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紅外光譜在珠寶玉石中的應(yīng)用

來源：寧波市鄞州瑾瑞儀器設(shè)備有限公司 2008年10月23日 22:27

1、紅外光譜基本理論

當(dāng)一束紅外光照射在礦物上時,，礦物就要吸收一部分能量,，同時將吸收的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿诱駝幽芎头肿愚D(zhuǎn)動能,。

分子振動光譜：分子振動能級比分子轉(zhuǎn)動能級大,，當(dāng)分子振動能級躍遷時伴隨有分子轉(zhuǎn)動能級躍遷,。

分子轉(zhuǎn)動光譜：出現(xiàn)在遠紅外區(qū),，它能給出分子的轉(zhuǎn)動慣量,、核間距離,、分子的對稱性。

在近紅外,、中紅外區(qū)光子激發(fā)分子振動能級的同時,，也激發(fā)分子轉(zhuǎn)動能級，但不能激發(fā)電子能級躍遷,。

當(dāng)一束紅外光照射在礦物上時,，一種可能為礦物內(nèi)部分子運動全部吸收，不再從礦物內(nèi)部射出,，另一種可能為紅外光束強度大,，部分能量被分子能級躍遷吸收，還有部分能量透過礦物,。

有關(guān)的名詞解釋：

波長―二個相鄰波峰（波谷）之間距離, 波長單位：微米（μ）,。

波數(shù)―單位長度波振動次數(shù)（波長倒數(shù)cm^-1）,，波數(shù)單位：厘米^-1（cm^-1）。

頻率―每秒鐘內(nèi)振動次數(shù)（單位時間通過固定點波數(shù)）,。

透射比―入射礦物光強度（I₀）,，透過礦物光強度（I），I / I₀,。

透過率―I / I₀×100,。

紅外吸收光譜圖―不同頻率的輻射于礦物上，導(dǎo)致不同透射比,，以縱座標(biāo)為透過率,，橫座標(biāo)為頻率，形成礦物變化曲線,，則稱該礦物紅外吸收光譜圖,。

近紅外―波長范圍：0.78―2.5μ，波數(shù)：12820―4000cm^-1,。

中紅外―波長范圍：2.5―50μ,，波數(shù)：4000―200cm^-1。

遠紅外―波長范圍：50―1000μ,，波數(shù)：200―10cm^-1。

單位變換：（μ微米,、μm毫微米,、Å埃、cm厘米）

1μ=1000nm=10000Å=10^-4cm

1Å=10^-1nm=10^-4μ=10^-8cm

1cm=10⁴μ=10⁷nm=10⁸ Å

1μm=10^-7cm

2,、礦物紅外光譜特征

礦物紅外光譜反映礦物化學(xué)成分,、結(jié)構(gòu)特征，礦物大多數(shù)屬離子化合物,，具各種陰離子團（硅酸鹽,、碳酸鹽、硼酸鹽,、磷酸鹽,、硫酸鹽、鎢酸鹽,、鉬酸鹽,、砷酸鹽、釩酸鹽,、鉻酸鹽）,，振動強大、穩(wěn)定,。

礦物紅外光譜能較快測出各種陰離子團,，以陰離子團再研究相關(guān)的陽離子成分及礦物成分結(jié)構(gòu),。

具同一陰離子團礦物類，吸收頻率,、強度是一致的,，因此利用礦物陰離子團及特征吸收頻率，通過相應(yīng)的研究能迅速測定礦物,。

礦物陰離子團及特征吸收頻率（cm^-1）

礦物陰離子團	特征吸收頻率（cm^-1）
AsO₄^3-	880―770
BO₃^3-	1500―1300,、950―850、700―400
BO₄^5-	880―700,、700―400
CO₃^2-	1530―1320,、100―1040、890―800,、745―670
CrO₄^2-	900―820
HCO₃^2-	3300―2000,、1930―1840、1700―1600,、1000―940 840―830,、710―690、670―640
H₂O	3650―3000,、1700―1590
MoO₄^2-	850―780,、700―200
NO₃^-	1810―1730、1520―1280,、1060―1020,、850―800、770―715
OH^-	3700―2900
PO₄^3-	1200―940,、650―540
SiO₄^4-	1175―860,、540―470
SO₄^2-	1210―1040、680―570
VO₄^3-	930―730
U₂O₇	900―880,、480―470,、280―270
WO₄^2-	850―780、720―200

