表面接触角的测量及表面张力在宝玉石鉴定中的应用

表面张力是固体表面重要的物理化学参数之一,其大小与温度和界面两相物质的性质有关。基于Young方程的推导,使用接触角测量法计算固体表面张力已被广泛应用于表面科学和工程领域。宝玉石材料大多具有光洁的表面,在接触角测量的准确性方面较其他表面不均一的固体材料具有明显的技术优势。本文运用现代仪器(FTA200动态接触角测量仪)测量了15个天然和合成宝玉石品种(钻石、合成碳硅石、合成立方氧化锆、碧玺、托帕石、翡翠、琥珀等),以及经覆膜和充填2种处理方法的宝玉石样品(镀膜钻石、覆膜托帕石、覆膜翡翠、覆膜琥珀、充填碧玺)的表面接触角,并运用公式计算其表面张力。测试数据表明,不同品种宝玉石的接触角数值存在差异,如钻石的接触角值为56.68°,其仿制品立方氧化锆的接触角值为37.79°;覆膜处理与未经覆膜处理的天然宝玉石的接触角数值差异明显,如琥珀的接触角值为92.49°,覆膜琥珀的接触角值为66.49°;充填处理宝玉石接触角的测试由于控制液滴的大小受条件限制操作难度较大,测试结果不能准确表达为裂隙中充填物的接触角数值,故充填处理的宝石不宜采用此方法进行区分。研究表明,对于部分宝玉石品种和覆膜处理宝玉石,其表面接触角及表面张力数值差异显著,可以作为宝玉石品种的辅助鉴定依据;尤其是运用接触角的差异对于宝玉石鉴定具有较好的判别性,能够对不同品种的天然宝玉石与表面覆膜的宝玉石样品进行有效区分。与常规宝石检测方法(如红外光谱、折射率测量方法)对比,接触角测量方法具有测量准确、操作简便,不破坏样品的特点,符合宝玉石无损鉴定的基本原则,且能够安全快速地测量高折射率宝石,可以解决宝玉石表面覆膜等与表面物性相关的检测疑难问题。     

有关翡翠A、B、C货鉴定问题的讨论

翡翠A、B、C货的鉴定需要综合性的考虑，单一方法易出差错，翡翠鉴定首要任务是确定矿物组成，从而确定是否翡翠及翡翠的类型；其次确定是否有人工充填物及人工加色，从而区别A、B、C货。     

墨绿色仿翡翠品的宝石学特征

我国玉器市场的繁荣发展,使得玉器优劣并存,导致大量墨绿色“石材”充斥市场,充当翡翠销售.在广东玉器加工批发集散市场上收集了多种墨绿色仿翡翠原料,挑选具有代表性的4件原料进行测试分析.通过宝石显微镜观察、折射率、密度以及红外光谱、X射线粉末衍射、偏光显微镜薄片鉴定等测试方法进行对比研究.该4件样品的密度、折射率与翡翠一致,红外反射光谱与绿辉石非常相似,但其结构特征、矿物组成明显区别于翡翠.综合国标判定,该4件样品均为仿翡翠品.笔者提醒,常规宝石学测试和红外光谱测试不易区分此类制品,而加强基础性研究、提高镜下鉴定能力是防范检测风险的有效途径.     

危地马拉与缅甸含绿辉石翡翠的矿物学对比研究

以危地马拉蓝水料与缅甸油青种翡翠为研究对象,通过显微镜观察、岩石薄片观察、X射线粉末衍射分析、激光拉曼光谱分析、扫描电镜分析、电子探针分析等测试手段对两者进行了常规宝石学特征、结构特征、杂质矿物、化学成分等方面的对比研究。结果表明,危地马拉蓝水料发育等粒变晶结构,主要成分为硬玉,含有绿辉石,硬玉环带以2～3层为主,绿辉石分别以自形颗粒、交代残余、沿微裂隙充填3种形式存在,其中白色点状物为钠长石,绿色点状物为霓辉石和绿辉石的混杂物;缅甸油青种翡翠以硬玉为主颗粒相对粗大,呈柱粒状镶嵌结构,硬玉发育3～5层环带结构,绿辉石以脉状充填硬玉颗粒间隙或被硬玉颗粒交代呈孤岛状。危地马拉蓝水料硬玉颗粒与脉状绿辉石的CaO含量均高于缅甸油青种翡翠,另外由于霓辉石的存在,推测两产地翡翠结晶环境中的Ca、Fe含量可能存在差异。     

翡翠的系统鉴定

云南是翡翠的传统进口口岸,至今仍占全省珠宝贸易额之首。翡翠可分为硬玉翡翠、绿辉石翡翠及钠铬辉石翡翠。在学习现行国标的基础上拟定了一个简明的鉴定程序,以统一工作方法和判别标准,且通过２万件翡翠检验证实,是可行的。将地质学科的普遍规律应用于翡翠的鉴定,这对于判定翡翠的染色及充填处理等尤为重要。     

