紅外光譜在珠寶玉石中的應(yīng)用

　更新時(shí)間：2008-10-23　點(diǎn)擊量：5720

1、紅外光譜基本理論

當(dāng)一束紅外光照射在礦物上時(shí)，礦物就要吸收一部分能量，同時(shí)將吸收的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿诱駝?dòng)能和分子轉(zhuǎn)動(dòng)能。

分子振動(dòng)光譜：分子振動(dòng)能級(jí)比分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)大，當(dāng)分子振動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)伴隨有分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。

分子轉(zhuǎn)動(dòng)光譜：出現(xiàn)在遠(yuǎn)紅外區(qū)，它能給出分子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、核間距離、分子的對(duì)稱性。

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

當(dāng)一束紅外光照射在礦物上時(shí)，一種可能為礦物內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)全部吸收，不再?gòu)牡V物內(nèi)部射出，另一種可能為紅外光束強(qiáng)度大，部分能量被分子能級(jí)躍遷吸收，還有部分能量透過(guò)礦物。

有關(guān)的名詞解釋：

波長(zhǎng)―二個(gè)相鄰波峰（波谷）之間距離, 波長(zhǎng)單位：微米（μ）。

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

頻率―每秒鐘內(nèi)振動(dòng)次數(shù)（單位時(shí)間通過(guò)固定點(diǎn)波數(shù)）。

透射比―入射礦物光強(qiáng)度（I₀），透過(guò)礦物光強(qiáng)度（I），I / I₀。

透過(guò)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(guò)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(zhǎng)范圍：0.78―2.5μ，波數(shù)：12820―4000cm^-1。

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

遠(yuǎn)紅外―波長(zhǎng)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(tuán)（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(dòng)強(qiáng)大、穩(wěn)定。

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

具同一陰離子團(tuán)礦物類，吸收頻率、強(qiáng)度是一致的，因此利用礦物陰離子團(tuán)及特征吸收頻率，通過(guò)相應(yīng)的研究能迅速測(cè)定礦物。

礦物陰離子團(tuán)及特征吸收頻率（cm^-1）

礦物陰離子團(tuán)	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(zhǎng)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(yáng)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(cè)中的應(yīng)用

寶玉石檢測(cè)基本上是采用無(wú)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(cè)中任何檢測(cè)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(cè)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(jī)上壓制成測(cè)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(gè)以上或更多的拋光平面進(jìn)行測(cè)試，也可能需要將飾品重新處理再進(jìn)行測(cè)試，這就是紅外光譜測(cè)試的局限性。

紅外光譜運(yùn)用于寶玉石檢測(cè)，用其所長(zhǎng)，能較快準(zhǔn)確測(cè)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(xì)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(qiáng)吸收峰，助熔劑合成祖母綠無(wú)3400―3800cm^-1強(qiáng)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(duì)聚合物充填類飾品具一定的優(yōu)勢(shì)，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(wú)2827、2928、2942、2969cm^-1吸收峰。

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

天然歐泊中無(wú)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(wú)3540cm^-1吸收峰，合成紫晶中具3540cm^-1吸收峰。

礦物實(shí)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(cè)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(cè)中的難點(diǎn)、疑點(diǎn)。

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