【《不同地区红宝石谱学分析》2400字】

毕业设计PAGE23不同地区红宝石谱学分析目录TOC\o"1-3"\h\u19535不同地区红宝石谱学分析 1318181.1红宝石的红外光谱研究 1214301.1.1测试条件与研究方法 132711.1.2结果分析 18381.2红宝石的紫外-可见光光谱研究 3234551.2.1测试条件与研究方法 3318131.2.2结果分析 3178451.3红宝石的拉曼光谱 4117571.3.1测试条件与研究方法 450151.3.2结果分析 41.1红宝石的红外光谱研究1.1.1测试条件与研究方法红外光谱的产生是当具有连续波长的红外光照射宝石时，宝石中的分子会吸收与其基团振动或转动频率相同波长的光并发生能级跃迁。在发生能量传递后，透射出宝石的光强度会减弱，通过记录不同波长光的强弱即得到红外光谱。组成分子的基团总是吸收特定波长的红外光，在红外光谱中就表现为同一基团的吸收峰总是出现在特定的波数范围中，所以对红外光谱分析可以获得宝石中所含基团的信息。红外光谱实验于中国地质大学（北京）宝石学实验教学中心完成，测试仪器为布鲁克Tensor27傅立叶红外光谱仪。分别使用反射法、透射法测试样品，波长范围均为400-4000cm-1。1.1.2结果分析图5-1不同产地天然红宝石的红外光谱根据前人文献可知，刚玉族宝石在400~800cm-1之间有5个振动模式。测试结果表明，4颗样品在指纹区都显示了分别处于517cm-1的锐峰，485、630cm-1的中等吸收峰，以及460、428cm-1的弱吸收峰。这都归属于红宝石的本征峰。图5-2不同产地天然红宝石的红外光谱图除此之外，图谱表明4个产地的红宝石都有处于2123cm-1及1990cm-1的吸收峰。查阅矿物红外光谱图集可知，2123cm-1及1990cm-1是硬水铝石OH伸缩振动引起的吸收峰。同时，尼日利亚与莫桑比克产地的样品出现与Ti-OH有关的3310cm-1和3076cm-1吸收峰，这与两地红宝石样品内部Ti质量分数较高有关。1.2红宝石的紫外-可见光光谱研究1.2.1测试条件与研究方法紫外光谱-可见光光谱是由于宝石中的分子、离子吸收紫外或可见光后价电子发生跃迁而引起的。在红宝石中，多个原子组成分子后各原子轨道按一定的规律组成分子轨道，电子的运动不再局限于某个原子的轨道中，而是可以从一个原子轨道跃迁至其他原子轨道，这一过程称为电荷转移。当光进入宝石后便会为这种跃迁提供能量，由于跃迁所需要的能量随原子种类不同而变化，因此根据紫外或可见光被吸收的波长可以确定宝石中含有的致色离子种类。紫外-可见光谱实验于中国地质大学（北京）宝石学实验教学中心完成，测试仪器为岛津UV-3600可见光分光光度计，波长范围300-900nm，采样间隔1s。由于实验样品透明度的限制，本次实验采用反射法完成。1.2.2结果分析图5-3各产地天然红宝石紫外-可见吸收光谱选取透过率高的4组不同产地的红宝石样品薄片，沿其垂直ｃ轴的方向进行测试。紫外－可见吸收光谱测试结果显示，4个地区的红宝石出现552或者560nm为中心的吸收峰，且半宽高较大，与单纯Cr的550nm吸收锐锋不同，本文认为552nm与560nm的吸收峰是Cr3+内4A2g→4T1g电子跃迁[18]，同时Cr3+产生的吸收峰值与强度受到Fe、Ti离子的影响。Cr3+本该产生401nm的吸收峰，但NR-1与MS-1并未明显出现该峰，从电子探针数据可知，NR-1与MS-1红宝石Fe含量较高，因此本文认为NR-1与MS-1中产生的450nm吸收峰与Cr3+的400nm吸收峰重叠，掩盖了400nm吸收峰。