利用红外3036、3058cm~(-1)吸收峰鉴定充填宝石需要注意的问题

翡翠经过漂白充填处理的结论性证据是红外光谱具有3 036、3 058 cm-1的吸收峰,对石英岩的充填处理该依据也是结论性的,随着市场新情况的出现,文献中对海蓝宝石、碧玺、石榴石、长石类宝石的充填处理也借助这两个与聚合物相关的峰诊断。但研究表明,有的宝石自身在3 100~3 000 cm-1范围内有吸收峰,还有的宝玉石在该范围内全吸收,会掩盖外来聚合物的吸收特征,此外,无机充填的宝石不具有3 100~3 000 cm-1范围内的特征吸收。因此,利用3 036、3 058 cm-1吸收峰判断宝石的充填需具体情况具体对待。     

红外光谱法检测、鉴定翡翠

翡翠分天然翡翠和人工优化处理翡翠,其红外光谱吸收谱带有所区别。利用傅立叶变换红外光谱仪获取天然翡翠和高分子聚合物充填处理的翡翠及蜡质物充填处理的翡翠特征红外光谱,可以鉴别。直接透射法:波数4000～2000cm~(-1),漫反射法:波数4000～400cm~(-1),分段测定。     

B货翡翠的红外光谱特征及鉴定意义

在对9个B货翡翠样品进行常规宝石学特征描述的基础上，进行了红外光谱测试。结果表明B货翡翠最主要的吸收峰是2959（或2966），2931（或2924）和2895cm^-1这一组，而1510，1581，1609cm^-1和3040，3060cm^-1这两组谱带可作为鉴定B货翡翠的辅助谱带，但不是必要的谱带。研究结果可为准确鉴定B货翡翠提供进一步的资料。     

黑色翡翠的宝石学及矿物学特征

翡翠热的兴起引起了市场对翡翠需求量的急剧增加，加速引发了对翡翠新品种的开发与研究。翡翠新品种之一——绿辉石玉(即黑色翡翠)与传统意义上的翡翠在光学性质、结构、成分等方面有一定的差异，有观点认为不应称其为翡翠。通过对黑色翡翠样品进行的一般宝石学特征观察、薄片鉴定、红外光谱分析、粉晶X射线分析、X荧光光谱分析，确认其宝石学特征和矿物学特征与翡翠基本一致。     

热处理红-黄色翡翠的红外光谱分析

红-黄色翡翠是否经过热处理,其价值相差悬殊。随着市场对红-黄色翡翠的需求增加,鉴别其是否经过热处理是目前宝玉石鉴定的难点和热点问题。通过加热实验,利用红外光谱测试技术对加热前、后的红-黄色翡翠样品的红外光谱进行对比分析。结果表明,加热前、后的红-黄色翡翠样品的红外光谱具有不同的特征,主要表现为硬玉结构中OH的四组吸收峰强弱的变化：（1）吸收峰的强变化是在3 000～4 000 cm-1之间的峰型从加热前呈U型到加热后呈V型;（2）吸收峰的弱变化则是谱线略有改变,出现3 622～3 628 cm-1或3 670 cm-1附近的吸收峰,这些特征可作为红-黄色翡翠是否经过加热处理的辅助性诊断指标。     

津巴布韦金刚石中石墨包裹体及金刚石异常双折射特征分析

津巴布韦马朗(Marange)金刚石矿以产出混合习性(八面体与近立方体)金刚石为特征,其石墨包裹体仅存在于近立方体区.石墨包裹体的形态、分布及金刚石的异常双折射与应变特征,能反映其从开始结晶到被搬运至地表过程中经历的地质作用.因此,对津巴布韦混合习性金刚石及石墨包裹体的研究不仅能提供与其他产地金刚石有对比意义的数据,且...     

