铝矾和高岭石矿物,为...     

钛酸锶纳米颗粒界面层特性的光谱学研究

利用拉曼光谱和紫外—可见光漫反射吸收光谱研究了颗粒度为10—80 nm的钛酸锶纳米颗粒的界面层特性.研究发现,当样品颗粒度从80 nm减小至10 nm时,一阶极化TO₂模的拉曼强度有显著增加,表明在样品边界层中存在由增强表面缺陷偶极子造成的微极化区.相反,一阶非极化TO₃模的拉曼强度随颗粒度的减小而降低.同时,发现TO₂和TO₃模的频率随着颗粒度的减小而发生软化,表明Ti—O 键的键长随颗粒度减小而增加,与XRD观察到 关键词： 纳米钛酸锶颗粒 微极化区 晶格扩张 表面缺陷态     

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。     

矿物药炉甘石煅制前后锌、铅元素的赋存形态及分布特征研究

采用X射线衍射(XRD)技术和电子探针微区分析(EPMA)技术针对中药炉甘石煅制前后锌、铅元素的赋存形态及分布特征进行了研究,探明了煅制对炉甘石中锌、铅元素赋存状态及分布的改变,为后续水飞减除铅元素的机理研究提供了理论依据。测试结果显示：21批次炉甘石(生品)中的锌元素以主矿物水锌矿[Zn₅(CO₃)₂(OH)₆]和杂质矿物异极矿[Zn₄(OH)₂(H₂O)(Si₂O₇)]为主要赋存形态,偶见菱锌矿(ZnCO₃);炉甘石(生品)的背散射电子图谱及元素分布数据显示：Zn和Pb元素同时分布的区域为水锌矿,Zn和Si元素同时分布的区域为异极矿,Ca和Mg元素同时分布的区域为白云石,Ca元素单独分布区域为方解石。在炉甘石(生品)中,Pb主要分布于水锌矿中且分布相对均匀,Pb元素的分布与水锌矿中的Zn元素密切相关。大量水锌矿的微区点位的电子探针定量分析结果显示：各不同点位中的ZnO/PbO含量的比值趋于定值,Pb在水锌矿中呈统计式均匀分布,说明Pb在水锌矿中主要以类质同象混入物的形式存在。但是炉甘石(生品)中的异极矿、方解石及白云石等杂质矿物中铅元素含量极低甚至检测不到。炉甘石煅烧后水锌矿晶格中的Zn和Pb分别生成了ZnO和PbO。Zn元素在炉甘石煅制品中主要以氧化锌(ZnO)形式存在,少部分以杂质矿物硅酸锌(Zn₂SiO₄)形式存在,呈较连续状态分布。Pb元素在炉甘石煅制品中主要以氧化铅(PbO)的形式存在,呈星点状分布,与Zn元素的分布未呈现相关性,说明Pb在炉甘石煅制品中是以独立矿物形式存在的。煅烧破坏了水锌矿的晶格结构,在改变锌、铅化合物形态的同时,更改变了锌、铅的分布特征,打破了炉甘石中锌、铅的共生状态,使水飞减除铅元素成为可能。     

和田玉糖玉的致色机理研究

采用X射线粉晶衍射(XRD)、 激光剥蚀等离子体质谱(ICP-MS)、 拉曼光谱(RAMAN)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)对和田玉糖玉的致色机理进行研究。结果显示,糖玉的主要矿物成分为透闪石,化学成分中的Fe含量和糖玉黄褐色色调有正相关关系,颜色越深Fe的含量越高,Fe在糖玉中以独立铁质矿物的赋存形式分布于透闪石的颗粒间、 微裂隙中。铁质矿物由于其含量低、 粒度细小,本文设计实验对其进行富集后进行测试。将铁质矿物富集后的样品进行透射电镜测试,铁质矿物呈云状集合体,电子花样衍射图显示其矿物为针铁矿。因此,针铁矿分布于透闪石颗粒间、 微裂隙中致使糖玉呈现黄褐色。拉曼光谱显示糖玉表面少见红褐色矿物颗粒为金红石,由于金红石含量少,仅对颜色成因有部分贡献。     

Na2CO3的高压拉曼光谱研究

碳酸盐是碳在地球内部的重要载体之一,其在地幔高温高压条件下的晶体化学是理解地球深部碳的赋存状态和循环过程的关键,而结构稳定性和相变是晶体化学最基本的研究内容。碳酸钠（Na₂CO₃）是一种常见的碱性碳酸盐矿物,在产自地幔过渡带-下地幔的金刚石中已发现含钠的碳酸盐矿物包裹体,这成为碳酸钠能够俯冲进入地幔深部的直接矿物学证据。前人利用拉曼光谱技术研究了Na₂CO₃在常温常压下的晶格振动模式,但其在高压下的稳定性和结构变化却鲜有报道。利用金刚石压腔装置结合先进的共聚焦拉曼光谱技术,以硅油作为传压介质,在准静水压力条件下,在0.001～27.53 GPa压力区间对Na₂CO₃粉末在600~1 200 cm-1波段的振动特征进行了细致地分析。本次实验重点分析了[CO₃]2-基团振动模式在升压和卸压过程中的行为。结果表明,在0.001～11.88 GPa压力范围内,[CO₃]2-基团对称伸缩振动γ₁（1 088.06和1 070.76 cm-1）、反对称伸缩振动γ₃（865.10和797.50 cm-1）和面内弯曲振动γ₄（720.10和696.71 cm-1）都出现了振动峰的分裂。随着压力增加,所有振动峰都向高频率漂移,半高宽也逐渐增加。在13.40 GPa时,Na₂CO₃发生结构相变,具体表现为690.08 cm-1处出现1条新的拉曼峰,并且随着压力升高该峰的强度逐渐增大。同时反对称伸缩振动峰γ₃以及面内弯曲振动峰γ₄的强度持续减弱,半高宽也继续变大。这些现象表明Na₂CO₃结构相变源于[CO₃]2-内部晶格变化。当压力卸载到4.18 GPa时,[CO₃]2-的振动模式与常温常压下的完全吻合,相变出现的新峰也已经消失,表明该相变是由[CO₃]2-基团畸变引起的并且具有可逆性。继续升压至27.53 GPa,拉曼光谱继续蓝移,Na₂CO₃的拉曼谱线再没有变化,说明高压相在这一压强范围内保持稳定。在整个加压过程中,反对称伸缩振动γ₃和面内弯曲振动γ₄处的拉曼峰出现强度减弱现象。同时也计算了各个峰频率对压力的依赖系数dγ/dP,结果显示[CO₃]2-基团内各个振动模式对压力的响应是不同的,这很可能与Ｃ-Ｏ键的键长有关。最后,对比发现,对称伸缩振动γ₁峰的强度比反对称伸缩振动γ₃和面内弯曲振动γ₄峰的强度大,并且[CO₃]2-基团对称伸缩振动γ₁受压力影响相对较小,可以用来区别不同种类的碳酸盐矿物。     

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。