Si^4＋及过渡金属离子在蓝宝石呈色中的作用——数学分析法在离子致色研究中的应用

理想晶体（包括蓝宝石）的颜色与占据其晶格的微量过渡金属元素的种类及含量有直接的关系。玄武岩产状的蓝宝石中含有多种微量元素，这些元素是蓝宝石致色的直接因素。本文通过研究发现，每种微量元素均对可见光的特定波段产生不同程度的吸收，其中，Fe^3 ,Si^4 是使蓝宝石呈现蓝色的主要离子，Cr^3 离子可使蓝宝石呈橙和绿色，Mn^4 离子可使蓝宝石呈黄色，Co^2 离子也可使蓝宝石呈蓝色。本文还做出了蓝宝石中每种微量元素对可见光的特征吸收图即波长－吸收系数图，与分子轨道理论值吻合，把蓝宝石中各离子对可见光的吸收位置和相对吸收强度统一起来。     

明溪蓝刚玉的水热溶液改色实验初步研究

明溪蓝刚中Fe主要以Fe^3 形式存在，Fe^3 的d-d电子跃迁和Fe^2 -Ti^4 /Fe^3 -Ti^3 、O^2-Fe^3 间电荷转移是致色的主要因素；浓度差可以作为扩散动力；氢含量的提高可以促进蓝色致因子的形成。采用高温高压水溶液方法对蓝刚玉进行改色处理，可消除刚玉中的杂色调，使颜色向纯蓝色方向变化。     

福建明溪蓝宝石的谱学特征及颜色成因

采用颜色测量、紫外-可见光谱、红外光谱等方法对福建明溪蓝宝石进行的研究表明,明溪蓝宝石颜色蓝中带黄,二色性强。紫外-可见吸收光谱中377,388和451nm吸收带较强。这些吸收带是Fe3 的d－d和Fe3 —Fe3 ,交换相合离子间的电子跃迁引起的。810nm带存在于各色蓝宝石中,强度变化较大,有时伴随有510nm吸收带。它是由Fe2 —Fe3 电荷转移形成的。570nm吸收带只出现在蓝色或绿色的蓝宝石中。结合蓝宝石红外33loom－‘吸收带与宝石颜色之间的关系,笔者将570nm吸收带归属于H、Fe、Ti构成的致色缺陷团。这一研究结果对蓝宝石呈色机理的进一步研究和宝石的合成等具有重要意义。     

福建明溪蓝宝石矿物学特征及致色机理探讨

利用颜色测量、顺磁共振谱、红外光谱和热谱等方法研究明溪蓝宝石的矿物学特征和结构特性，明溪蓝宝石色深，蓝中带黄，二色性强，分析表明Fe主要以Fe^3 形式存在，Fe^3 的d-d电子跃迁和Fe^2 -Ti^4 、O-Fe境塌菏转移是明溪蓝宝石致色的主要因素；H含量对蓝色的形成有重要作用。     

山东蓝宝石的主要致色因素

山东蓝宝石颜色深暗,与其主要致色元素有着直接关系.对其化学成分进行分析认为:Cr2O3是红色、橙黄色、黄色的主要致色因素.而w(TiO2)低,w(TFeO)高,尤其是Fe3 大于全铁的90%,TFeO/TiO2比值大是山东蓝宝石颜色深暗的主要原因.对其紫外-可见光-近红外吸收光谱进行分析,进一步得出Cr3 离子的d-d电子跃迁、成对Fe3 离子、单Fe3 离子的d-d电子跃迁、Fe2 -Ti4 之间的电荷转移、Fe2 Fe3 之间的电荷转移等是山东蓝宝石致色的本质.代表绝大多数山东蓝宝石颜色的深蓝色蓝宝石,缺失紫外-可见光-近红外吸收光谱的575～711nm吸收带,即缺少Fe2 -Ti4 之间的电荷转移.因此,针对性地选择w(TiO2)高的蓝宝石进行改善,或是设法加入TiO2、减少Fe3 含量、在还原条件下改变其TFeO/TiO2的比值,应是目前山东蓝宝石改色的关键.     

