基于便攜式地物光譜儀的常見寶玉石材質(zhì)反射率-萊森光學

引言

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，對美的追求也隨之提高?寶玉石以其具有獨特的美學價值越來越受到人們的青睞?寶玉石文物不僅僅有著濃厚的藝術(shù)色彩，更有著無法估量的歷史價值?一些出土的文物中，會出現(xiàn)難于準確區(qū)分類別的寶玉石材質(zhì)，快速準確的進行類型識別顯得尤為重要?便攜式地物光譜儀由于其體積小，便于在野外工作，并且測量速度快，操作簡單，因此提高了測量數(shù)據(jù)的速率，保證了測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量?除此之外，利用該光譜儀所需能量低，分析時間只需要幾秒鐘，無需任何化學試劑，不會對人體造成傷害?高光譜波段能準確揭示寶玉石中基團分子振動的倍頻與合頻吸收信息，分析出關(guān)于化學鍵結(jié)合的振動特性等復(fù)雜結(jié)構(gòu)信息，對于寶玉石分析有非常大的潛力?

鏈狀硅酸鹽

鏈狀硅酸鹽主要以單鏈和雙鏈為主，通常含有Fe3+，Mn3+，Cr3+，Ti3+等過渡金屬陽離子，雙鏈礦物還常見某些陰離子，如OH-?雙鏈礦物只有角閃石族含有水，其余均無水?

透閃石分析光譜如圖2所示，能看到948nm處有一小而尖銳吸收應(yīng)為的吸收峰?1274nm有兩個連續(xù)吸收峰，為Mg的吸收峰?1400nm處有顯著的-OH吸收峰，1909nm處有吸附水特征峰?2105nm處極小吸收峰為Si-O一級倍頻?2294nm附近有小吸收帶，為Fe-OH的吸收帶?由此，透閃石有獨特的吸附水特征峰，且有-OH基團的吸收峰，含金屬離子的吸收峰，分辨容易?

透閃石反射率光譜特征

ａ．原始反射率光譜；ｂ．包絡(luò)線去除光譜

環(huán)狀硅酸鹽

環(huán)狀硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)中包含由3個，4個或者6個[SiO4]4-硅氧四面體所組成的封閉的環(huán)(分別叫三方?四方和六方環(huán))，陰離子間主要以陽離子，比如Al3+，礦物中的空隙連成通道，可以容納各種離子?我們這里主要以堇青石和碧璽為例?

堇青石：主要成分為(Mg，F(xiàn)e)2Al3[AiSi5O18]，其六方環(huán)中的一個[SiO4]四面體被AlO4代替，結(jié)構(gòu)孔道中常含H2O?如圖3堇青石光譜所示：三組堇青石光譜大致相同，893~1062nm有離子吸收帶?

堇青石反射率光譜特征

ａ．原始反射率光譜；ｂ．包絡(luò)線去除光譜；１．堇青石樣品一；２．堇青石樣品二；３．堇青石樣品三

1410nm處有O-H鍵的一級倍頻吸收峰?1898nm處有特殊的吸附水特征峰?2012nm，2089nm有兩個Si-O吸收峰(2089nm也可能是Fe-OH前移)?碧璽的化學分子式為：Na(Mg，F(xiàn)e，Mn，Li，Al)3Al6[Si6O18][BO3]3(OH，H)4?從化學式就能看出碧璽含有多種金屬離子，這些金屬離子的種類與含量決定了碧璽的顏色?由于碧璽陽離子的多變，其顏色是各類寶石中最為豐富的?

我們測定了兩種不同顏色的碧璽(圖4)以及一個含有不同碧璽的珠寶飾品(圖5)?不同碧璽在400~1100nm波段均有差異，切合碧璽化學式中陽離子的多樣性?另外，光譜中全部具有-OH與吸附水吸收峰?樣品碧璽組在2212nm與2242nm出現(xiàn)肩峰，為Al-OH吸收峰?碧璽樣品0.563g在730nm處有Fe和Mn組合頻，2298nm也有Fe-OH吸收峰?碧璽樣品0.49g沒有Fe特征峰，2361nm處為Mg-OH吸收峰?首飾碧璽組在2049nm處均有Si-O一級倍頻，在2175nm與2198nm出現(xiàn)肩峰為Al-OH?2249nm處有吸收峰，為Si-OH的特征峰?2305nm處有吸收峰，是Fe-OH的吸收峰?

碧璽反射率光譜特征

ａ．原始反射率光譜；ｂ．包絡(luò)線去除光譜

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