6种不同产地柯巴树脂的谱学特征探究

收集了来自俄罗斯、新西兰、婆罗洲、马达加斯加、哥伦比亚和苏门答腊6个不同产地的柯巴树脂,采用宝石显微镜、红外光谱、紫外荧光观察和三维荧光光谱等测试方法对柯巴树脂谱学特征进行了对比研究。婆罗洲、苏门答腊柯巴树脂的红外光谱主要特征为存在3000~2800 cm^-1范围内4个吸收峰,1732 cm^-1肩峰和1708 cm^-1吸收峰,888 cm^-1处的弱吸收峰。新西兰柯巴树脂红外光谱主要特征为存在3000~2800 cm^-1范围内3个吸收峰,1642 cm^-1和888 cm^-1处的弱吸收峰。马达加斯加、哥伦比亚和俄罗斯柯巴树脂的红外光谱相似,主要特征为存在与C=C相关的3处组合特征吸收峰以及1270 cm^-1和1180 cm^-1处的2个吸收峰。在长波紫外荧光下,婆罗洲和新西兰柯巴树脂荧光强度明显强于其他产地样品,马达加斯加柯巴树脂荧光强度最弱。由三维荧光光谱可知,婆罗洲和苏门答腊柯巴树脂中存在445、474、505 nm 3个发射峰,可被416、447 nm波长有效激发;新西兰柯巴树脂的最强发射峰位于385 nm,其最佳激发波长352 nm;俄罗斯柯巴树脂最强发射峰在399 nm,可被354 nm波长最佳激发;哥伦比亚柯巴树脂的最强发射峰为470 nm,被400 nm波长最佳激发;马达加斯加柯巴树脂的最强荧光峰在465 nm,被378 nm波长最佳激发。综合分析认为,三维荧光光谱特征和红外光谱特征可为柯巴树脂的鉴别和分类提供依据。     

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。     

红外光谱-显微共焦激光拉曼光谱研究天然红宝石和蓝宝石中含水矿物包裹体特征

天然红宝石和蓝宝石的包裹体中常见典型的含水矿物包裹体,这些含水矿物包裹体容易受外界环境升温而发生改变。微量含水矿物包裹体变化会对红宝石和蓝宝石的物理和化学性质产生明显影响,该性质为宝石热处理的鉴定提供了检测思路。本文采集了天然红宝石和蓝宝石样品,用显微镜放大观察包裹体特征,结合红外光谱与显微共焦激光拉曼光谱测试研究了含水矿物包裹体的特征。结果表明:天然红宝石和蓝宝石样品中含水矿物包裹体的外观轮廓清晰,晶形完整;红外光谱在2000～3700cm~(-1)附近显示出2105～2110cm~(-1)和1977～1985cm~(-1)硬水铝石和3619cm~(-1)和3696cm~(-1)高岭石等水(H_2O或—OH等)的特征吸收峰;拉曼光谱中可见角闪石、云母、磷灰石和长石等结晶度较好的典型含水矿物包裹体的特征拉曼位移。该系列特征揭示了红宝石和蓝宝石样品中含有水的特征,可作为红宝石和蓝宝石天然成因且未经过热处理的鉴定依据。     

多米尼加与墨西哥蓝珀光致发光-拉曼光谱及微量元素赋存特征研究

蓝珀主要产于多米尼加共和国、墨西哥与缅甸,其形成机制、组成成分及光谱特征与之特定的产出地理环境有密切的关联.因此,蓝珀的产地研究成为当前珠宝玉石、考古及生物矿物学研究领域的热点课题.前人主要应用红外光谱、X射线荧光光谱、质谱、同位素示踪等技术开展了较系统的蓝珀产地的溯源研究,但限于蓝珀材质的类同,不同产地蓝珀的光谱学等...     

The single-crystal,polarized-light,FTIR spectrum of stoppaniite,the Fe analogue of beryl

We report here a single-crystal polarized-light study of stoppaniite, ideally (Fe,Al,Mg)₄(Be₆Si₁₂O₃₆)(H₂O)₂(Na,□), from Capranica (Viterbo). Polarized-light FTIR spectra were collected on an oriented (hk0) section, doubly polished to 15 μm. The spectrum shows two main bands at 3,660 and 3,595 cm⁻¹; the former is strongly polarized for E ⊥c, while the latter is polarized for E //c. A sharp and very intense band at 1,620 cm⁻¹, plus minor features at 4,000 and 3,228 cm⁻¹ are also polarized for E //c. On the basis of literature data and considering the pleochroic behavior of the absorptions, the 3,660 cm⁻¹ band is assigned to the ν₃ stretching mode and the 1,620 cm⁻¹ (associated with an overtone 2*ν₂ at 3,230 cm⁻¹) band to the ν₂ bending mode of “type II” water molecules within the structural channels of the studied beryl. The sharp band at 3,595 cm⁻¹ is not associated with a corresponding ν₂ bending mode; thus it is assigned to the stretching vibration of O–H groups in the sample. The minor 4,000 cm⁻¹ feature can be assigned to the combination of the O–H bond parallel to c with a low-frequency metal-oxygen mode such as the Na–O stretching mode. The present results suggest that the interpretation of the FTIR spectrum of Na-rich beryl needs to be carefully reconsidered.     

