中国宝石学研究十年新进展

９０年代以来,我国宝石学进入了一个新的发展阶段。在宝石资源与宝石矿物、宝石鉴定、人工合成宝石和宝石优化处理技术等各方面,都有了很大的进展。本文从宝石资源与宝石矿物研究、现代宝石学研究重点和未来宝石学研究发展趋势三个方面,论述了我国宝石学１０年发展的概况。     

红外反射光谱方法的矿物学应用

反射光谱法是一种古老的实验方法，具有快速简便、无损伤等特点。但是，这种实验技术至今还未得到充分的开发应用。本文介绍矿物的红外反射光谱的实验方法、光谱特征及应用前景。     

红外光谱技术在宝石学中的应用及前景

宝石学是伴随着经济快速发展而诞生的一门新的交叉型学科,它涵括宝石矿床及成因、宝石鉴定、加工制造、合成及优化处理、市场及商贸等诸多方面．其中作为学科重要基础部分的宝石鉴定,要求对样品进行无损测试,而且力求快速、准确,以适应市场要求,为此,一些宝石鉴定机...     

X射线衍射技术应用于宝石鉴定-合成及晶体结构研究进展

因宝石检测常附带无损要求、宝石评价具科学性和不确定性等特点,X射线衍射(XRD)在宝石学这门矿物学的分支学科中的应用具有特殊性,其应用领域主要集中在三个方面。①宝石鉴定领域:对单晶宝石和多晶宝石进行物相鉴定、宝石产地特征研究以及宝石矿物多型的种类划分等。例如根据XRD图谱,可将品种繁多的微晶石英隐晶质变种玉髓中不同的SiO₂质矿物相精确区分;通过黏土矿物成分及其含量可将鸡血石中"地"的种类进行划分。②宝石矿物的晶体结构研究:对成分复杂的单晶宝石进行晶体化学分析、获取矿物类质同象替代情况、利用结晶度划分宝石品质。例如晶格参数中的c/a比值可将绿柱石的Al八面体类质同象替代和Be四面体类质同象替代进行区分;软玉中通过XRD数据计算出的结晶度与软玉的品质关系密切。③宝石学研究技术的开发:对宝石的优化处理过程进行监测,在宝石合成过程中检验矿物晶形大小、结晶质量及内应力等,以有机宝石的晶体结构为基础的人工养殖技术研究。例如尖晶石在热处理过程中,Mg离子由四面体中的T位迁移至八面体中的M位,导致M-O和T-O键长随温度变化,并反映在尖晶石的色调中;在托帕石合成过程中,XRD数据显示770~800℃时形成含氟托帕石(与天然托帕石结构相同),而在950℃和1000℃出现含氟托帕石离解成刚玉和莫来石。目前,我国在宝石学的XRD应用方面起步较晚,国外在宝石鉴定、优化与合成方面的应用相对成熟。本文认为,该技术与扫描电镜、质子探针等分析技术的联用仍有很大发展空间。     

傅立叶红外光谱及拉曼光谱技术在宝玉石鉴定方面的应用

20世纪20年代来发展起来的波谱分析技术已被广泛地应用于矿物学研究,其中红外光谱为物质分子振动的分子光谱,反映分子振动的能级变化及分子内部的结构信息,由无机化合物组成的矿物质具备各自不同特征的红外光谱;而拉曼光谱为分子振动的散射光谱,物质振动的频率及强度由物质内部分子的结构和组成决定,拉曼光谱反映出不同物质的组成和分子内部的结构信息.近几十年来,红外、拉曼光谱技术已经成为矿物学研究的重要手段之一,同时以德国布鲁克光谱仪器公司为首的光谱仪器制造厂家不断推出红外反射光谱、红外显微镜、拉曼显微镜、探针等新的测试技术,对矿物学和矿床地球化学的研究起到了重要的推动作用.近年来随着宝玉石行业的蓬勃发展,红外、拉曼光谱作为非破坏、快速鉴定的方法得到了广泛的应用,同时矿物学研究分析的许多方法及仪器也在宝玉石鉴定中被广泛认可和使用.下面就德国布鲁克光谱仪器公司的红外、拉曼光谱仪器在宝玉石鉴定方面的应用方法做一简要介绍.     

