两种典型耕作土壤粘粒矿物XRD光谱特性分析

以东北粮食主产区典型耕作黑土和黑钙土为研究对象,在测定同一气候和地理位置下两种耕作土壤颗粒组成特征情况的基础上,采用X射线衍射(XRD)分析方法,对两种耕作土壤的粘粒矿物组成及相关差异进行分析,深入探讨其内在变化机理,是土壤矿物研究的新视角。结果表明：两种供试土壤颗粒组成均以砂粒为主,粘粒、粉粒次之;当颗粒累积率达到50%时,中央粒径分布在15～130 μm区间,除胜利乡黑土剖面外,各采样地两类土壤的剖面中粘粒含量的分布顺序呈现出与中央粒径大小相反的趋势。土壤粘粒在两种土壤剖面中呈现不同的分布规律,黑土剖面中粘粒在表层富集(18.82%),而黑钙土剖面中在钙积层富集(17.41%)。除泉眼岭黑土剖面外,其余采样地的土壤剖面中粘粒含量均在母质层中最少。XRD图谱分析显示,不同土壤中粘粒矿物图谱的差异不仅表现在衍射峰的强度及部分衍射峰位的变化上,还表现在矿物组成上。黑土、黑钙土均以2∶1型粘粒矿物为主,黑土组成为蒙伊混层-伊利石-蛭石型,黑钙土为蒙伊混层-伊利石-蒙脱石型,且均含有少量的高岭石、绿泥石、石英等原生矿物。     

同步辐射X射线衍射光谱在地带性土壤粘粒矿物研究中的应用

X射线衍射(XRD)光谱是分析土壤粘粒矿物组成的重要手段,但常规XRD分析存在前处理复杂、耗时较长、光谱分辨率低、扫描不充分等问题.为此,该研究依托北京同步辐射装置(BSRF)的4B9A衍射实验站,以我国东部不同气候带(即温带、亚热带、热带)的7种地带性森林土壤(棕色针叶林、暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、赤红壤和砖红壤)...     

东北4种典型土壤粘粒矿物的初步表征

以黑土、白浆土、棕壤和褐土为研究对象,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)等方法对东北4种典型土壤的粘粒矿物进行了表征,结果显示,它们属于蒙脱石型图谱。4种土壤的主要矿物成分均为石英,但黑土和白浆土还有蒙脱石和高山石等成分,棕壤和褐土还有高山石和云母等成分。黑土、棕壤和褐土的粘土矿物颗粒均呈层状结构,表面具有十分明显的非均匀特性,其中黑土粘土矿物表面粗糙不平,而棕壤和褐土的粘土矿物表面比黑土要光滑;与此相反,白浆土的粘土矿物表面轮廓清晰、表面光滑,且有较多的空洞。分析结果表明土壤粘粒矿物的组成和特性可以利用土样的光谱特征进行分析和检验,得到的信息是准确有效的。     

γ-Al2O3高温相变的XRD和Raman光谱比较研究

采用XRD和Raman光谱研究了γ-Al2O3的高温相变.Raman结果表明,位于1 175,1 241 cm-1和1 370,1 400 cm-1的2组谱峰是杂质Fe3 和(或)Cr3 在θ-Al2O3和α-Al2O3环境中产生的荧光光谱,用这2组峰来指认θ-Al2O3和α-Al2O3物相比XRD更灵敏.因此,Raman技术能高灵敏地表征γ-Al2O3的高温相变过程.结果表明γ-Al2O3从800 ℃开始发生相变,γ-Al2O3同时向θ-Al2O3和α-Al2O3转变,随着温度的升高最终完全转变成α-Al2O3.相变温度与样品本身有关.     

