宝石学大型仪器原理

本文格式为Word版，下载可任意编辑——宝石学大型仪器原理现代宝石测试仪器总复习

重点仪器(80%)仪器名称1紫外－可见吸收光谱仪2红外吸收光谱仪3拉曼光谱仪4X荧光光谱仪5X射线粉晶衍射仪次重点仪器(15%±)非重点（5％±）

6激光诱导离解光谱仪7阴极发光仪8扫描电镜9电子探针10绪论11剩余仪器1基本概念2基本原理3仪器的用途4优缺点5测试方法6使用范围7数据形式

1紫外－可见吸收光谱仪

1.1基本概念

分子具有的三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级。分子光谱：在辐射能作用下，由分子能级间的跃迁产生的光谱。

能级跃迁:电子能级间跃迁的同时，总伴随着振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中中包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而浮现宽谱带。量子化：选择性吸收，吸收曲线与最大吸收波长入max，用不同波长的单色光照射，测吸收光度。

1.2基本理论

1.2.1基本原理

紫外—可见吸收光谱是在电磁辐射作用下，由宝石中原子、离子、分子的价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁而产生的一种分子吸收光谱。具不同晶体结构的各种彩色宝石，其内所含的致色杂质离子对不同波长的入射光具有不同程度的选择性吸收，由此构成测试基础。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外一可见分光光度法。

在宝石晶体中，电子是处在不同的状态下，并且分布在不同的能级组中，若晶体中一个杂质离子的基态能级与激发态能级之间的能量差，恰好等于穿过晶体的单色光能量时，晶体便吸收该波长的单色光，使位于基态的一个电子跃迁到激发态能级上，结果在晶体的吸收光谱中产生一个吸收带，便形成紫外可见吸收光谱。

1.2.2宝石测试中常见三种紫外可见吸收光谱类型：

a．d电子跃迁吸收光谱

过渡金属离子为d电子在不同d轨道能级间的跃迁，吸收紫外和可见光能量而形成紫外可见吸收光谱。这些吸收谱峰受配位场影响较大。d—d跃迁光谱有一个重要特点，即配位体场的强度对d轨道能级分裂的大小影响很大，从而也就决定了光谱峰的位置。如红宝石、祖母绿的紫外可见吸收光谱。b．f电子跃迁吸收光谱

与过渡金属离子的吸收显著不同，镧系元素离子具有特征的吸收锐谱峰。这些锐谱峰的特征与线状光谱颇为相像。这是由于4f轨道属于较内层的轨道，由于外层轨道的屏蔽作用，使4f轨道上的厂电子所产生的f-f跃迁吸收光谱受外界影响：相对较小所致。如蓝绿色磷灰石、人造钇铝榴石(见图2-2-26)、稀土红玻璃等。

c.电荷转移(迁移)吸收光谱

在光能激发下，分子中原定域在金属M轨道上的电荷转移到配位体L的轨道，或朝相反方向转移。这种导致宝石中的电荷发生重新分布，使电荷从宝石中的一部分转移至另一部分而产生的吸收光谱称为电荷转移光谱。电荷转移所需的能量比d—d跃迁所需的能量多，因而吸收谱带多发生在紫外区或可见光区。如山东蓝宝石。

1.3仪器的用途

可用于结构的鉴定，定量分析以及颜色成因分析。可以获取宝玉石的紫外可见吸收光谱。

1.3.1检测人工优化处理宝石

例如，利用直接透射法或反射法，能有效地区分自然蓝色钻石与人工辐照处理蓝色钻石。前者由杂质B原子致色，紫外可见吸收光谱表征为，从540nm至长波方向，可见吸收光谱的吸收率递增。后者则出现GR1心／741nm(辐射损凄怆)，并伴有N2+N3／415nm(杂质N原子心)吸收光谱。又例如，利用反射

法，能有效地区分自然绿松石与人工染色处理绿松石，前者由Fe、Cu水合离子致色，在可见吸收光谱中显示宽缓的吸收谱带(Cu2+：2E→2T2;Fe3+：6A1→4E+4A，)，后者则无或微弱。

1.3.2区分某些自然与合成宝石

例如，水热法合成红色绿柱石显示特征的Co、Fe元素致可见吸收光谱。反之，自然红色绿柱石仅显示Fe及Mn元素致可见吸收光谱。

1.3.3探讨宝石呈色机理

例如,山东黄色蓝宝石中Fe3+为主要的致色离子，在其紫外可见吸收光谱中，O2-→Fe3+电荷转移带尾部明显位移至可见光紫区内，并与Fe3+晶体场谱带部分叠加。据此认为，山东黄色蓝宝石的颜色，主要归由于O2-→Fe3+电荷转移与Fe3+的d—d电子跃迁联合作用所致。

1.4优缺点

简单，廉价，无损。

1.5测试方法

用于宝石的测试方法可分为两类，即直接透射法和反射法。

1.5.1直接透射法

将宝石样品的光面或戒面(让光束从宝石戒面的腰部一侧穿过)直接置于样品台上，获取自然宝石或某些人工处理宝石的紫外可见吸收光谱。直接透射法虽属无损测试方法，但从中获得有关宝玉石的相关信息十分有限，特别在遇到不透明宝石或底部包镶的宝石饰品时，则难以测其吸收光谱。由此限

制了紫外可见吸收光谱的进一步应用。

1.5.2反射法

利用紫外一可见分光光度计的反射附件(如镜反射和积分球装置)，有助于解决直接透射法在测试过程中所遇到的问题，由此拓展紫外可见吸收光谱的应用范围。

1.6使用范围

紫外吸收光谱:：分子间电子能级跃迁。波长范围：100-800nm。远紫外区：100-200nm，近紫外区：200-400nm。可见光区：400-800nm。

1.7数据形式

物质对光的选择性吸收及吸收曲线。以吸收曲线的形式表示出来。关于吸收曲线的探讨：a)同一种物质对不同波长光的吸收光度不同，吸收最大处对应的波长称为最大吸收波长入max。

b)不同浓度的同一物质，其吸收曲线形状相像，入max不变。而对于不同物质，他们的吸收曲线形状和入max则不同。c)吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。

d