激光拉曼檢測(cè)寶玉石(共6頁)

1、激光(jgung)拉曼檢測(cè)寶玉石論文(lnwn)姓 名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 專 業(yè)： 寶石(bosh)及材料工藝學(xué) 前言(qin yn)彩色寶石的顏色是評(píng)價(jià)寶石的基礎(chǔ), 顏色的美與否決定著寶石的檔次、 品級(jí)和價(jià)值。大部分寶石的顏色都是寶石晶體中含有雜質(zhì)或結(jié)構(gòu)缺陷而產(chǎn)生的顏色。顏色是由吸收引起的。光吸收反映了寶石的化學(xué)成分( 呈色元素) 和品體(pn t)結(jié)構(gòu)( 呈色離子所在的配位體及環(huán)境) , 二者的綜合信息。因此, 顏色的真?zhèn)慰捎梦展庾V加以鑒別。寶石在若干特定波長(zhǎng)出現(xiàn)相應(yīng)強(qiáng)度的寬帶和窄帶吸收便構(gòu)成了有鑒定意義的特征吸收譜。紫外 -可見光、 紅外光譜、 拉曼光譜、 X 熒光等大型高科技儀器

2、在寶石鑒定中越來越占據(jù)重要位置。本文著重討論拉曼光譜。拉曼光譜實(shí)驗(yàn)(shyn)目的 1、了解拉曼光譜儀的基本結(jié)構(gòu)和工作原理； 2、掌握拉曼光譜儀的基本操作流程。實(shí)驗(yàn)原理1、拉曼光譜基本理論拉曼光譜（Raman spectra），是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.拉曼（Raman）所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。當(dāng)光穿過透明介質(zhì)被分子散射的光發(fā)生頻率變化，這一現(xiàn)象稱為拉曼散射，同年稍后在蘇聯(lián)和法國(guó)也被觀察到。在透明介質(zhì)的散射光譜中，頻率與入射光頻率0相同的成分稱為瑞利散射；頻率對(duì)稱分布

3、在0兩側(cè)的譜線或譜帶01即為拉曼光譜，其中頻率較小的成分01又稱為斯托克斯線，頻率較大的成分0+1又稱為反斯托克斯線。靠近瑞利散射線兩側(cè)的譜線稱為小拉曼光譜；遠(yuǎn)離瑞利線的兩側(cè)出現(xiàn)的譜線稱為大拉曼光譜。光子(gungz)-內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型(mxng)圖瑞利散射線的強(qiáng)度(qingd)只有入射光強(qiáng)度的10-3，拉曼光譜強(qiáng)度大約只有瑞利線的10-3。小拉曼光譜與分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)，大拉曼光譜與分子振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)。拉曼光譜的理論解釋是，入射光子與分子發(fā)生非彈性散射，分子吸收頻率為0的光子，發(fā)射01的光子，同時(shí)分子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)（斯托克斯線）；分子吸收頻率為0的光子，發(fā)射0+1的光子，同時(shí)分子從高能

4、態(tài)躍遷到低能態(tài)（反斯托克斯線）。分子能級(jí)的躍遷僅涉及轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，發(fā)射的是小拉曼光譜；涉及到振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，發(fā)射的是大拉曼光譜。與分子紅外光譜不同，極性分子和非極性分子都能產(chǎn)生拉曼光譜。激光器的問世，提供了優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度單色光，有力推動(dòng)了拉曼散射的研究及其應(yīng)用。拉曼光譜的應(yīng)用范圍遍及化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于純定性分析、高度定量分析和測(cè)定分子結(jié)構(gòu)都有很大價(jià)值。拉曼光譜 - 含義光照射到物質(zhì)上發(fā)生彈性散射和非彈性散射. 彈性散射的散射光是與激發(fā)光波長(zhǎng)相同的成分,非彈性散射的散射光有比激發(fā)光波長(zhǎng)長(zhǎng)的和短的成分, 統(tǒng)稱為喇曼效應(yīng)。喇曼效應(yīng)起源于分子振動(dòng)（和點(diǎn)陣振動(dòng)）與轉(zhuǎn)動(dòng)，因此從喇曼光譜中可

5、以得到分子振動(dòng)能級(jí)(點(diǎn)陣振動(dòng)能級(jí))與轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)的知識(shí)。用虛的上能級(jí)概念可以說明了喇曼效應(yīng)：設(shè)散射物分子原來處于基電子態(tài)，振動(dòng)能級(jí)如圖所示。當(dāng)受到入射光照射時(shí)，激發(fā)光與此分子的作用引起的極化可以看作為虛的吸收，表述為電子躍遷到虛態(tài)（Virtual state），虛能級(jí)上的電子立即躍遷到下能級(jí)而發(fā)光，即為散射光。設(shè)仍回到初始的電子態(tài)，則有如圖所示的三種情況。因而散射光中既有與入射光頻率相同的譜線，也有與入射光頻率不同的譜線，前者稱為瑞利線，后者稱為喇曼線。在喇曼線中，又把頻率小于入射光頻率的譜線稱為斯托克斯線，而把頻率大于入射光頻率的譜線稱為反斯托克斯線。附加頻率值與振動(dòng)能級(jí)有關(guān)的稱作大拉曼位移