四川软玉(透闪石玉)猫眼热相变的Raman光谱研究

利用Raman光谱和X射线粉晶衍射谱（XRD）对四川软玉猫眼热相变的过程和最终产物进行了研究。结果表明：加热至900℃时,软玉猫眼中透闪石完全脱OH基,结构被破坏,出现新物相671cm^-1的特征强单峰。至1000℃时,1014cm^-1谱峰强度显著增强,同时出现573和934cm-1的弱谱峰。至1100℃时,1033cm^-1弱谱峰出现。研究表明热转变的最终产物是一种成分和结构都类似于透辉石的Ca-Mg辉石。这一结果被XRD测试所证实。     

基于XRD光谱法的光参量振荡铌酸锂晶体SiO_2薄膜损伤研究

针对参量振荡过程中铌酸锂表面的增透薄膜的损伤问题,采用了XRD光谱法和形貌观测法对激光诱导薄膜损伤的形貌及其物理过程进行了深入地分析。观测发现:薄膜损伤点的特征是膜面出现凹陷的点坑,周围分散着由厚到薄变化的沉积层,XRD光谱检测显示出现了薄膜材料的晶化。利用杂质缺陷诱导薄膜损伤模型对以上损伤的形貌成因进行了分析。研究表明:杂质粒子对激光脉冲能量的强烈吸收会引起邻近光学材料的迅速熔化、汽化和电离,形成复杂物态结构混合物;在激光等离子体冲击波作用下,混合物发生喷溅扩散形成凹陷坑。在扩散冷却过程中沉积物会发生结晶,X射线衍射显示出薄膜材料SiO2晶态的衍射峰。     

不同收光角度下煤粉颗粒流的LIBS光谱特性研究

将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于煤粉颗粒流的直接检测,利用自行搭建的颗粒流实验台架重点研究不同收光角度下煤粉颗粒的等离子体光谱特性,分析煤中具有代表性的C,Si和Al三种元素原子谱线的强度及其相对标准偏差的变化规律,结果表明收光角度在30°～45°区间时收集到的等离子体信号强且稳定。     

KTP晶体的激光烧蚀特性及Raman光谱研究

高阈值的KTP晶体的研发,对高能激光领域至关重要。采用高重复频率的紫外激光对KTP进行烧蚀,并对烧蚀前后的Raman光谱进行分析,研究发现：激光等离子体效应是造成晶体破坏的主要原因,其逆韧致吸收效应会大大增加激光脉冲能量的沉积,电离效应使得晶体发生充分的离解,高压冲击波效应则把熔化、气化以及电离混合物外排的同时,使得材料发生断裂。烧蚀前后的Raman光谱的特征峰分布基本相同,说明烧蚀作用没有改变KTP材料的整体结构。但是,特征峰的对比值(RIR)都发生了改变,且有所展宽,说明烧蚀后结晶度降低。其中TiO₆和PO₄等主要氧多面体的特征峰向低波数漂移,说明材料的键合力消弱,更易发生离解。     

290K下0.1～600MPa水的Raman光谱原位研究

在 2 90K和 0 0 1～ 6 0 0MPa条件下 ,就压力对液态水对称伸缩振动的影响进行了原位Raman散射光谱研究。表明 :( 1)在 0 1～ 2 0 0MPa范围内 ,(ν1) max随着压力升高而减小 ;( 2 )在 2 0 0～ 4 0 0MPa范围内 ,压力升高导致 (ν1) max增大 ,并在 4 0 0MPa时达到最大值 ;( 3) (ν1) max随着压力的进一步升高 ( >4 0 0MPa)而降低。这表明在 2 0 0和 4 0 0MPa时 ,液态水结构的变化是不连续的 ,这也与在该压力范围内rOO 的变化特征是一致的。可认为与冰Ⅰh→冰Ⅲ→冰Ⅴ的相变相类似 ,也许存在液态水Ⅰh→水Ⅲ→水Ⅴ的相变     

单轴晶体包层光纤Bragg光栅反射谱特性模拟研究

本文推导了包层为单轴各向异性晶体的光纤理想正规模特征方程, 应用中值定理, 结合Matlab的数值求解, 提出了这一超越方程的一种求解算法, 并在此基础上, 对包层为单轴各向异性材料的光纤Bragg光栅的反射谱与包层折射率关系进行了模拟分析. 模拟结果表明, k_cl 对反射谱有很大的影响, 不同的k_cl 可以导致不同的光栅反射率和Bragg波长.     

