光谱学特征

Question

如题所述

Answer 1

前人对不同产地红宝石的紫外—可见光—近红外光谱进行了研究,发现部分红宝石的光谱具有产地指示意义。这方面的工作还未有人做过系统测量和总结,很多数据缺失或可信度低。以下我们主要以缅甸孟速、莫桑比克尼亚萨、坦桑尼亚温扎和松盖阿的红宝石光谱特征研究为例进行介绍。

(一)紫外—可见光—近红外吸收光谱

缅甸孟速红宝石的紫外—可见光—近红外吸收光谱具有典型的贫Fe特征,未见与Fe吸收相关的450nm吸收峰,“核”区和非“核”区的吸收特征有差异。紫色“核”区在800nm处出现额外宽吸收。孟速红宝石的紫色是由于Cr³⁺引起的红色调与蓝色调相叠加而成。蓝色调热处理后可去掉。Cr³⁺吸收峰有多个,分别位于639nm、659nm、669nm和693nm,其中693nm的吸收峰最强,一般都可检测到。光谱特征与所测样品的结晶方位有关,当垂直c轴方向测量时,见以675nm为中心的吸收带。据研究,675nm吸收带可能与Mn⁴⁺有关,但具体成因不明。675nm吸收带是孟速红宝石紫外—可见光吸收光谱的典型特征。

莫桑比克尼亚萨红宝石的紫外—可见光—近红外吸收光谱显示了典型的Cr³⁺吸收峰、吸收带和Fe³⁺吸收峰(图4-118)。Fe³⁺的吸收峰位于379nm、387nm和450nm。

尼亚萨红宝石的“紫外吸收边”通常在300nm处。320~330nm为“吸收肩带”。位于379/388nm和450nm处的Fe³⁺吸收带往往较弱。所有样品中均普遍存在693nm的Cr³⁺吸收峰。部分样品在405~410nm和560nm处见Cr³⁺吸收峰。坦桑尼亚温扎红宝石和其他产地富Fe红宝石的吸收光谱特征基本与尼亚萨红宝石相同(图4-119)。图4-120为坦桑尼亚松盖阿红宝石的紫外—可见光—近红外吸收光谱,显示了Cr³⁺吸收带、强烈Fe³⁺吸收带以及Fe²⁺/Ti⁴⁺电子跃迁吸收组成的复合谱特征。到目前为止,对世界主要红宝石产地的紫外—可见光—近红外吸收光谱的“指纹”特征研究相对欠缺。低温下进行测量或许能找到一些新的特征。

图4-118 莫桑比克尼亚萨红宝石的紫外—可见光吸收光谱,除Cr³⁺谱外,在320~330nm处有紫外吸收

图4-119 坦桑尼亚温扎红宝石的紫外—可见光—近红外吸收光谱,405~410nm、560nm和693nm处为典型的Cr³⁺吸收峰

(二)红外吸收光谱

因部分红宝石含有氢氧化物和含羟基矿物,红外吸收光谱中可反映出这些矿物的存在,但通常指示这些矿物的吸收峰较弱,需将测试仪器和样品调试到最佳状态方可获得。孟速红宝石在3000~3500cm^-1波数范围内可检测到7个强弱不等的吸收峰,分别位于3189cm^-1(弱)、3233cm^-1(中)、3299cm^-1(很弱)、3310cm^-1(强)、3368cm^-1(非常弱)、3380cm^-1(非常弱)、3393cm^-1(非常弱)。另外在1980cm^-1、2100cm^-1、3320cm^-1和3085cm^-1处有弱的吸收峰,所有这些红外吸收峰都指示了水铝矿等含羟基矿物的存在。具体氢氧化物和粘土矿物等种属的鉴定还需要结合其他分析数据。需要指出的是在红外吸收光谱分析中,除孟速红宝石具有红外光谱“指纹”特征外,坦桑尼亚温扎红宝石也可能具有一些“指纹”意义。高品质的温扎红宝石中约90%的红外光谱中见有3160cm^-1吸收谱(图4-121),少数高质量温扎红宝石的红外光谱显示为3695cm^-1、3670cm^-1、3650cm^-1和3620cm^-1的一组吸收峰。

图4-120 坦桑尼亚松盖阿红宝石的紫外—可见光—近红外吸收光谱,可描述为Cr³⁺吸收、Fe³⁺吸收和Fe²⁺/Ti⁴⁺电子跃迁吸收组成的复合谱

图4-121 红宝石红外吸收光谱,高质量坦桑尼亚红宝石多见3160cm^-1吸收峰