Hydroxyl in mantle olivine xenocrysts from the Udachnaya kimberlite pipe

The incorporation of hydrogen in mantle olivine xenocrysts from the Udachnaya kimberlite pipe was investigated by Fourier-transform infrared spectroscopy and secondary ion mass spectrometry (SIMS). IR spectra were collected in the OH stretching region on oriented single crystals using a conventional IR source at ambient conditions and in situ at temperatures down to −180°C as well as with IR synchrotron radiation. The IR spectra of the samples are complex containing more than 20 strongly polarized OH bands in the range 3,730–3,330 cm⁻¹. Bands at high energies (3,730–3,670 cm⁻¹) were assigned to inclusions of serpentine, talc and the 10 Å phase. All other bands are believed to be intrinsic to olivine. The corresponding point defects are (a) associated with vacant Si sites (3,607 cm⁻¹ E || a, 3,597 E || a, 3,571 cm⁻¹ E || c, 3,567 E || c, and 3,556 E || b), and (b) with vacant M1 sites (most of the bands polarized parallel to a). From the pleochroic behavior and position of the OH bands associated with the vacant M1 sites, we propose two types of hydrogen—one bonded to O1 and another to O2, so that both OH vectors are strongly aligned parallel to a. The O2–H groups may be responsible for the OH bands at higher wavenumbers than those for the O1–H groups. The multiplicity of the corresponding OH bands in the spectra can be explained by different chemical environments and by slightly different distortions of the M1 sites in these high-pressure olivines. Four samples were investigated by SIMS. The calculated integral molar absorption coefficient using the IR and SIMS results of 37,500±5,000 L mol H₂O cm⁻² is within the uncertainties slightly higher than the value determined by Bell et al. (J Geophys Res 108(B2):2105–2113, 2003) (28,450±1,830 L mol H₂O cm⁻²). The reason for the difference is the different distributions of the absorption intensity of the spectra of both studies (mean wavenumber 3,548 vs. 3,570 cm⁻¹). Olivine samples with a mean wavenumber of about 3,548 cm⁻¹ should be quantified with the absorption coefficient as determined in this study; those containing more bands at higher wavenumber (mean wavenumber 3,570 cm⁻¹) should be quantified using the value determined by Bell et al. (J Geophys Res 108(B2):2105–2113, 2003).

Mechanisms of OH defect incorporation in naturally occurring,hydrothermally formed diopside and jadeite

The IR spectrum of an alpine, hydrothermally formed diopside containing 17 wt ppm H₂O consists of three main OH absorption bands centred at 3647, 3464 and 3359 cm⁻¹. Jadeite from a Californian vein occurrence is characterised by bands at 3616 and 3557 cm⁻¹ and contains about 197 wt ppm H₂O. Based on the pleochroic scheme of the OH absorption bands in diopside, OH defect incorporation models are derived on the basis of fully occupied cation sites and under the assumption of M1 and M2 site vacancies; OH defects replacing O2 oxygen atoms are most common. The less pronounced OH pleochroism and the broad band absorption pattern of jadeite indicate a high degree of OH defect disordering. The pleochroic scheme of the main absorption bands at 3616 and 3557 cm⁻¹ implies partial replacement of O2 oxygen atoms by OH dipoles pointing to vacant Si sites. Under the assumption of M1 and M2 site vacancies, O1–H and O2–H defects are also derivable. OH incorporation modes assuming Si-vacancies should be considered for jadeite-rich clinopyroxenes formed in deep crust and upper mantle regions.     

Electronic absorption spectra of Cr3+ ions in natural clinopyroxenes

The polarized (E‖a′, E‖b and E‖c) electronic absorption spectra of five natural chromium-containing clinopyroxenes with compositions close to chromdiopside, omphacite, ureyite-jadeite (12.8% Cr₂O₃), jadeite, and spodumene (hiddenite) were studied. The polarization dependence of the intensities of the Cr³⁺ bands in the clinopyroxene spectra cannot be explained by the selection rules for the point groups C ₂ or C _2v but can be accounted for satisfactorily with the help of the higher order pseudosymmetry model, i.e. with selection rules for the point symmetry group C _3v. The trigonal axis of the pseudosymmetry crystal field forms an angle of 20.5° with the crystallographic direction c in the (010) plane. D _q increases from diopside (1542 cm^?1) through omphacite (1552 cm^?1), jadeite (1574 cm^?1) to spodumene (1592 cm^?1). The parameter B which is a measure of covalency for Cr³⁺-O bonds at M1 sites in clinopyroxene depends on the Cr³⁺ concentration and the cations at M2 sites.     

绿色翡翠颜色分布规律研究

采用国际照明委员会CIE LAB色度坐标,定量描述了翡翠的绿色,分析了颜色的分布情况,总结其分布规律,建立起翡翠绿色L^*、a^*、b^*、C^*、h_ab的分布关系。当明度较小时,色调角几乎不变,彩度和明度呈现近似的线性相关;当明度变大时,色调角的变化幅度稍大,彩度值在明度中等偏低时变为最大。这些信息将在很大程度上对翡翠绿色分级的细化起到积极作用,可以用来指导翡翠色卡的制备。