海南蓬莱蓝宝石的光致发光谱学特征及意义

从光致发光光谱角度探讨了海南蓬莱蓝宝石的呈色机理.结果发现:与蓝宝石吸收光谱的500～700 nm吸收宽带相比,在500～720 nm发光波段内存在566.8 nm锐峰、600 nm左右肩峰和Cr~(3+)的694.2 nm特征峰.600 nm肩峰与其吸收峰镜像对称,566.8 nm处锐峰的产生原因复杂.600 nm肩峰可能与Fe~(2+)-Fe~(2+)离子对的电子跃迁有关;566.8 nm锐峰因532 nm激光激发Fe~(2+)-Ti~(4+)或Fe~(2+)-Fe~(3+)间的电荷迁移带,通过晶格造成Si~(4+)、Mg~(2+)等微量杂质离子敏化而产生.光致发光谱中呈现更多谱峰,能呈现离子跃迁时不同离子间发生的相互作用,为500～700 nm吸收宽带由不同致色机制的叠加给出了直接证明,是一种能全面地研究宝石矿物中致色元素能级结构的有效方法.     

两种类型天然紫色翡翠的致色机理

紫色翡翠是天然翡翠中的重要品种,具有很高的经济价值,其主要有2种类型,一种呈较纯的紫色,另一种为带有蓝色色调的紫色。为探究紫色翡翠的致色机理,除采用传统的谱学及化学成分分析外,本文重点采用电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)等,对2种类型紫色翡翠致色机理、致色元素价态等进行深入研究。结果表明,2种类型紫色翡翠均为硬玉颗粒本身呈色。紫色样品致色与Mn有关(w(Mn O)=0.0035%～0.036%),紫外可见光吸收光谱具有由Mn导致的580 nm吸收带,电子顺磁共振分析显示其主要为Mn~(3+),而并非Mn~(2+)。蓝紫色翡翠由Fe、Ti元素联合致色(w(Fe O)=0.039%～0.25%;w(Ti O_2)=0.018%～0.17%),X射线光电子能谱分析显示其主要致色离子为Fe~(2+)、Fe~(3+)和Ti~(4+),认为蓝紫色翡翠为Fe~(2+)-Ti~(4+)和Fe~(2+)-Fe~(3+)电荷转移致色,由此导致紫外可见光吸收光谱中具530和610 nm的吸收带。     

旅大地区金伯利岩中镁铝榴石谱学特征及其形成条件研究

通过可见一紫外及红外光谱与电子探针分析，对旅大金伯利岩中不同颜色镁铝榴石进行了深入研究，结果表明，Cr^3 和Fe^3 的吸收带及Fe^3 离子的电荷转移吸收带对镁铝榴石颜色的影响最大;Fe^2 和Ti^3 r 吸收带对橙红色系列镁铝榴石的颜色也起较大作用．同时还发现晶体场参数(△o、B值)．红外光谱对镁铝榴石都具有从橙红色系列→紫红色系列→绿色系列逐渐变化的特点．可用于指示他们的形成环境．     

山东蓝宝石的呈色机制

本文采用电子探针、顺磁共振、吸收光谱等手段,着重研究了山东蓝宝石的吸收光谱特征,讨论了它的呈色机制,并简单论述了其改色的可能性。20000～10000cm~(-1)范围内的电荷转移跃迁是造成蓝宝石不同色调和颜色的主要原因,Fe~(2+)-Ti~(4+)、Fe~(2+)-Fe~(3+)、Fe~(3+)及O~(2-)-Fe~(3+)等吸收峰(带)的强弱和相对强弱决定了蓝宝石的具体颜色。如何协调这几个吸收峰的吸收强度是蓝宝石改色的关键。     

福建明溪锆石的呈色机理研究

设计了一套热处理和辐照处理方法对福建明溪锆石进行处理，使之呈浅蓝色，并采用紫外一近红外吸收分光光度计对锆石的颜色及其变化进行了分析，探讨了锆石的呈色机理。分析表明，明溪锆石的褐色是由色心引起的。漂亮的浅蓝色是由Fe^2 和Fe^3 之间的电荷转移产生的。     

Spectroscopic Features and Coloration of Gem-Quality Green Tsavorite in Major International Deposits and China