四川平通512地震地表破裂带土壤近红外光谱分析及意义

在四川省平武县平通镇的512地震地表破裂带中采集黄色土壤样品,采用现代近红外光谱分析技术进行分析测试。通过对土壤中的矿物微粒特征吸收峰的快速鉴别,表明土壤样品主要由方解石、白云石、白云母、绢云母、伊利石、蒙脱石、滑石、透闪石、阳起石、绿泥石等矿物组成,其矿物成分与四川地区分布的黄壤成分基本一致。分析对比发现,土壤中的部分矿物与破裂带下部岩体的矿物组成特征相符合,说明该破裂带中的部分土壤矿物的演化与该地区岩石的矿物组成密切相关;地表破裂带土壤中的粘土矿物组成与北方的马兰黄土相似,推测这两种土壤中的粘土矿物可能具有相似的成因。研究结果说明近红外土壤矿物的分析技术可以有效分析土壤中的矿物微粒、指示成土环境,从而论证了将近红外光谱分析技术应用于土壤矿物的快速分析、地质研究的可行性。同时研究结果可以成为该地区土壤矿物分析的基础,为以后的土壤矿物以及地震破裂带的研究提供新的思路和方法。     

煤系针状焦微晶结构的XRD与Raman分峰拟合定量研究

采用XRD和Raman光谱分析技术,结合分峰拟合的数学方法,对不同生产厂家的三种煤系针状焦Coke-N,Coke-H,Coke-P进行了研究。由XRD分析结果计算出了三种针状焦的石墨化度、晶体结构类型以及晶粒尺寸(La和Lc),通过对XRD的分峰拟合处理,得出了三种针状焦中趋于规整结构的碳微晶含量(Ig)。通过对样品的XRD分析可知,Coke-N和Coke-P的石墨化程度及Lc相接近,并且明显大于Coke-H;La之间的关系为:Coke-NCoke-PCoke-H。通过Raman光谱结合分峰拟合的数学方法对样品进行了定量分析。研究结果表明,三种针状焦在拉曼位移1 000~2 000cm-1处有5个一阶谱拟合峰(G,D1,D2,D3,D4)。对样品的拉曼一阶谱拟合后所得出的每个拟合峰面积进行计算,可以用来定量分析三种针状焦中碳微晶结构的分布情况。由I_G/I_(All),I_(D1)/I_G,I_(D2)/I_G,I_(D3)/I_G,I_(D4)/I_G的计算可知,Coke-N和Coke-P的微晶结构比Coke-H的微晶结构更规整。在Coke-N中理想石墨碳微晶所占比例为0.33,而Coke-H和Coke-P分别为0.086和0.311。另外,Coke-H在三个样品中的无定形碳比例明显大于另外两个样品。Raman光谱分析结果与XRD的分析结果相吻合。由此可以看出,采用XRD和拉曼光谱分析技术可以从微观层面判定宏观质量不同的煤系针状焦差异的实质。     

