摘要:随着现代工业对加工宝石玉器技术的日趋成熟,很多人工宝石也随风崛起,如何辩解宝石的真伪,需用到的便是
红外光谱仪,嫩够给出基本正确的答案。红外光谱仪还在不断的发展中,有望在以后得到更的测试结果。
1、红外光谱基本理论
当一束红外光照射在矿物上时,矿物就要吸收一部分能量,同时将吸收的能量转变为分子振动能和分子转动能。
分子振动光谱:分子振动能级比分子转动能级大,当分子振动能级跃迁时伴随有分子转动能级跃迁。
分子转动光谱:出现在远红外区,它能给出分子的转动惯量、核间距离、分子的对称性。
在近红外、中红外区光子激发分子振动能级的同时,也激发分子转动能级,但不能激发电子能级跃迁。
当一束红外光照射在矿物上时,一种可能为矿物内部分子运动全部吸收,不再从矿物内部射出,另一种可能为红外光束强度大,部分能量被分子能级跃迁吸收,还有部分能量透过矿物。
有关的名词解释:
波长―二个相邻波峰(波谷)之间距离,波长单位:微米(μ)。
波数―单位长度波振动次数(波长倒数cm-1),波数单位:厘米-1(cm-1)。
频率―每秒钟内振动次数(单位时间通过固定点波数)。
透射比―入射矿物光强度(I0),透过矿物光强度(I),I/I0。
透过率―I/I0×100。
红外吸收光谱图―不同频率的辐射于矿物上,导致不同透射比,以纵座标为透过率,横座标为频率,形成矿物变化曲线,则称该矿物红外吸收光谱图。
近红外―波长范围:0.78―2.5μ,波数:12820―4000cm-1。
中红外―波长范围:2.5―50μ,波数:4000―200cm-1。
远红外―波长范围:50―1000μ,波数:200―10cm-1。
单位变换:(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=108Å
1μm=10-7cm
2、矿物红外光谱特征
矿物红外光谱反映矿物化学成分、结构特征,矿物大多数属离子化合物,具各种阴离子团(硅酸盐、碳酸盐、硼酸盐、磷酸盐、硫酸盐、钨酸盐、钼酸盐、砷酸盐、钒酸盐、铬酸盐),振动强大、稳定。
矿物红外光谱能较快测出各种阴离子团,以阴离子团再研究相关的阳离子成分及矿物成分结构。
具同一阴离子团矿物类,吸收频率、强度是一致的,因此利用矿物阴离子团及特征吸收频率,通过相应的研究能迅速测定矿物。
3、红外光谱在宝玉石检测中的应用
宝玉石检测基本上是采用无损伤方式,随着宝玉石工艺的不断革新发展,人工优化改善充填技术日益提高。
在宝玉石检测中任何检测手段的应用,在某些方面都存在局限性,红外光谱也不例外。
红外光谱正常的矿物检测样品制备,先将矿物研磨成粉末状,再渗入白色粉末状*共同研磨,在压片机上压制成测试圆形薄片,然而宝玉石饰品不可能研磨制备,因而饰品需有一个以上或更多的抛光平面进行测试,也可能需要将饰品重新处理再进行测试,这就是红外光谱测试的局限性。
红外光谱运用于宝玉石检测,用其所长,能较快准确测定宝玉石中(OH)n、H2O、H3O、OH-及高分子材料(硅基聚合物、环氧树脂、塑料)确定宝玉石名称及优化处理内涵。
合成宝玉石虽与天然宝玉石在物理化学性质基本相同,但从某些微细方面也存在差异,这在红外光谱上有不同反应。
天然祖母绿与助熔剂合成祖母绿区别在于天然祖母绿在3400―3800cm-1有一强吸收峰,助熔剂合成祖母绿无3400―3800cm-1强吸收峰,这与天然祖母绿中含有一定结晶水(H2O)有关。
水热法合成祖母绿具2745、2830、2995、3490cm-1吸收峰,而在天然祖母绿中2745、2830、2995、3490cm-1吸收峰是不存在的。(资料来源:http://)
红外光谱对聚合物充填类饰品具一定的优势,如天然翡翠经酸蚀后聚合物充填处理,在红外光谱图上反映出2827、2928、2942、2969cm-1吸收峰存在,系高分子材料充填所致,天然翡翠无2827、2928、2942、2969cm-1吸收峰。
天然绿松石中无2950cm-1吸收峰,注塑绿松石中具2950cm-1吸收峰。
天然欧泊中无5725、5810、5780、5810、5890、5925cm-1吸收峰,聚合物充填欧泊中具5725、5810、5780、5810、5890、5925cm-1吸收峰。
天然紫晶中无3540cm-1吸收峰,合成紫晶中具3540cm-1吸收峰。
矿物实例还很多不一一赘述,在宝玉石中的应用还在不断的开发,作为一种矿物的测试手段还在不断完善,红外光谱的应用将日趋发展,并有助于解决宝玉石检测中的难点、疑点。