Tsavorite green colored by Cr3+/V3+ has been traditionally found and mined in Tanzania, Kenya and Madagascar in the Neoproterozoic Mozambique metamorphic belt (NMMB), and recently be found in Sanjiang, Litang, Sichuan, China. The differences of the chemical formula, spectroscopic features, as well as the concentrations of the V2O3 and Cr2O3 in the tsavorite crystals collected from major international deposits and Sanjiang, China have been investigated using EPMA, XRF, UV-VIS spectrometers, FTIR, Raman scattering microscopy, DiamondView TM techniques. It was found that the chemical formulas of African tsavorite and Chinese tsavorite are Ca3(Al,V)2[SiO4]3 and Ca3(Al,Cr)2[SiO4]3, respectively, indicating that tsavorite is a solid solution between dominant grossular and minor goldmanite and uvarovite. Two broad bands centered at 430 nm and 605 nm were the main absorption features in the tsavorite samples, which attribute to the absorption of Cr3+ and/or V3+ ions in the lattice. The green coloration is caused by Cr3+ and/or V3+ ions resulting in the absorption of purple and red components of the visible light. Absorptions caused of Fe3+ and Fe2+ ions could add the bluish color component in some of tsavorite samples. The intensity of green color is proportional to the concentrations of V2O3 and Cr2O3. The basic gemological properties, such as refractive index in the investigated samples were presented, and the definition and chemical and spectroscopic properties of tsavorite are discussed.     

山东蓝宝石铁离子的价态及其对色调的影响

山东蓝色蓝宝石的着色是由Ｔｉ４＋离子与Ｆｅ２＋离子合理配比而成，一般控制在Ｔｉ４＋／Ｆｅ２＋＝１的配比范围内。多余的Ｆｅ２＋和其它Ｆｅ３＋离子存在都不利于蓝色蓝宝石正常呈色。通过穆斯堡尔谱和电子顺磁共振谱分析，测定了山东蓝宝石中铁离子的不同价态和浓度。对Ｆｅ２＋和Ｆｅ３＋离子所引起的吸收光谱特征作了研究，查明只有Ｆｅ３＋浓度很高时才产生４７７ｎｍ吸收峰，是致使山东蓝宝石表观上呈深蓝带黑色调的的重要原因。     

Photocatalytic Reduction of Cr~Ⅳ by Natural Sphalerite Suspensions under Visible Light Irradiation

The photocatalytic reductive capability of a natural semiconducting mineral, sphalerite has been studied for the first time. The sphalerite from the Huangshaping deposit of Hunan Province performed great photoreductive capability that 91.95% of the Cr6+ was reduced under 9 h visible light irradiation, higher than the 70.58% under 9.5 h UV light irradiation. The highly reductive ability results from its super negative potential of electrons in the conduction band. Furthermore, Fe substitution for Zn introduces donor states, and the oxidation process of Fe2+ to Fe3+ makes it an effective hole-scavenger. Cd and Cu substitute for Zn also reduce the bandgap and help broaden the absorbing edge towards the visible light. These substituting metal ions in natural sphalerite make it a hyper-active photocatalyst and very attractive for solar energy utilization.     

福建明溪天然蓝宝石在氩气气氛中的改色实验研究

明溪天然蓝宝石主要呈色元素为Fe和Ti，颜色常带有黄、绿或紫色调，颜色不纯正。在温度为1300℃，环境为氩气气氛中进行热处理后，可消除蓝宝石中原来存在的杂色调，使颜色向纯蓝色方向变化。本文还对热处理后蓝宝石的光吸收港及颜色变化机理进行了初步探讨。     