墨脱区域滑坡滑带土矿物谱学特征及其工程意义

利用X射线衍射、X射线荧光光谱及红外吸收光谱对墨脱县北侧和格林村两处洪积扇滑坡面内采集的滑带土样品测试,分析了的主要矿物、黏土矿物的组成和含量及其化学成分。结果表明,滑带土中主要矿物组成受洪积扇组分控制,其黏土矿物含量分别占9%和10%,墨脱县附近滑动面中滑带土样品的黏土矿物含大量的伊利石,反应出该滑坡事件在很短的时间内完成,滑坡体滑动速率非常高;两处滑带土样品的红外吸收光试均未发现CO2-₃,HCO1-₃或C—H等振动相应产生的吸收峰,表明洪积扇滑动之后,滑坡面处于封闭系统,没有力学性质较差的碳酸盐等外来矿物或含腐蚀质的次生黏土沿滑动面充填进去,其结果增加了滑坡体的稳定性;样品中含有一定量的埃洛石,反应了区域洪积扇发育在非常潮湿温暖的环境中,同时封闭体系内滑带土所含的Na₂O和CaO等化学组分不能通过淋滤作用排出,滑坡面内发生强烈的水-岩相互作用,促使其内部的黏土矿物发生伊利石-伊利石/蒙脱石混层-蒙脱石趋势的转化,导致格林村附近滑坡面内的滑带土中含大量后期分解形成的伊利石/蒙脱石混层。该类黏土矿物组合很大程度上降低了滑带的摩擦强度值,从而提高了再次发生滑坡的危险性。     

粘土矿物参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物的结构特征研究

粘土矿物在催化木质素形成腐殖质方面具有重要贡献。为有效阐明微生物-木质素-粘土矿物三者间的关系,探明矿物-菌体残留物的结构特征,采用液体摇瓶培养法,以木质素为碳源,通过添加高岭石和蒙脱石,在接种复合菌剂后启动110 d液体培养,期间动态收集矿物-菌体残留物,利用傅里叶红外光谱及扫描电子显微镜技术对其结构特性进行了研究。结果表明：高岭石颗粒边缘多由管状体卷曲而成,在参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物后,连片状细小颗粒结构进一步团聚,结合更加紧凑,短管状结构增多,但整体仍保持多水高岭石的结构特征;在初始富营养条件下,高岭石能够促进微生物繁衍,使大量菌体聚集于高岭石表面,掩蔽了Si-O和Si-O-Al键,且矿物-菌体残留物中脂族碳结构比例增加;菌体中多糖物质通过含氧官能团与高岭石表面的水化层在多个部位形成氢键,氢键的形成对于高岭石稳定木质素及其降解产物具有重要作用,芳香碳结构比例和多糖类物质含量随培养时间逐渐增加,而后复合菌株对掩蔽在矿物表面的菌体进行二次利用,使高岭石Si-O-Al键重现;蒙脱石多由浑圆的颗粒结构组成,接种微生物可使其表面产生溶蚀,团粒结构遭到破碎;与10 d相比,历经30 d培养所得矿物-菌体残留物中的多糖类物质增多,使原本归属蒙脱石Si-O-Si及Si-O结构的1 034~1 038 cm-1处吸收峰强度增加,而后因多糖类物质与蒙脱石表面羟基发生缔合,又使该处吸收峰强度减弱,同时发生了氢键键合,该作用是蒙脱石-微生物-木质素间相互作用、形成矿物-菌体残留物的主要机制;高岭石在稳定有机碳方面的能力要高于蒙脱石,更易促进HS前体物质的形成。     

内蒙古草原拜仁达坝矿区地表土壤的X射线衍射和近红外光谱分析

在内蒙古草原拜仁达坝矿区上部的地表覆盖层中均匀采集土壤样品,用X射线衍射和近红外光谱技术对样品进行分析测试,旨在探讨草原矿区土壤成分来源及其与地下岩体的关系。结果表明,该土壤样品主要由石英、石墨、碳酸盐、角闪石、云母、绿泥石、蒙脱石、伊利石、块磷铝矿、硬水铝石、蓝铜矿、赤铁矿等组成,说明了地表土壤成分不仅来源于地表岩体风化产物,与地下岩体及其围岩蚀变作用更加密切相关。土壤中所含蓝铜矿和赤铁矿主要来源于矿体氧化带,可作为找矿标志;蚀变矿物组合主要为绿泥石-伊利石-蒙脱石,推测该区域大致经历了钾化→硅化、碳酸盐化→绢云英岩化→泥化的蚀变过程。通过分析蚀变矿物组合,可以还原围岩蚀变及物理风化过程,为深部找矿以及矿床成因研究提供了重要的参考信息,提高了找矿的成功率。X射线衍射和近红外光谱技术用于矿物、矿床研究方面,有着经济、快速的特点,能很好的鉴定矿区地表土壤中的矿物成分。尤其是近红外光谱分析技术对样品要求低,可以对样品进行快速批量的分析,具有其独特的优越性。随着近红外技术的发展,其在地质领域中将有越来越广泛的应用,并且能在找矿勘探中发挥重要的作用。     

