拉曼光譜在紅寶石檢測中的應(yīng)用ppt課件

1、拉曼光譜在紅寶石檢測中的應(yīng)用拉曼光譜在紅寶石檢測中的應(yīng)用報告人：尹若磊 曾維靖 鄒昆迪 吳亮亮一一.前言前言 剛玉的主要成分為-Al2O3，具有高強度和高硬度、耐高溫、耐腐蝕和磨損等性能，并在諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。紅寶石屬剛玉寶石的一種，為Cr離子取代Al離子的晶格位置而呈紅色。天然紅寶石屬高檔寶石，優(yōu)質(zhì)者具有極高經(jīng)濟和收藏價值；越來越多的合成紅寶石以及外觀與紅寶石相似的寶石進入市場，混淆紅寶石市場。拉曼技術(shù)是基于光的非彈性散射，通過作用提供分子振 動的相關(guān)信息。對測試樣品的組成成分和晶體結(jié)構(gòu)進行 表征不同的礦物或?qū)毷哂胁煌睦庾V特征拉曼光譜還可以對測試樣品進行定量分析，為一種準確、快

2、速、無損的測試手段。對大量天然、處置、合成紅寶石，以及相似寶石的拉曼 光譜測試和分析，對紅寶石的研究和鑒定提供依據(jù)二二.研究方法研究方法樣品：R1天然，桃紅色，完整晶形，云南） R2天然，玫瑰紅，云南） R3處置，玫瑰紅，內(nèi)部有肉眼可見裂紋，泰 國) R4合成，紅色，刻面） 其他紅色寶石鐵鋁榴石和尖晶石儀器：Renishaw Invia Reflex 顯微共焦拉曼光譜儀條件：室溫及暗室條件下進行。激發(fā)光源785nm，輸出功率150300mW，積分時間10s，光柵 1200，光學(xué)分辨率1cm1，物鏡50倍，聚焦光斑直徑為1-2um，并采用單晶硅進行校準，光譜測試范圍4000-100cm-1。定量

3、分析采用XRF-1800型x-射線熒光光譜儀(XRF)，測試條件為高壓40kV，電流95mA，掃描速度8min，并采用Rh靶，元素分析范圍8-92U。三三.結(jié)果與討論結(jié)果與討論天然紅寶石天然紅寶石R1的拉曼光譜中同樣具有的拉曼光譜中同樣具有7個拉曼位移，個拉曼位移，分別在分別在378，417，430，447，576，645和和750cm-1附近。附近。其中可見，拉曼位移其中可見，拉曼位移378，417，430和和447cm-1與與AlO6基團的彎曲振動有關(guān)，基團的彎曲振動有關(guān)，其中其中417cm-1為對稱彎曲振動為對稱彎曲振動(O-A1-Obend)引起并顯示最強的光譜特征。引起并顯示最強的光

4、譜特征。拉曼位移拉曼位移576，645和和750cm-1與與AlO6基團的伸縮振動有關(guān)，其中基團的伸縮振動有關(guān)，其中645cm-1由由對稱伸縮振動對稱伸縮振動(A1-Ostz)引起。引起。這些是紅寶石的特征拉曼位移，對其鑒這些是紅寶石的特征拉曼位移，對其鑒定具有重要的意義。定具有重要的意義。另外，當(dāng)入射光另外，當(dāng)入射光E平行于晶軸平行于晶軸c時，拉曼位移時，拉曼位移645cm-1顯示其最顯示其最 強的光譜特征強的光譜特征(見圖見圖1曲線曲線a)，而當(dāng)入射光，而當(dāng)入射光E垂直于晶軸垂直于晶軸C時，時，645cm-1消失，并產(chǎn)生兩個新的拉曼位移消失，并產(chǎn)生兩個新的拉曼位移576749cml(見見

5、圖圖lb)。拉曼位移。拉曼位移576，645和和749cm-1隨入射光方向的變化，強度發(fā)生明顯變化的現(xiàn)隨入射光方向的變化，強度發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象是紅寶石具各向異性的象是紅寶石具各向異性的.圖圖2曲線曲線a給出了入射光聚焦于紅寶石給出了入射光聚焦于紅寶石R2內(nèi)部晶質(zhì)包裹體的拉曼光譜內(nèi)部晶質(zhì)包裹體的拉曼光譜(3501200cm-1)。圖。圖2曲線曲線b為方解石晶體的拉曼光譜。很明顯，紅為方解石晶體的拉曼光譜。很明顯，紅寶石寶石R2和方解石在和方解石在710和和1085cm-1的拉曼位移非常吻合，可確定紅的拉曼位移非常吻合，可確定紅寶石寶石R2內(nèi)部的晶質(zhì)包裹體為方解石，且內(nèi)部的晶質(zhì)包裹體為方解石，且

6、710和和1085cm-1分別分別CO32-基團的彎曲和伸縮振動引起。因而，可以判定該紅寶石為天然的，未基團的彎曲和伸縮振動引起。因而，可以判定該紅寶石為天然的，未經(jīng)熱處理經(jīng)熱處理充填處理紅寶石充填處理紅寶石圖圖3曲線曲線a為紅寶石為紅寶石R3在在800-2000cm-1波波段內(nèi)的拉曼光譜，其中存在一強且半高寬段內(nèi)的拉曼光譜，其中存在一強且半高寬達達500cm-1的拉曼位移，峰值位于的拉曼位移，峰值位于1353cm-1附近，該特征的拉曼可能會在一附近，該特征的拉曼可能會在一些玻璃體中發(fā)現(xiàn)，如用于仿冒紅寶石的紅些玻璃體中發(fā)現(xiàn)，如用于仿冒紅寶石的紅色含鉛玻璃色含鉛玻璃(它的拉曼位移見圖它的拉曼位移

