拉曼光谱在红宝石检测中的应用课件.pptx

1、一.前言 l 刚玉的主要成分为-Al2O3，具有高强度和高硬度、耐高温、耐腐蚀和磨损等性能，并在诸多领域中得到广泛应用。l 红宝石属刚玉宝石的一种，为Cr离子取代Al离子的晶格位置而呈红色。天然红宝石属高档宝石，优质者具有极高经济和收藏价值；l 越来越多的合成红宝石以及外观与红宝石相似的宝石进入市场，混淆红宝石市场。拉曼技术是基于光的非弹性散射，通过作用提供分子振 动的相关信息。对测试样品的组成成分和晶体结构进行 表征 不同的矿物或宝石具有不同的拉曼光谱特征 拉曼光谱还可以对测试样品进行定量分析，为一种准确、快速、无损的测试手段。对大量天然、处理、合成红宝石，以及相似宝石的拉曼 光谱测试和分析

2、，对红宝石的研究和鉴定提供依据二.研究方法 样品：R1（天然，桃红色，完整晶形，云南）R2（天然，玫瑰红，云南）R3（处理，玫瑰红，内部有肉眼可见裂纹，泰 国)R4（合成，红色，刻面）其他红色宝石铁铝榴石和尖晶石 仪器：Renishaw Invia Reflex 显微共焦拉曼光谱仪 条件：室温及暗室条件下进行。激发光源785nm，输出功率150300mW，积分时间10s，光栅 1200，光学分辨率1cm1，物镜50倍，聚焦光斑直径为1-2um，并采用单晶硅进行校准，光谱测试范围4000-100cm-1。定量分析采用XRF-1800型x-射线荧光光谱仪(XRF)，测试条件为高压40kV，电流95

3、mA，扫描速度8min，并采用Rh靶，元素分析范围8-92U。三.结果与讨论天然红宝石天然红宝石uR1的拉曼光谱中同样具有7个拉曼位移，分别在378，417，430，447，576，645和750cm-1附近。u其中可见，拉曼位移378，417，430和447cm-1与AlO6基团的弯曲振动有关，其中417cm-1为对称弯曲振动(O-A1-Obend)引起并显示最强的光谱特征。拉曼位移576，645和750cm-1与AlO6基团的伸缩振动有关，其中645cm-1由对称伸缩振动(A1-Ostz)引起。u这些是红宝石的特征拉曼位移，对其鉴定具有重要的意义。另外，当入射光E平行于晶轴c时，拉曼位移6

4、45cm-1显示其最 强的光谱特征(见图1曲线a)，而当入射光E垂直于晶轴C时，645cm-1消失，并产生两个新的拉曼位移576749cml(见 图lb)。拉曼位移576，645和749cm-1随入射光方向的变化，强度发生明显变化的现象是红宝石具各向异性的.图2曲线a给出了入射光聚焦于红宝石R2内部晶质包裹体的拉曼光谱(3501200cm-1)。图2曲线b为方解石晶体的拉曼光谱。很明显，红宝石R2和方解石在710和1085cm-1的拉曼位移非常吻合，可确定红宝石R2内部的晶质包裹体为方解石，且710和1085cm-1分别CO32-基团的弯曲和伸缩振动引起。因此，可以判定该红宝石为天然的，未经热

5、处理充填处理红宝石图3曲线a为红宝石R3在800-2000cm-1波段内的拉曼光谱，其中存在一强且半高宽达500cm-1的拉曼位移，峰值位于1353cm-1附近，该特征的拉曼可能会在一些玻璃体中发现，如用于仿冒红宝石的红色含铅玻璃(它的拉曼位移见图3曲线b，拉曼位移的峰值在1356cm-l附近，与红宝石1353cm-l的特征非常吻合)，用于仿冒软玉的晶化玻璃，用于仿冒钻石的玻璃等，因此，红宝石R3可能充填了含铅玻璃为了进一步证实红宝石R3充填了含铅玻璃，对其进行定量分析(XRF)，分析结果见表2。值得注意的是，在R3中存在着大量的PbO和SiO。成分，两者都远高于天然红宝石中的正常范围。因此，

6、可以确定红宝石R3经铅玻璃的充填。图4为红宝石R3在2300-3500cm-1波段内的拉曼光谱，可观察到两个弱而尖锐的拉曼位移2331，2874cm-1，以及一个宽的拉曼位移，峰值在3285cm-1附近。类似的拉曼位移在刚玉族宝石中发现还尚属首次，在一些充填处理的翡翠、祖母绿中可以发现。拉曼位3285cm-1应与羟基的伸缩振动有关，2874cm-1应与C-H的伸缩振动有关，而2331cm-1可能与c三C基团的伸缩振动有关。很明显，红宝石R3经有机胶的充填，以掩盖裂隙，提高其透明度。合成红宝石在图5中给出了合成红宝石R4在100-4000cm-l波段内的拉曼光谱，特别地，在谱图中存在着一强且对称

7、的荧光背景。类似的荧光背景在天然红宝石中未曾见过，而在一些合成红宝石，并利用激发光源785nm所测得的拉曼光谱中会产生。在红宝石的合成过程中，为了降低合成的温度，而在合成原料中添加了一些含有稀土元素的助熔剂，如钼(Mo)，铋(Bi)和钨(W)的氧化物。这种类型的荧光背景，为鉴别合成红宝石提供了一个参考依据，但还需结合红宝石的内部特征(是否含有弯曲生长纹、未融颗粒等)，才能对做出判别。相似宝石图6给出了一些红色宝石的拉曼光谱，它们分别为尖晶石(见图6曲线a)和石榴石(铁铝榴石，见图6曲线b)，显然，尖晶石和铁铝榴石的拉曼光谱与红宝石之前存在显著差别，很容易鉴别。但采用常规检测手段，很难将它们与红

8、宝石相鉴别。四.结 论刚玉族宝石的特征拉曼位移在378，417，430，447，576，645和750cm-l附近，其中417cm-1显示最强的光谱特征。一些矿物包体可根据其特征拉曼位移而被检测出，如方解石在1085cm-1附近。铅玻璃充填的红宝石，在1353cm-1附近具有一强且宽的拉曼峰，通过XRF的定量分析可测得高含量的铅。红宝石中被充填了有机胶，拉曼位移在233l，2874和3285cm-1附近。一些合成红宝石的拉曼光谱中可能存在一强且对称的荧光背景，这可能与合成过程中添加了含有过渡族或稀土离子的助熔剂有关。相似的红色宝石具有与红宝石明显不同的拉曼光谱特征，较易鉴别。以上为我们PPT的全部内容，感谢观赏！