4个产地中NR-1与MS-1的Fe含量最高，因此在紫外-可见吸收光谱中，NR-1出现了371nm吸收峰、MS-1出现389nm吸收峰，均是Fe3+的6A1→4E（D）跃迁与Fe2+→Fe3+离子跃迁导致的。又因为MD-1与TS-1的Fe含量较低，所以其可见吸收光光谱无450nm吸收。表5-1红宝石紫外-可见吸收光谱主要吸收峰位及成因解释（郭凯鹏，2018）文献中出现波长/nm本次实测波长/nm光谱色补色成因解释309~319300左右近紫外Fe3+d-d跃迁370~380371、389近紫外Fe3+d-d跃迁400~413401紫黄绿Cr3+d-d跃迁430~450与401重叠蓝黄Fe3+d-d跃迁494/蓝绿红Ti3+d-d跃迁535/绿紫Ti3+d-d跃迁555552绿紫Cr3+d-d跃迁560560绿紫Ti4+和Fe2+之间的电荷转移1.3红宝石的拉曼光谱1.3.1测试条件与研究方法拉曼光谱是用激光照射宝石时，宝石中的分子与光发生能量转移，光的频率发生变化产生了拉曼散射。散射光的强度与振动基团的浓度有关，所以通过收集散射光谱的吸收峰强、峰的宽窄以及吸收的频率范围可以用于物质的定性分析，进而鉴别出物质组成分子的种类。除此之外，拉曼光谱还可以分析宝石中近表面的包裹体成分，对固体、液体、气体的物质均能有效测试，有助于区分不同相态的包体。拉曼实验于中国地质大学（北京）宝石学实验教学中心完成，测试仪器为HR-Evolution，激光波长532nm，测试波长范围0-4000cm-1。1.3.2结果分析刚玉族宝石属三方晶系,其组成单元为[AlO6]八面体。根据刚玉晶体的振动形式,其中2A1g+5Eg是拉曼活性的[19]，因此,刚玉族宝石应具有7个拉曼位移,本文中的拉曼位移及其振动模式见表5-2。这些是红宝石的特征拉曼位移,对其鉴定具有重要的意义。表5-2拉曼位移及振动模式[AlO6]基团弯曲振动伸缩振动A1gEgA1gEg文献（范建良，2008）418378645578432751451本文研究416378-575439748446图5-4不同产地天然红宝石拉曼光谱图通过对比不同产地天然红宝石拉曼光谱图，结合前人的文献可见,拉曼位移378,416,439和446cm-1都与[AlO6]基团的弯曲振动有关,其中416cm-1与[AlO6]对称弯曲振动有关[20],并且峰值最强。而拉曼位移575和748cm-1则是[AlO6]基团的伸缩振动引起[19]。另外，本应出现由对称伸缩振动(Al-Ostr)产生的拉曼位移645cm-1，但因本次几个产地的红宝石该振动较弱，并未显示出该峰。图5-5天然红宝石NR-2的拉曼光谱另外，拉曼位移除了能进行物质的定性，还能辅助验证红宝石的多色性。本文挑选NR-2,分别由入射光平行和垂直于晶轴C的条件下测拉曼，得出a、b两条光谱。当入射光平行于晶轴C时,拉曼位移645cm-1峰值最强(见图5-5曲线a),而当入射光垂直于晶轴C时,拉曼位移645cm-1消失,而产生576和750cm-1两个新的拉曼位移(见图5-5曲线b)。因此，拉曼位移576,645和750cm-1随着入射光方向的变化而强度发生明显变化[19]，体现了红宝石具有多色性的特征。图4-3-3金红石包裹体（TS-1）包裹体的分析对于宝玉石的检测等具有重要的意义。例如，将入射光聚焦于红宝石TS-1内部晶质包裹体的拉曼光谱，发现几个拉曼位移,分别在138、244、432以及609cm-1附近。根据RRUFF数据库比对,发现该包裹体与金红石在244、432以及609cm-1拉曼位移非常吻合,可确定红宝石TS-1内部的黑色包裹体为金红石。除此之外，在MD-2中检测到处于1