7、見圖3曲線曲線b，拉，拉曼位移的峰值在曼位移的峰值在1356cm-l附近，與紅寶石附近，與紅寶石1353cm-l的特征非常吻合的特征非常吻合)，用于仿冒軟玉，用于仿冒軟玉的晶化玻璃，用于仿冒鉆石的玻璃等，因的晶化玻璃，用于仿冒鉆石的玻璃等，因而，紅寶石而，紅寶石R3可能充填了含鉛玻璃可能充填了含鉛玻璃為了進一步證實紅寶石為了進一步證實紅寶石R3充填了含鉛玻璃，對其進行定充填了含鉛玻璃，對其進行定量分析量分析(XRF)，分析結(jié)果見表，分析結(jié)果見表2。值得注意的是，在。值得注意的是，在R3中中存在著大量的存在著大量的PbO和和SiO。成分，兩者都遠高于天然紅寶。成分，兩者都遠高于天然紅寶石中的正常

8、范圍。因而，可以確定紅寶石石中的正常范圍。因而，可以確定紅寶石R3經(jīng)鉛玻璃的經(jīng)鉛玻璃的充填。充填。圖圖4為紅寶石為紅寶石R3在在2300-3500cm-1波段內(nèi)的拉曼光譜，可觀察到兩個波段內(nèi)的拉曼光譜，可觀察到兩個弱而尖銳的拉曼位移弱而尖銳的拉曼位移2331，2874cm-1，以及一個寬的拉曼位移，峰，以及一個寬的拉曼位移，峰值在值在3285cm-1附近。類似的拉曼位移在剛玉族寶石中發(fā)現(xiàn)還尚屬首附近。類似的拉曼位移在剛玉族寶石中發(fā)現(xiàn)還尚屬首次，在一些充填處理的翡翠、祖母綠中可以發(fā)現(xiàn)。拉曼位次，在一些充填處理的翡翠、祖母綠中可以發(fā)現(xiàn)。拉曼位3285cm-1應(yīng)與羥基的伸縮振動有關(guān)，應(yīng)與羥基的伸縮振

9、動有關(guān)，2874cm-1應(yīng)與應(yīng)與C-H的伸縮振動有關(guān)，而的伸縮振動有關(guān)，而2331cm-1可能與可能與c三三C基團的伸縮振動有關(guān)。很明顯，紅寶石基團的伸縮振動有關(guān)。很明顯，紅寶石R3經(jīng)經(jīng)有機膠的充填，以掩蓋裂隙，提高其透明度。有機膠的充填，以掩蓋裂隙，提高其透明度。合成紅寶石合成紅寶石在圖在圖5中給出了合成紅寶石中給出了合成紅寶石R4在在100-4000cm-l波波段內(nèi)的拉曼光譜，特別地，在譜圖中存在著一強段內(nèi)的拉曼光譜，特別地，在譜圖中存在著一強且對稱的熒光背景。類似的熒光背景在天然紅寶且對稱的熒光背景。類似的熒光背景在天然紅寶石中未曾見過，而在一些合成紅寶石，并利用激石中未曾見過，而在一些

10、合成紅寶石，并利用激發(fā)光源發(fā)光源785nm所測得的拉曼光譜中會產(chǎn)生。在紅所測得的拉曼光譜中會產(chǎn)生。在紅寶石的合成過程中，為了降低合成的溫度，而在寶石的合成過程中，為了降低合成的溫度，而在合成原料中添加了一些含有稀土元素的助熔劑，合成原料中添加了一些含有稀土元素的助熔劑，如鉬如鉬(Mo)，鉍，鉍(Bi)和鎢和鎢(W)的氧化物。這種類型的的氧化物。這種類型的熒光背景，為鑒別合成紅寶石提供了一個參考依熒光背景，為鑒別合成紅寶石提供了一個參考依據(jù)，但還需結(jié)合紅寶石的內(nèi)部特征據(jù)，但還需結(jié)合紅寶石的內(nèi)部特征(是否含有彎曲是否含有彎曲生長紋、未融顆粒等生長紋、未融顆粒等)，才能對做出判別。，才能對做出判別。

11、 相似寶石相似寶石圖圖6給出了一些紅色寶石的拉曼光譜，它們給出了一些紅色寶石的拉曼光譜，它們分別為尖晶石分別為尖晶石(見圖見圖6曲線曲線a)和石榴石和石榴石(鐵鋁鐵鋁榴石，見圖榴石，見圖6曲線曲線b)，顯然，尖晶石和鐵鋁，顯然，尖晶石和鐵鋁榴石的拉曼光譜與紅寶石之前存在顯著差榴石的拉曼光譜與紅寶石之前存在顯著差別，很容易鑒別。但采用常規(guī)檢測手段，別，很容易鑒別。但采用常規(guī)檢測手段，很難將它們與紅寶石相鑒別。很難將它們與紅寶石相鑒別。四四.結(jié)結(jié) 論論剛玉族寶石的特征拉曼位移在378，417，430，447，576，645和750cm-l附近，其中417cm-1顯示最強的光譜特征。一些礦物包體可根據(jù)其特征拉曼位移而被檢測出，如方解石在1085cm-1附近。鉛玻璃充填的紅寶石，在1353cm-1附近具有一強且寬的拉曼峰，通過