宝石中的奇异现象及其评价

宝石学研究的一个重要方面是它的异常光学现象，这种现象可以归纳为三种主要类型：１）包体对光的反射；２）光的选择性吸收；３）光的干涉，对这种现象的评级是宝石评价评级的重要方面。     

傅立叶变换红外光谱联用技术在化石燃料分析中的应用

对傅立叶变换红外光谱联用技术在化石燃料分析中的应用进行了较全面的总结评述,重点介绍了气相色谱／红外光谱联机、高压液相色谱／红外光谱联机、薄层色谱／红外光谱联机、超临界流体色谱／红外光谱联机、裂解色谱／红外光谱联机、热重分析／红外光谱联机、气相色谱／红外光谱／质谱三机联用技术等在化石燃料的结构组分分析、成因机理研究及其勘探等诸方面的重要应用,尤其是在芳香族化合物和几何异构体的分离鉴定方面发挥出的突出功效。引用文献５９篇。     

两种新型白玉仿制品

在珠宝市场上白玉的仿制品较多,目前除了常见的仿制品外,又出现了两种新型仿制品。采用常规宝石学检测方法,测试了白玉及其两种仿制品样品的鉴定特征并进行了比较,但未能确定两种仿制品的宝石品种。进一步测试和分析了两种玉石样品的红外反射光谱特征,并与宝石的标准红外图谱进行了对比,结果表明,两种白玉仿制品分别为石膏和硅灰石。     

矿物标型特征及其在宝石鉴定中的应用--以刚玉类宝石为例

矿物标型学说在宝石鉴定中具有广泛的应用前景。本文的初步分析结果表明,通过矿物标型学说不仅可以为宝石的鉴定特征找到理论依据,而且还有助于指导鉴定天然宝石与合成宝石、天然宝石与人工优化处理宝石;对某些宝石而言,还能帮助鉴定其产地。将矿物标型学说应用于宝石学,有望帮助鉴定工作者找到新的鉴定思路。     

几种俗称为桃花玉玉石的区别和鉴定

采用常规宝石学鉴定方法、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）等测试方法,对市场上统称为桃花玉的石英质玉、菱锰矿和蔷薇辉石进行了常规的宝石学、光谱学特征鉴定。结果表明,三者的常规宝石学特征及红外光谱特征等都有明显区别。     

Non-destructive infrared analyses: a method for provenance analyses of sandstones

Infrared spectroscopy (IR spectroscopy) is commonly applied in the laboratory for mineral analyses in addition to XRD. Because such technical efforts are time and cost consuming, we present an infrared-based mobile method for non-destructive mineral and provenance analyses of sandstones. IR spectroscopy is based on activating chemical bonds. By irradiating a mineral mixture, special bonds are activated to vibrate depending on the bond energy (resonance vibration). Accordingly, the energy of the IR spectrum will be reduced thereby generating an absorption spectrum. The positions of the absorption maxima within the spectral region indicate the type of the bonds and in many cases identify minerals containing these bonds. The non-destructive reflection spectroscopy operates in the near infrared region (NIR) and can detect all common clay minerals as well as sulfates, hydroxides and carbonates. The spectra produced have been interpreted by computer using digital mineral libraries that have been especially collected for sandstones. The comparison of all results with XRD, RFA and interpretations of thin sections demonstrates impressively the accuracy and reliability of this method. Not only are different minerals detectable, but also differently ordered kaolinites and varieties of illites can be identified by the shape and size of the absorption bands. Especially clay minerals and their varieties in combination with their relative contents form the characteristic spectra of sandstones. Other components such as limonite, hematite and amorphous silica also influence the spectra. Sandstones, similar in colour and texture, often can be identified by their characteristic reflectance spectra. Reference libraries with more than 60 spectra of important German sandstones have been created to enable entirely computerized interpretations and identifications of these dimension stones. The analysis of infrared spectroscopy results is demonstrated with examples of different sandstones used as dimension stones. All analyses have been done with the “portable infrared mineral analyser” (PIMA) of Integrated Spectronics Pty Ltd. at the Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Berlin. This spectrometer has been designed to be light, portable and easy to handle. Investigations can be performed without any sample preparation for complete buildings as well as at small samples with diameters up to about one centimeter. Analyses of pulverized samples and granules are also possible. Consequently, infrared reflectance spectroscopy provides a reliable working, non-destructive technique to identify and characterize sandstones used for buildings and monuments.     

Discrete and functional-geometric methods of infrared spectroscopy of minerals using reference samples

Different methods of infrared spectroscopy applied to the analysis of mineral phases using spectra of reference samples are compared. Traditionally (discretely), the IR spectrum is processed as pairs of numbers characterizing frequencies and intensities of separate bands. The major advantage of such an approach is the opportunity to visualize fine crystallochemical features within groups of related minerals. An alternative technique is based on functional-geometric analysis, dealing with the spectral curve as a whole. This approach is based on the minimization of root-mean square deviations and opens up wide possibilities for the identification of minerals by their IR spectra. The crux of the functional-geometric method is the determination of a linear combination of standard spectra with nonnegative coefficients that ensures the best (in terms of integral functional comparison) approximation of the analyzed spectral curve. As a rule, the spectra of minerals with the closest crystallochemical relationships with the examined sample make the greatest contribution to this resolution. Numerous examples of application of the discrete and functional-geometric methods are described.     