6、，與同一振動(dòng)能級(jí)內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)的稱作小拉曼位移：大拉曼位移：（為振動(dòng)能級(jí)帶頻率）小拉曼位移：（其中B為轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)）簡(jiǎn)單推導(dǎo)小拉曼位移：利用轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù) 2、拉曼光譜特征 Raman光譜是一個(gè)振動(dòng)光譜，是物質(zhì)的一種固有性質(zhì)，可以非常靈敏的判斷物質(zhì)的組成，重現(xiàn)性好，簡(jiǎn)單快速，具有以下特點(diǎn)：測(cè)量范圍廣；測(cè)量時(shí)通常不破壞樣品，樣品制備簡(jiǎn)單甚至不需要制備樣品；所需樣品量少，g級(jí)即可；適合水體系的研究，尤其對(duì)生物樣品和無機(jī)物的研究遠(yuǎn)較紅外吸收光譜方便；拉曼光譜靈敏度高，可用低濃度的樣品；對(duì)非極性鍵信號(hào)強(qiáng)；Raman光譜譜峰清晰尖銳，更適合定量研究。尤其是共振Raman光譜，靈敏度高，檢出限可到10-610-8

7、 mol/L。激光拉曼光譜法的應(yīng)用主要在定性和定量?jī)蓚€(gè)方面(fngmin)。在定性分析方面，Raman位移表征了分子(fnz)中不同基團(tuán)振動(dòng)的特性，因此可以通過測(cè)定拉曼位移對(duì)分子進(jìn)行定性和結(jié)構(gòu)分析。無機(jī)(wj)、有機(jī)、高分子等化合物的定性分析；生物大分子的構(gòu)象變化及相互作用研究；各種材料（包括納米材料、生物材料、金剛石）和膜（包括半導(dǎo)體薄膜、生物膜）的Raman分析；礦物組成分析；寶石、文物、公安樣品的無損鑒定等方面。3、紅外光譜在寶玉石檢測(cè)中的應(yīng)用拉曼光譜的應(yīng)用通過對(duì)拉曼光譜的分析可以知道物質(zhì)的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)情況,從而可以鑒別物質(zhì),分析物質(zhì)的性質(zhì).下面舉幾個(gè)例子：l 天然雞血石和仿造雞血石的拉

8、曼光譜有本質(zhì)的區(qū)別,前者主要是地開石和辰砂的拉曼光譜,后者主要是有機(jī)物的拉曼光譜,利用拉曼光譜可以區(qū)別二者。查閱資料，對(duì)不同物質(zhì)的拉曼光譜進(jìn)行比對(duì)，可以知道，天然雞血石“地”的主要成分為地開石，天然雞血石樣品“血”既有辰砂又有地開石,實(shí)際上是辰砂與地開石的集合體。仿造雞血石“地”的主要成分是聚苯乙烯-丙烯腈，“血”與一種名為PermanentBordo的紅色有機(jī)染料的拉曼光譜仿造雞血石的拉曼光譜基本吻合。三，儀器構(gòu)造本實(shí)驗(yàn)所用的儀器設(shè)備是拉曼光譜儀儀器型號(hào)：GEM RAMGemRamTM 系列寶石專用拉曼光譜儀，輕巧便攜，可以探知位置寶石樣品的類型，并進(jìn)行初步鑒定。配備了B&W TEK公司的高

9、性能拉曼光譜儀和GemID系列光譜庫搜索識(shí)別軟件，并且內(nèi)置了GemExpert機(jī)構(gòu)提供的300多種寶石標(biāo)準(zhǔn)物拉曼光譜庫和圖片，可以方便的識(shí)別樣品的相關(guān)信息。同時(shí)，GemID也提供用戶自建譜庫功能，客戶可根據(jù)自身需要，隨時(shí)隨地更新自建譜庫。GemRamTM 核心部分由785nm穩(wěn)頻半導(dǎo)體激光器和高分辨率TE致冷光譜儀組成，提供卓越的性能和可重復(fù)性。GemRamTM 系統(tǒng)配備有一條完整的光纖光學(xué)探頭，X-Y-Z定位平臺(tái),可以方便而準(zhǔn)確的采集樣品的拉曼信號(hào)。GemRamTM 還配有一臺(tái)預(yù)裝軟件的小型筆記本電腦，方便對(duì)儀器儀器進(jìn)行操控(co kn)。所有的這些設(shè)備均集成在一個(gè)便攜的手提箱中，集成度很高，方便現(xiàn)場(chǎng)使用。特點(diǎn)(tdin)： 光譜(gungp)分辨率3.5cm-1 產(chǎn)品使用 CleanLaze專利窄帶寬激光器，激光功率更穩(wěn)定 TE致冷10 GemID系列光譜庫搜索識(shí)別軟件 內(nèi)置GemExpert機(jī)構(gòu)提供的300多寶石標(biāo)準(zhǔn)物拉曼光譜庫和圖片，可自建庫 配備光纖探頭，X-Y-Z定位平臺(tái)，采樣方便、準(zhǔn)確 樣品制備簡(jiǎn)單或無需樣品制備 可以直接檢測(cè)玻璃、石英、密封袋里的樣品（非接觸式） 透明的或不透明的固體、液體或氣