电子探针-电感耦合等离子体质谱法研究不同种类石榴石的稀土元素配分和矿物学特征

石榴子石是变质岩和岩浆岩中一种常见的硅酸盐矿物,其类质同象非常普遍。已有资料表明,不同成分的石榴子石的颜色颇为不同,但石榴子石的成分和颜色之间相互关系尚未进行系统研究和总结。本文应用电子探针、电感耦合等离子体质谱、X射线粉晶衍射、拉曼光谱、红外光谱和紫外可见吸收光谱等手段对常见的红色（G1）、橙色（G2）、绿色（G3）和褐红色（G4）石榴石进行了系统测试,旨在揭示石榴子石成分、结构和颜色的内在关系和变异规律,以期为不同地质体中产出的石榴子石矿物学特征的总结及地质应用提供依据。研究结果表明,G1、G4样品含有较多Fe元素（Fe³⁺：0.24%、0.24%;Fe²⁺：1.01%、0.89%）;G2样品含有较高的Mn元素（2.76%）;G3样品含有很高的Cr、V元素（3453×10^-6、1458×10^-6）。类质同象对石榴石的晶体结构产生影响,晶胞参数有较大差别,分别是a=11.530nm（G1）、11.563nm（G2）、11.849nm（G3）和11.470nm（G4）。石榴石中的微量元素和稀土元素对于示踪物源及形成过程具有很强的指示意义。石榴石中的稀土元素总量分布不均匀,LREE/HREE比值小于1,表现为重稀土元素富集,Eu/Eu^*比值小于1,为Eu负异常。所有样品的Ce异常均不明显。石榴石样品的拉曼光谱呈现出峰强和峰位的明显差异也反映了类质同象的存在：G1、G4在570nm处出现Fe³⁺电子跃迁吸收峰;G2在460nm和520nm附近出现Mn²⁺电子跃迁吸收峰;G3在690nm处出现Cr³⁺电子跃迁吸收峰。紫外可见吸收光谱特征显示,红色和褐红色样品出现在570nm处的Fe³⁺电子跃迁吸收峰,与其成分中含有大量Fe有关;橙色样品于460nm和520nm附近的特征吸收峰归属于Mn²⁺,对应其主要成分中大量的Mn;绿色样品690nm处出现强的吸收峰,由Cr³⁺跃迁产生,是微量元素Cr的存在所致。研究结果表明,石榴石的颜色与其成分和结构具有良好的对应关系。     

Purplish-red almandine garnets with alexandrite-like effect: causes of colors and color-enhancing treatments

Fine gem-quality, purplish-red garnets from the Tocantins State, Brazil, were investigated for their crystal chemistry and optical properties by several spectroscopic techniques, including electron microprobe analysis, Mössbauer, Raman spectroscopy and optical absorption. Although most garnets are purplish-red, some specimens show color zoning, with deep red color in the core and purple in the outer parts. Electron microprobe analysis showed that these garnets are principally almandine–pyrope solid solution at the rim. However, at the red core, they contain also up to 7 % of spessartine. Mössbauer spectroscopy reveals that the iron content is predominantly Fe²⁺ (>99 %) in the natural garnets. The optical absorption spectra are dominated by spin-allowed and unusual high-intense spin-forbidden transitions from eightfold coordinated Fe(II) in the near infrared and visible spectral region, respectively. For the red core, in addition, three sharp bands centered in the blue part of the visible spectral range and a broad charge transfer band in the near-UV region are observed. All garnets with purplish colors show also a remarkable color-changing effect from purple in daylight light to red in incandescent light called alexandrite-like effect. Heat treatments in the 700–900 °C temperature range in oxidizing and reducing atmospheres lead to reversible and irreversible color changes which are discussed based on the microscopic changes in the Fe ion coordination and valence states.     

福建碧田Au-Ag-Cu矿床含金石英脉中磷灰石的阴极发光研究

碧田Au Ag Cu矿床含金石英脉中的磷灰石在阴极射线激发下发明亮的黄绿色光 ,特征峰波长为 5 70～5 80nm。阴极发光 (CL)图像揭示了磷灰石的内部环带结构 ,不同环带微量和稀土元素含量具有明显的差异。发光带w(MnO) >0 .4%、n(Mn) /n(Fe) >2、n(Mn) /n(La+Ce) >4;Mn2 + 为CL的主要激发元素。磷灰石晶体结构中以LREE3 + +Si4+ =Ca2 + +P5+ 为主要的元素替代形式。磷灰石微量与稀土元素的分布特征表明 ,该矿床形成于近地表的低温热液体系 ,成矿流体在矿物共沉淀的晚期向富Si、Na方向演化。