琥珀及其仿制品的宝石学和红外光谱特征

为了有效鉴别琥珀及其仿制品,本文收集了一系列琥珀及其仿制品。首先采用常规宝石学方法,对其折射率、相对密度、紫外荧光和内外部特征进行了测试;在此基础上,采用反射法测试了所有样品的红外吸收光谱并对其进行了比较和分析。结果表明,将常规宝石学方法和红外吸收光谱特征结合并综合分析,可以有效鉴别琥珀、压制琥珀、天然柯巴树脂、人工树脂及人造琥珀。     

应用钻石观测仪-红外光谱仪-激光诱导击穿光谱仪鉴定无机材料充填翡翠

通过走访翡翠市场得知存在无机材料充填的翡翠,目前与其相关的研究资料较少,对无机材料充填翡翠缺少鉴定依据.本模拟实验使用水玻璃和硅溶胶这两类无机材料对低档翡翠进行充填以了解其鉴定特征.利用常规宝石学测试、钻石观测仪荧光观察、红外光谱分析(FTIR)、激光诱导击穿光谱分析(LIBS)对无机充填翡翠样品进行测试.结果表明:①...     

辽宁桓仁软玉的宝石学特征研究

利用常规检测及薄片观察、红外光谱、化学分析法,对产自辽宁桓仁的一种灰白色玉石的矿物成分、化学成分及宝石学性质进行了较为系统的研究。测得其折射率为1.60,相对密度为3.08,摩氏硬度为6.5±。偏光显微镜下显示玉石的主要组成矿物为透闪石及普通角闪石,杂质矿物为透辉石、磷灰石、碳酸盐矿物、蛇纹石等,呈不等粒变晶结构、叶片状变晶结构及交代结构。玉石的组构特征导致其透明度较差,颜色不均匀,具黑色斑点及绿色团块状包体。红外光谱特征与标准的透闪石特征非常相近,证明该玉石为透闪石玉(软玉),其化学分析结果与和田玉及岫岩软玉结果相近。普通角闪石的存在(已黑云母化)一定程度影响了玉石的品质。     

天然与合成紫晶的红外和偏振拉曼光谱鉴定特征

天然紫晶与合成紫晶的鉴别是国内外珠宝鉴定实验室的一个难题,前人主要从双晶、色带、包裹体、红外吸收光谱特征等方面开展了研究。在利用红外光谱鉴别天然紫晶与合成紫晶时,不同的学者尚对3595cm-1或3543cm-1吸收峰作为诊断性还是指示性的判据存在不同认识。本文系统采集了典型的天然紫晶与合成紫晶样品,研究了利用红外光谱测试技术鉴别天然紫晶与合成紫晶的局限性,并尝试将偏振拉曼光谱应用于紫晶成因鉴别。结果表明:利用3595cm-1、3543cm-1红外吸收峰进行紫晶鉴别仅具有指示性意义,不能作为决定性的判定依据,偏振拉曼光谱可作为重要的补充。天然紫晶的偏振拉曼光谱(偏振方向:HH)均出现400cm-1的拉曼峰,而该峰在合成紫晶偏振拉曼光谱中缺失;合成紫晶的偏振拉曼光谱(偏振方向:HH)均具有795cm-1、448cm-1的拉曼峰,而这两个峰在天然紫晶偏振拉曼光谱中缺失。偏振拉曼光谱产生差异的原因可能与天然紫晶和合成紫晶内部晶格变形程度的不同有关。本文揭示的400cm-1、448cm-1和795cm-1偏振拉曼峰可作为鉴别紫晶成因的新依据。     

反射红外光谱法研究改性超滤膜

采用漫反射及衰减全反射红外技术,快速鉴定酞侧基聚砜膜的改性水平,得到了磺化后－ＳＯ３Ｈ基团的红外光谱差谱。     

高岭石—聚丙烯腈夹层复合物的制备

作者通过XRD和IR等手段研究了高岭石－聚丙烯腈夹层复合物的形成过程。通过对高岭石／DMSO（二甲亚砜）、高岭石／乙酸铵等中间复合物的置换反应，成功地将丙烯腈单体引入高岭石层间。XRD谱表明高岭石层间被插入有机分子后，其层间距增大；IR谱显示有机分子与高岭石的外羟基可能以氢键的形式相互作用。在有引发剂的存在下，实现了丙烯腈单体在高岭石层间的聚合。     

玛纳斯碧玉的宝石学研究

采用薄片观察、电子探针、红外光谱等测试手段,对玛纳斯碧玉的各品种进行了矿物学、宝石学、谱学特征和化学成分的研究。结果显示,玛纳斯碧玉的主要矿物组成为透闪石-阳起石,其中翠绿色点状物"翠花"是由于早期阳起石而形成。玛纳斯碧玉的物质组成特征显示其为超基性岩蚀变而成。