某些礦物特征吸收頻率（cm^-1）

礦物名稱	特征吸收頻率（cm^-1）
螢石	275
方解石	721,、873―881,、1435―1410
白云石	729
菱鐵礦	737
菱鎂礦	748
菱鋅礦	743
菱錳礦	727
白鉛礦	1410、677
文石	1471,、707,、692
石英	512―515、778―780,、796―800,、1084―1085
微斜長石	1142、1134,、1120,、1100,、768、742,、728,、648、602,、584,、535、463,、428,、398
高嶺石	3704―3689、3672―3664,、3653―3650,、3628―3620、1100―1093,、1038―1035,、1012―1000、918―912,、542―535,、475―468
透閃石―鐵陽起石	3625、3648,、3660,、3673
蒙脫石	620―630、 845―850,、1080―1090
伊利石	822―845、1010―1025,、1070―1080
鈣鋁榴石―鈣鐵榴石	550―650,、800―1000
鎂橄欖石―鐵橄欖石	800―1000

3、紅外光譜在寶玉石檢測中的應(yīng)用

寶玉石檢測基本上是采用無損傷方式,，隨著寶玉石工藝的不斷革新發(fā)展,，人工優(yōu)化改善充填技術(shù)日益提高。

在寶玉石檢測中任何檢測手段的應(yīng)用,，在某些方面都存在局限性,，紅外光譜也不例外。

紅外光譜正常的礦物檢測樣品制備,，先將礦物研磨成粉末狀,，再滲入白色粉末狀溴化鉀共同研磨，在壓片機上壓制成測試圓形薄片,，然而寶玉石飾品不可能研磨制備,，因而飾品需有一個以上或更多的拋光平面進行測試,，也可能需要將飾品重新處理再進行測試，這就是紅外光譜測試的局限性,。

紅外光譜運用于寶玉石檢測,，用其所長，能較快準(zhǔn)確測定寶玉石中(OH)n,、H₂O,、H₃O、OH^-及高分子材料（硅基聚合物,、環(huán)氧樹脂,、塑料）確定寶玉石名稱及優(yōu)化處理內(nèi)涵。

合成寶玉石雖與天然寶玉石在物理化學(xué)性質(zhì)基本相同,，但從某些微細方面也存在差異,，這在紅外光譜上有不同反應(yīng)。

天然祖母綠與助熔劑合成祖母綠區(qū)別在于天然祖母綠在3400―3800cm^-1有一強吸收峰,，助熔劑合成祖母綠無3400―3800cm^-1強吸收峰,，這與天然祖母綠中含有一定結(jié)晶水（H₂O）有關(guān)。

水熱法合成祖母綠具2745,、2830,、2995、3490cm^-1吸收峰,，而在天然祖母綠中2745,、2830、2995,、3490cm^-1吸收峰是不存在的,。

紅外光譜對聚合物充填類飾品具一定的優(yōu)勢，如天然翡翠經(jīng)酸蝕后聚合物充填處理,，在紅外光譜圖上反映出2827,、2928、2942,、2969cm^-1吸收峰存在,，系高分子材料充填所致，天然翡翠無2827,、2928,、2942、2969cm^-1吸收峰,。

天然綠松石中無2950cm-1吸收峰,，注塑綠松石中具2950cm-1吸收峰。

天然歐泊中無5725,、5810,、5780,、5810、5890,、5925cm^-1吸收峰,，聚合物充填歐泊中具5725、5810,、5780,、5810、5890,、5925cm^-1吸收峰,。

天然紫晶中無3540cm^-1吸收峰，合成紫晶中具3540cm^-1吸收峰,。

礦物實例還很多不一一贅述,，在寶玉石中的應(yīng)用還在不斷的開發(fā)，作為一種礦物的測試手段還在不斷完善,，紅外光譜的應(yīng)用將日趨發(fā)展,，并有助于解決寶玉石檢測中的難點、疑點,。

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