黄色葡萄石的光谱学特征研究

2018-08-25程晓宇戴慧曹素巧于露蒋小平

安徽地质 2018年2期

程晓宇,戴慧,曹素巧,于露，蒋小平

（安徽省地质实验研究所，安徽合肥 230001）

0 引言

葡萄石是一种含水硅酸盐，其化学成分为Ca2Al(AlSi3O10) (OH)2，可含Fe、Mg、Mn、Na、K等元素。葡萄石最早发现于马达加斯加的伟晶岩中，主要产地有法国、瑞士、南非、美国等，我国河北、四川、台湾等地也有产出。1957年，我国杰出的矿物学家彭志忠教授首次测定了葡萄石的晶体结构，并发现了一种新型的硅氧骨干—介于层状和架状之间的硅氧骨干，称之为葡萄石架状层[1]。在珠宝玉石市场，葡萄石常常被当作高档翡翠的替代品。它具有与翡翠类似的玻璃光泽和纤维交织结构，并且价格远低于翡翠，因此备受消费者青睐。

前人对葡萄石的研究主要基于其晶体结构、地质成因等，罗跃平[2]对葡萄石的常规宝石学性质做了基本的测试，即折射率为1.63(点测)，密度约为2.80～2.95g/cm3，硬度为6～6.5，在紫外荧光下显示为惰性。最近市面上出现了一种黄色葡萄石，颜色鲜艳，杂质较少，具有较高的观赏价值。本文对这种黄色葡萄石进行了较为详细的光谱学特征研究，旨在为黄色葡萄石的鉴定提供较为准确的光谱学信息。

1 样品与实验

实验样品为一典型的金黄色葡萄石，半透明（见图1）。在正交偏光宝石显微镜下观察并拍摄样品的显微结构，继而进行红外吸收光谱，拉曼吸收光谱和紫外可见吸收光谱测试。

红外吸收光谱测试采用BRUKER TENSORⅡ型傅里叶变换红外光谱仪，测试条件：反射法，室温25℃，湿度55%RH，扫描次数64次，分辨率4cm-1，测试范围为400～4000cm-1。

图1 葡萄石样品照片Fig. 1 Photo for prehnite sample

拉曼光谱测试采用Renishaw in Via型显微共聚焦拉曼光谱仪，测试条件：室温25℃，湿度55%RH，激光波长532nm，光谱分辨率1cm-1，测试范围100～3000cm-1。

紫外可见吸收光谱测试采用广州标旗GEM-3000型紫外可见分光光度计，测试条件：室温25℃，湿度55%RH，分辨率1nm，扫描时间140ms，测试范围为300～900nm.

2 实验结果与讨论

2.1 显微结构

在正交偏光显微镜下，样品具明显的纤维结构或放射状纤维结构，结构不均匀，如图2所示（图2a、图2b）。葡萄石的显微结构可能与其结构中介于层状和架状之间的硅氧骨干有关。交织状结构。

图2 葡萄石样品的显微照片Fig. 2. Photomicrograph of the prehnite sample

2.2 红外吸收光谱分析

目前，红外吸收光谱测试已成为宝石学研究与检测中必不可少的分析手段[3～4]。本次研究中，利用漫反射装置采集样品的红外吸收光谱。此法无需特殊制样[5]，对样品没有损伤。从样品的红外吸收光谱中可以看出，葡萄石的主要特征吸收峰位于3495cm-1，1087cm-1，1026cm-1，990cm-1，939cm-1，820cm-1，766cm-1，743cm-1，541cm-1，490cm-1，422cm-1附近。其中3495cm-1附近的吸收与葡萄石中的OH-振动有关（如图3），1087cm-1、1026cm-1、990cm-1、939cm-1附近的吸收主要与O①O是指Si-O八面体。-T②T是指Si-O四面体。-O①O是指Si-O八面体。的伸缩振动相关。820cm-1、766cm-1、743cm-1、541cm-1、490cm-1、422cm-1附近的吸收主要与O①O是指Si-O八面体。-T②T是指Si-O四面体。-O①O是指Si-O八面体。的弯曲振动相关[6]（如图4）。这些特征峰位反应了葡萄石含有硅氧四面体和硅氧八面体两种架构。

图3 葡萄石官能团区红外吸收光谱图（经K-K转换）Fig.3 Infrared absorption spectrum of prehnite functional zone (via K-K conversion)

2.3 拉曼光谱分析

图4 葡萄石指纹区红外吸收光谱图Fig. 4 Infrared absorption spectrum of prehnite fingerprint area

拉曼散射光谱测试技术越来越受到宝石学界的关注[7]，拉曼散射光谱测试具有无损，可快速鉴别宝石种属的特点[8]。本文运用英国雷尼绍公司Renishaw in Via型显微共聚焦拉曼光谱仪对样品进行测试。从拉曼吸收光谱（图5）中可以看出，葡萄石的特征拉曼位移主要位于1082 cm-1、993 cm-1、955 cm-1、932 cm-1、784 cm-1、692 cm-1、634 cm-1、598 cm-1、543 cm-1、522 cm-1、390 cm-1、320 cm-1、287 cm-1、242 cm-1和220cm-1附近。其中1082 cm-1、993 cm-1、955cm-1与O①O是指Si-O八面体。-T②T是指Si-O四面体。-O①O是指Si-O八面体。的伸缩振动有关。784cm-1、692cm-1、634cm-1、598cm-1、543 cm-1、522cm-1与O①O是指Si-O八面体。-T②T是指Si-O四面体。-O①O是指Si-O八面体。的弯曲振动有关。390cm-1、320cm-1与OH-的振动有关。287cm-1、242cm-1、220cm-1与M③M是指金属阳离子Fe3+(Al3+)。-O①O是指Si-O八面体。的晶格振动有关[9]。

2.4 紫外可见吸收光谱分析

紫外可见分光光度计对于宝石颜色机理的研究发挥着重要的作用[10～11]。如图6所示，样品显示以430nm为中心的宽大吸收带和580nm附近的弱吸收带。葡萄石在蓝绿区的吸收，使其呈现出与蓝绿色互补的黄色调[12]。葡萄石主要由微量元素Fe和Cr致色[13]，而Fe2+和Cr3+主要产生绿色调，Fe3+产生黄色调，因此推断葡萄石的黄色可能是由Fe3+部分替代Al3+所致。

图5 葡萄石的拉曼光谱图Fig. 5 Raman spectrum of prehnite

3 结论

（1）红外吸收光谱显示葡萄石的主要特征峰位于3495cm-1，1087cm-1，1026cm-1，990cm-1，939cm-1，820cm-1，766cm-1，743cm-1，541cm-1，490cm-1，422cm-1；拉曼光谱显示葡萄石具有1082cm-1，993cm-1，955cm-1，932cm-1，784cm-1，692cm-1，634cm-1，598cm-1，543cm-1，522cm-1，390cm-1，320cm-1，287cm-1，242cm-1和220cm-1特征峰。