大型测试仪器在宝石学中的应用

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1、大型测试仪器在宝石学中的应用——傅里叶变换红外光谱仪扌商要：宝石在红外光的照射下，引起晶格(分子)、络阴离子团和配位基的振动能级发生跃迁，并吸收相应的红外光而产生的光谱称为红外光谱。红外吸收光谱是宝石分子结构的具体反映。通常，宝石内分子或官能团在红外吸收光谱中分别具自己特定的红外吸收区域，依据特征的红外吸收谱带的数目、波数位及位移、谱形及谱带强度、谱带分裂状态等项内容，有助于对宝石的红外吸收光谱进行定性表征，以期获得与宝石鉴定相关的重要信息。关键字：傅里叶红外光谱仪、宝石鉴定、应用正文：—、红外光谱红外光谱是宝玉石在红外光的照射下，引起晶格(分

2、子)、络阴离子团和配位基的振动能级发生跃迁，并吸收相应的红外光而产生的光谱[1],是一种分子吸收光谱。红外光谱位于可见光和微波区之间,分为远红外(400~10cm-1)、中红夕卜(4000~400cm-1)、近红外(12820〜4000cm-1)3个谱区。红外吸收光谱是宝玉石分子结构的具体反映。不同的分子振动在中红外谱区均有吸收。几乎没有两种物质的红外光谱图是相同的,。因此红外光谱也称为“指纹光谱”。[1]基本原理[2]能量在4000-400cm-l的红外光不足以使样品产生分子电子能级的跃迁，而只是振动能级与转动能级的跃迁。由于每个振动能级的变

3、化都伴随许多转动能级的变化，因此红外光谱属一种带状光谱。分子在振动和转动过程中，当分子振动伴随偶极矩改变时，分子内电荷分布变化会产生交变电场，当其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收。红外光谱产生的条件：①辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；②辐射与物质间有相互偶合作用。例对称分子没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性，如N2、02、C1等。而非对称分子有偶极矩，具红外活性。(1)多原子分子的振动多原子分子由于原子数目增多，组成分子的键或基团和空间结构不同，其分子真实振动光谱比双原子分子要复杂，但在一定条件下作为很好的近似，

4、分子一切可能的任意复杂的振动方式都可以看成是有限数量的且相互独立的和比较简单的振动方式的叠加，这些相对简单的振动称为简正振动。(2)简正振动的基本形式一般将简正振动形式分成两类：伸缩振动和弯曲振动(变形振动)。A、伸缩振动指原子间的距离沿键轴方向发生周期性变化，而键角不变的振动称为伸缩振动，通常分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动。对同一基团，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动，而官能团的伸缩振动一般出现在高波数区。B、弯曲振动（又称变形振动）指具有一个共有原子的两个化学键键角的变化，或与某一原子团内各原子间的相互运动无关的、原子团整体相对于

5、分子内其他部分的运动。多表现为键角发生周期变化而键长不变。变形振动又分为面内变形和面外变形振动。面内变形振动又分为剪式和平面摇摆振动。面外变形振动又分为非平面摇摆和扭曲振动。二、傅里叶变换红外光谱仪就目前情况來说，光谱仪的种类繁多，原理各不相同，应用范围非常广泛。从工作原理的不同来分类，有棱镜光谱仪、光栅光谱仪、变换光谱仪等等。其中变换光谱仪又可以分为傅里叶变换光谱仪、Hadamard变换光谱仪、Kroneckorproduct变换光谱仪等。变换光谱仪的一个优点是多通道同时测量，可提高仪器的信噪比（可高达儿个数量级），而傅里叶变换光谱仪除了这个

6、优点之外还有一个高通量的优点，它对于微弱目标信号也能作出响应，因此它己成了现代变换光谱技术的代表和一个主要发展方向。[3]用于宝石的红外吸收光谱的测试方法可分为两类，即透射法和反射法。1、透射法透射法又可分为粉末透射法和直接透射法。粉末透射法属一种有损测试方法，具体方法是将样品研磨成2FAm以下的粒径，用澳化钾以1：100-1：200的比例与样品混合并压制成薄片，即可测定宝石矿物的透射红外吸收光谱。直接透射法是将宝石样品直接置于样品台上，由于宝石样品厚度较大，表现出2000cm・l以外波数范围的全吸收，因而难以得到宝石指纹区这一重要的信息。直接

7、透射技术虽属无损测试方法，但从中获得有关宝玉石的结构信息十分有限，由此限制丁红外吸收光谱的进一步应用。特别对于一些不透明宝玉石、图章石和底部包镶的宝玉石饰品进行鉴定时，则难以具体实施。2、反射法红外反射光谱是红外光谱测试技术中一个重要的分支，目前在宝玉石的测试与研究中备受关注，根据采用的反射光的类型和附件分为：镜反射、漫反射、衰减全反射和红外显微镜反射法。红外反射光谱（镜、漫反射）在宝石鉴定与研究领域中具有较广.阔的应用前景。根据透明或不透明宝石的红外反射光谱表征，有助于获取宝石矿物晶体结构中轻基、水分子内、外振动，阴离子、络阴离子的仲缩或弯曲

8、振动，分子基团结构单元及配位体对称性等重要的信息，特别是为某些充填处理的宝玉石中有机高分子充填材料的鉴定提供了一种便捷、准确、无损的测试方法。[2]三