青碧与青玉的红外光谱特征及意义

青碧为碧玉系列中外观类似青玉的称呼。二者虽外观相似,但青碧价格高很多,故市场上出现了以青玉充青碧售卖的现象。此外,一些出土玉文物中也出现了这类外观的玉石材质,但无法准确判别其类型。这使得快速准确鉴别二者有十分重要的意义。采用紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱和电子探针分析方法,给出了青碧和青玉样品的谱学特征和矿物的化学组成等特征,并进行了对比分析。二者在紫外-可见反射光谱上没有明显差异,然而,二者的红外光谱特征存在可识别的差异。为了探讨出更有效的鉴别特征,采用了反射和透射两种方法来获取红外光谱。二者的红外光谱总体上一致,有以下可区分差异特征：青碧的红外反射光谱中出现了青玉光谱中未出现的1 050和1 018 cm-1附近吸收峰、肩峰及411 cm-1附近宽肩峰;青玉的红外透射光谱中出现了青碧光谱中未出现的453 cm-1附近肩峰和401 cm-1附近吸收峰。以上可作为快速鉴别青碧和青玉的谱学特征标志。红外透射光谱经朗伯-比尔定律(A=log(1/T))转换后,在3 674,3 661和3 643 cm-1附近处的OH伸缩振动谱带的强度与M1,M3位的Mg及Fe2+含量有很好的相关性。利用以上二者关系计算的Mg(M1+M3)#(在M1和M3位的Mg/(Mg+Fe2+))值可用于鉴别青碧和青玉。青碧的Mg(M1+M3)#值为0.871～0.892,小于青玉0.927～0.949。另外,电子探针分析结果显示青碧和青玉的化学成分存在一定差异：青碧Mg含量(a.p.f.u)为4.45～4.53,比青玉的4.66～4.78小;青碧Fe2+含量为0.28～0.49,大于青玉的0.10～0.23。但部分青碧和青玉间的Mg和Fe2+含量差异不大,说明红外光谱差异除了与成分有一定的关联性外,可能还与结晶时的物理化学条件有关(青碧和青玉的成因类型分别为超基性岩型和白云质大理岩型)。以上红外光谱识别特征不仅在鉴别青碧和青玉上具有重要的宝石学意义,还在古代玉制品源区的判别、产状分析等方面具有潜在的应用价值。     

低温热处理刚玉实验中含水矿物包裹体的特征研究

近年来,低温热处理刚玉出现在宝石交易市场,由于其特征容易与天然刚玉混淆,如何鉴定低温热处理刚玉成为宝石实验室的研究热点。在弱氧化氛围,360,610和650 ℃条件下,先后对9粒刚玉进行了热处理实验,并采用显微拉曼定性分析刚玉中的包裹体、显微镜下观察包裹体形貌、显微红外光谱分析含水矿物包裹体中羟基的特征峰等方法,对刚玉低温热处理前后的特征进行了对比研究。热处理实验揭示：600 ℃左右温度、弱氧化氛围已能有效去除刚玉中的蓝色调,并增强红色,可达到热处理改善或改变刚玉颜色的目的。研究结果表明：针铁矿、高岭石、勃姆石等含水矿物包体主要存在于刚玉的开放裂隙中,硬水铝石、磷灰石、云母等含水矿物包体主要存在于刚玉晶体中。针铁矿热处理前红外光谱可显示与羟基相关的3 435 cm-1吸收峰,并伴有以3 185 cm-1为中心的吸收宽带,经360 ℃热处理后相关吸收消失,其颜色由亮黄色变为红色;高岭石热处理前红外光谱在3 620,3 648,3 670和3 698 cm-1附近显示一组与羟基相关的吸收峰,经610 ℃热处理后相关吸收峰消失;勃姆石热处理前红外光谱显示与羟基相关的3 086和3 311 cm-1吸收峰,经610 ℃热处理后相关吸收峰消失。硬水铝石包裹体通常呈针状,热处理前红外光谱显示与羟基相关的1 980和2 110 cm-1吸收峰,经610 ℃热处理后相关吸收峰消失,但仍保持针状晶形假像;磷灰石包体通常呈透明柱状或粒状晶形,由于OH与F相互作用,红外光谱在3 550 cm-1附近显示与羟基相关的吸收峰,610 ℃热处理后相关吸收峰仍然存在,磷灰石包体的形貌未见改变;白云母呈近透明无色片状晶形分布于刚玉中,红外光谱在3 624 cm-1附近显示与云母中羟基相关的吸收峰,650 ℃热处理后这一吸收峰仍然存在,云母的形状未见变化,透明度略微降低。通过实验,证明含水矿物包裹体对于鉴定低温热处理刚玉具有重要作用。