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技術文章
紅外光譜在珠寶玉石中的應用
點擊次數：1246 發布時間：2008/10/23 22:27:41
1、紅外光譜基本理論
當一束紅外光照射在礦物上時，礦物就要吸收一部分能量，同時將吸收的能量轉變為分子振動能和分子轉動能。
分子振動光譜：分子振動能級比分子轉動能級大，當分子振動能級躍遷時伴隨有分子轉動能級躍遷。
分子轉動光譜：出現在遠紅外區，它能給出分子的轉動慣量、核間距離、分子的對稱性。
在近紅外、中紅外區光子激發分子振動能級的同時，也激發分子轉動能級，但不能激發電子能級躍遷。
當一束紅外光照射在礦物上時，一種可能為礦物內部分子運動全部吸收，不再從礦物內部射出，另一種可能為紅外光束強度大，部分能量被分子能級躍遷吸收，還有部分能量透過礦物。
有關的名詞解釋：
波長―二個相鄰波峰（波谷）之間距離, 波長單位：微米（μ）。
波數―單位長度波振動次數（波長倒數cm-1），波數單位：厘米-1（cm-1）。
頻率―每秒鐘內振動次數（單位時間通過固定點波數）。
透射比―入射礦物光強度（I0），透過礦物光強度（I），I / I0。
透過率―I / I0×100。
紅外吸收光譜圖―不同頻率的輻射于礦物上，導致不同透射比，以縱座標為透過率，橫座標為頻率，形成礦物變化曲線，則稱該礦物紅外吸收光譜圖。
近紅外―波長范圍：0.78―2.5μ，波數：12820―4000cm-1。
中紅外―波長范圍：2.5―50μ，波數：4000―200cm-1。
遠紅外―波長范圍：50―1000μ，波數：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成分、結構特征，礦物大多數屬離子化合物，具各種陰離子團（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），振動強大、穩定。
礦物紅外光譜能較快測出各種陰離子團，以陰離子團再研究相關的陽離子成分及礦物成分結構。
具同一陰離子團礦物類，吸收頻率、強度是一致的，因此利用礦物陰離子團及特征吸收頻率，通過相應的研究能迅速測定礦物。
礦物陰離子團及特征吸收頻率（cm-1）
| 礦物陰離子團 | 特征吸收頻率（cm-1） |
| AsO43- | 880―770 |
| BO33- | 1500―1300、950―850、700―400 |
| BO45- | 880―700、700―400 |
| CO32- | 1530―1320、100―1040、890―800、745―670 |
| CrO42- | 900―820 |
| HCO32- | 3300―2000、1930―1840、1700―1600、1000―940 840―830、710―690、670―640 |
| H2O | 3650―3000、1700―1590 |
| MoO42- | 850―780、700―200 |
| NO3- | 1810―1730、1520―1280、1060―1020、850―800、770―715 |
| OH- | 3700―2900 |
| PO43- | 1200―940、650―540 |
| SiO44- | 1175―860、540―470 |
| SO42- | 1210―1040、680―570 |
| VO43- | 930―730 |
| U2O7 | 900―880、480―470、280―270 |
| WO42- | 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中的應用
寶玉石檢測基本上是采用無損傷方式，隨著寶玉石工藝的不斷革新發展，人工優化改善充填技術日益提高。
在寶玉石檢測中任何檢測手段的應用，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，在壓片機上壓制成測試圓形薄片，然而寶玉石飾品不可能研磨制備，因而飾品需有一個以上或更多的拋光平面進行測試，也可能需要將飾品重新處理再進行測試，這就是紅外光譜測試的局限性。
紅外光譜運用于寶玉石檢測，用其所長，能較快準確測定寶玉石中(OH)n、H2O、H3O、OH-及高分子材料（硅基聚合物、環氧樹脂、塑料）確定寶玉石名稱及優化處理內涵。
合成寶玉石雖與天然寶玉石在物理化學性質基本相同，但從某些微細方面也存在差異，這在紅外光譜上有不同反應。
天然祖母綠與助熔劑合成祖母綠區別在于天然祖母綠在3400―3800cm-1有一強吸收峰，助熔劑合成祖母綠無3400―3800cm-1強吸收峰，這與天然祖母綠中含有一定結晶水（H2O）有關。
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。
紅外光譜對聚合物充填類飾品具一定的優勢，如天然翡翠經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2827、2928、2942、2969cm-1吸收峰。
天然綠松石中無2950cm-1吸收峰，注塑綠松石中具2950cm-1吸收峰。
天然歐泊中無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3540cm-1吸收峰，合成紫晶中具3540cm-1吸收峰。
礦物實例還很多不一一贅述，在寶玉石中的應用還在不斷的開發，作為一種礦物的測試手段還在不斷完善，紅外光譜的應用將日趨發展，并有助于解決寶玉石檢測中的難點、疑點。
原創作者：寧波市江東璟瑞儀器儀表有限公司