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。     

九江网纹红土中粘土矿物过渡相的矿物学特征及成因

为研究长江中下游网纹红土中粘土矿物过渡相的矿物学特征及成因,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外吸收光谱(FTIR)、以及高分辨透射电子显微分析(HRTEM)等现代测试技术方法,对江西九江红土剖面网纹红土中粘土矿物过渡相开展系统、深入的研究。X射线衍射及红外吸收光谱分析结果表明,九江剖面网纹红土中粘土矿物组成主要有伊利石和高岭石,少量蒙脱石和伊利石/蒙脱石及微量高岭石/蒙脱石混层矿物过渡相。在高分辨透射电子显微镜下,可观察到蒙脱石晶层向高岭石晶层转化的现象。伊利石/蒙脱石过渡相是伊利石向蒙脱石转化的过渡产物,而高岭石/蒙脱石过渡相则为蒙脱石向高岭石转化的过渡产物,网纹红土中这两种过渡相的出现说明了粘土矿物风化演化的过程,即：伊利石→伊利石/蒙脱石混层矿物→蒙脱石→高岭石/蒙脱石混层矿物→高岭石的演化,同时表明网纹红土形成于风化作用增强的温暖潮湿气候环境。     

不同比例有机无机肥配施条件下黑土富里酸荧光光谱特征

富里酸(FA)是土壤腐殖质的重要组成成分,是土壤腐殖化过程中的中间物质,其结构特性对提高土壤有机质具有重要的指示作用。有机无机肥配施是实现土壤培肥、秸秆资源利用、减少无机肥施用的有效措施。为探讨黑龙江省黑土区秸秆有机肥替代无机肥对土壤FA的影响,设置不施肥(CK)、单施无机肥(NPK)、有机肥替代无机氮肥25% (NPKM1)、有机肥替代无机氮肥50% (NPKM2)、有机肥替代无机氮肥75% (NPKM3)及有机肥替代无机氮肥100% (NPKM4)6个处理,测定土壤有机碳(SOC)和FA含量。利用荧光指数(FI)、自生源指数(BIX)表征土壤FA的来源,腐殖化指数(HIX)指示土壤的腐殖化程度。采用三维荧光光谱-平行因子分析法,分析土壤FA的荧光组分及最大荧光强度(F_max),并利用冗余分析(RDA)探讨荧光强度、土壤有机碳和试验处理间的响应关系。结果表明：与NPK处理相比,有机无机肥配施处理均显著提高了SOC和土壤FA含量,其中对NPKM2处理影响最大,SOC含量提高8.06%,土壤FA含量提高13.84%。土壤FA受自生源和外生源共同作用的影响(FI>1.4,0.8F_max值先升高后降低,类蛋白质F_max值逐渐降低。NPKM2处理类富里酸和类胡敏酸的F_max值最高,类富里酸的相对百分比最高。RDA结果表明NPKM2处理对SOC、土壤FA含量和F_max值的影响最大。因此,基于土壤FA荧光光谱特性分析可知,为提高土壤有机质含量、增加秸秆利用率、减施无机肥,秸秆有机肥替代无机氮肥50%处理为最佳有机无机肥配比。