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            寧波市鄞州瑾瑞儀器設備有限公司

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            紅外光譜在珠寶玉石中的應用

            2008-10-23 閱讀(5835)

             

            1、紅外光譜基本理論
                當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變為分子振動能和分子轉動能。 
                分子振動光譜:分子振動能級比分子轉動能級大,當分子振動能級躍遷時伴隨有分子轉動能級躍遷。 
                分子轉動光譜:出現在遠紅外區,它能給出分子的轉動慣量、核間距離、分子的對稱性。
                在近紅外、中紅外區光子激發分子振動能級的同時,也激發分子轉動能級,但不能激發電子能級躍遷。
                當一束紅外光照射在礦物上時,一種可能為礦物內部分子運動全部吸收,不再從礦物內部射出,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―單位長度波振動次數(波長倒數cm-1),波數單位:厘米-1(cm-1)。
                頻率―每秒鐘內振動次數(單位時間通過固定點波數)。
                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,導致不同透射比,以縱座標為透過率,橫座標為頻率,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:12820―4000cm-1。
                中紅外―波長范圍:2.5―50μ,波數:4000―200cm-1。
                遠紅外―波長范圍:50―1000μ,波數: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成分、結構特征,礦物大多數屬離子化合物,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的陽離子成分及礦物成分結構。 
                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
            AsO43-
            880―770
            BO33-
            1500―1300、950―850、700―400
            BO45-
            880―700、700―400
            CO32-
            1530―1320、100―1040、890―800、745―670
            CrO42-
            900―820
            HCO32-
            3300―2000、1930―1840、1700―1600、1000―940 840―830、710―690、670―640
            H2O
            3650―3000、1700―1590
            MoO42-
            850―780、700―200
            NO3-
            1810―1730、1520―1280、1060―1020、850―800、770―715
            OH-
            3700―2900
            PO43-
            1200―940、650―540
            SiO44-
            1175―860、540―470
            SO42-
            1210―1040、680―570
            VO43-
            930―730
            U2O7
            900―880、480―470、280―270
            WO42-
            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展,人工優化改善充填技術日益提高。 
                在寶玉石檢測中任何檢測手段的應用,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,能較快準確測定寶玉石中(OH)n、H2O、H3O、OH-及高分子材料(硅基聚合物、環氧樹脂、塑料)確定寶玉石名稱及優化處理內涵。 
                合成寶玉石雖與天然寶玉石在物理化學性質基本相同,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。 
                天然祖母綠與助熔劑合成祖母綠區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晶水(H2O)有關。 
                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勢,如天然翡翠經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,在寶玉石中的應用還在不斷的開發,作為一種礦物的測試手段還在不斷完善,紅外光譜的應用將日趨發展,并有助于解決寶玉石檢測中的難點、疑點。



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