天然_合成红宝石的拉曼光谱分析.pdf

第30卷 第8期 光谱学与光谱分析Vol1 30 No1 8 pp2164 2166 2 0 1 0 年 8 月 Spectroscopy and Spectral AnalysisAugust 2010 天然 合成红宝石的拉曼光谱分析 祖恩东 孙一丹 张鹏翔 昆明理工大学材料与科学工程学院 云南 昆明 650093 摘 要 天然与合成宝石一直是宝石鉴定中的难题 而拉曼光谱的半高宽 即声子 寿命0可提供宝石是天 然或合成的信息 论文利用 BTR111 785微型近红外拉曼光谱仪对天然 合成红宝石进行测试分析 研究表 明天然红宝石的半高宽均在 10 cm 1以上 合成红宝石的半高宽均低于 10 cm 1 关键词 天然红宝石 合成红宝石 拉曼光谱 半高宽 中图分类号 P575 14 文献标识码 A DOI 10 1 3964 j 1 issn 1 1000 0593 2010 08 2164 03 收稿日期 2009 10 16 修订日期 2010 01 18 作者简介 祖恩东 1970 年生 昆明理工大学材料与科学工程学院副教授 e mail zend88 163 1 com zend1000 hotmail 1 com 引 言 红宝石 ruby 的化学成分为 Al2O3 Cr2O3含量 0 1 1 3 含 Cr 因而具有很强的荧光 原子之间的相互作用很复 杂 1 2 其结构为 C63V 3 5 应用群论方法进行分析计算 其 简正振动模式为 Tg 2A1g 3A2g 5Eg 2A1u 2A2u 4Eu 式中 3A2g和 2A1u是非活性振动 2A1g和 5Eg为拉曼活性 2A2u和 4Eu为红外活性 4 即红宝石有 6 个红外活性 7 个 拉曼活性峰 表 1 其中 A1g为内模式拉曼振动峰 归属于 Al3 O2 Al3 反对称伸缩振动 O2 Al3 O 2 伸缩振动 是红宝石的特征拉曼谱峰 具有鉴别意义 Table 1 The Raman spectra and assignment of ruby 峰位 cm 1强度归属 416强 A1g 670弱A1g 311弱Eg 377较强Eg 749较强Eg 431弱Eg 451弱Eg 目前 国内外宝石市场上除了天然纯真 色彩艳丽 透 明晶亮的宝石外 还存在大量外观 结构性质与天然产出基 本相同的合成宝石 由于天然宝石和合成宝石生长条件和合 成条件的特殊性导致其难以区分 所以本文利用拉曼光谱仪 提供更精确的鉴别证据 以期通过其特征峰的半高宽来区分 天然宝石和合成宝石 6 7 主要应用于珠宝玉石检测部门来 提高检验速度与准确度 提升服务质量 1 实验及结果讨论 1 1 1 实验条件 BTR111 785微型近红外拉曼光谱仪 激发波长为 785 1 nm 光学分辨率为 10 cm 1 FWHM 光谱覆盖范围为 200 2 800 cm 1 积分时间为 90 s 2 1 2 实验结果与讨论 本文收集了 20 个天然红宝石样品 12 个合成红宝石样 品 每个样品检测 2 4 个点 共采集 86 张图谱 有效谱图 64张 对其谱图 417 cm 1谱峰进行洛伦兹线性拟合后 图 1 图 4 得到天然 合成红宝石的半高宽值 表 2 和表 3 Fig 1 1 Raman spectra of natural ruby 从表 2 和表 3 中可以发现天然红宝石的半高宽均在 10 cm 1以上 而合成红宝石均在 10 cm 1以下 这一半高宽的 不同可能来自红宝石的生成环境的影响 目前人工合成技术 中 由于温度控制比自然环境理想 晶格的应力较小 相应 的声子寿命较长 对应线宽就窄 8 Fig 12 Lorentz curve of Raman spectra of natural ruby 1 Original curve 2 Fitting curve Fig 13 Raman spectra of synthetic ruby Fig 14 Lorentz curve of Raman spectra of synthetic ruby 1 Original curve 2 Fitting curve 2 结 论 在相同的实验条件下 利用 BTR111 785 微型近红外便 Table 2 The FWHH data of natural ruby 样品号半高宽样品号半高宽 111 2 12 11 4 13 11 5 16 12 612 7 11 11 10 10 13 11 12 19 17 12 24 13 1312 14 23 12 1611 18 14 10 19 19 15 Table 3 The FWHH data of synthetic ruby 样品号半高宽样品号半高宽 21 2 6 9 3 22 3 9 2 23 9 8 7 8 247 26 5 5 27 9 7 8 5 283 28 3 3 5 29 6 7 8 5 30 8 2 7 8 31 5 7 9 9 32 8 4 6 7 携式拉曼光谱仪对天然 合成红宝石进行拉曼光谱测试 同 时对 417 cm 1谱峰进行洛伦兹线型曲线拟合收集其半高宽 值 发现天然红宝石和合成红宝石的半高宽有所不同 天然 红宝石的半高宽大多在 10 cm 1以上 合成红宝石的半高宽 大多在 10 cm 1以下 此判据可作为天然 合成红宝石的鉴 别之用 2165第 8 期 光谱学与光谱分析 参考文献 1 PAN Zhao lu 潘兆橹 Crystallography and Mineralogy 结晶学及矿物学 Beijing Geology Press 北京 地质出版社 2003 53 2 ZHANG Pe i li 张蓓莉 Systematic Gemmology 系统宝石学 Beijing Geology Press 北京 地质出版社 2008 193 3 PENG Ming sheng LI Xiang kuang 彭明生 李湘邝 China Gems and Jades 中国宝玉石 1993 10 4 10 4 Svend Brodersen Finn Rasmussen Flemming Hegelund Journal of Molecular Spectroscopy 1975 54 2 285 5 M yslinski P Koningstein J A Chemical Physics Letters 1987 135 1 2 35 6 XU Pe i cang LI Ru bi 徐培苍 李如璧 Raman Spectroscopy in Geosciences 地学中的拉曼光谱 Xi an Shaanxi Science and T echolo gy Press 西安 陕西科学技术出版社 1987 68 7 ZU En dong CHEN Da peng ZHANG Peng xiang 祖恩东 陈大鹏 张鹏翔 Chinese Journal of L ight Scattering 光散射学报 2002 14 2 63 8 CHENG Guang xu 程光煦 Theory and Applications of Raman and Brillouin Scattering 拉曼布里渊散射 原理及应用 Beijing Science Press 北京 科学出版社 2001 60 The Analysis of Natural and Synthetic Ruby by Raman Spectra ZU En dong SUN Y i dan ZHANG Peng xiang Faculty of Materials Science and Engineering Kunming University of Science and Technology Kunming 650093 China Abstract T he differentiation of natural and synthetic gems is still a difficult problem in gems identification T he full width at half maximum FWHM of Raman spectrum that is the life span of phonon can provide valuable information about natural or synthetic gem Analysis of the natural and synthetic ruby was performed by BTR111 785 min i Raman spectroscopy and it was found that the FWHM of natural rub