紅外光譜在珠寶玉石中的應用

　更新時間：2008-10-23　點擊量：6307

1、紅外光譜基本理論

當一束紅外光照射在礦物上時，礦物就要吸收一部分能量，同時將吸收的能量轉變為分子振動能和分子轉動能。

分子振動光譜：分子振動能級比分子轉動能級大，當分子振動能級躍遷時伴隨有分子轉動能級躍遷。

分子轉動光譜：出現在遠紅外區，它能給出分子的轉動慣量、核間距離、分子的對稱性。

在近紅外、中紅外區光子激發分子振動能級的同時，也激發分子轉動能級，但不能激發電子能級躍遷。

當一束紅外光照射在礦物上時，一種可能為礦物內部分子運動全部吸收，不再從礦物內部射出，另一種可能為紅外光束強度大，部分能量被分子能級躍遷吸收，還有部分能量透過礦物。

有關的名詞解釋：

波長―二個相鄰波峰（波谷）之間距離, 波長單位：微米（μ）。

波數―單位長度波振動次數（波長倒數cm^-1），波數單位：厘米^-1（cm^-1）。

頻率―每秒鐘內振動次數（單位時間通過固定點波數）。

透射比―入射礦物光強度（I₀），透過礦物光強度（I），I / I₀。

透過率―I / I₀×100。

紅外吸收光譜圖―不同頻率的輻射于礦物上，導致不同透射比，以縱座標為透過率，橫座標為頻率，形成礦物變化曲線，則稱該礦物紅外吸收光譜圖。

近紅外―波長范圍：0.78―2.5μ，波數：12820―4000cm^-1。

中紅外―波長范圍：2.5―50μ，波數：4000―200cm^-1。

遠紅外―波長范圍：50―1000μ，波數：200―10cm^-1。

單位變換：（μ微米、μm毫微米、Å埃、cm厘米）

1μ=1000nm=10000Å=10^-4cm

1Å=10^-1nm=10^-4μ=10^-8cm

1cm=10⁴μ=10⁷nm=10⁸ Å

1μm=10^-7cm

2、礦物紅外光譜特征

礦物紅外光譜反映礦物化學成分、結構特征，礦物大多數屬離子化合物，具各種陰離子團（硅酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽、砷酸鹽、釩酸鹽、鉻酸鹽），振動強大、穩定。

礦物紅外光譜能較快測出各種陰離子團，以陰離子團再研究相關的陽離子成分及礦物成分結構。

具同一陰離子團礦物類，吸收頻率、強度是一致的，因此利用礦物陰離子團及特征吸收頻率，通過相應的研究能迅速測定礦物。

礦物陰離子團及特征吸收頻率（cm^-1）

某些礦物特征吸收頻率（cm^-1）

3、紅外光譜在寶玉石檢測中的應用

寶玉石檢測基本上是采用無損傷方式，隨著寶玉石工藝的不斷革新發展，人工優化改善充填技術日益提高。

在寶玉石檢測中任何檢測手段的應用，在某些方面都存在局限性，紅外光譜也不例外。

紅外光譜正常的礦物檢測樣品制備，先將礦物研磨成粉末狀，再滲入白色粉末狀溴化鉀共同研磨，在壓片機上壓制成測試圓形薄片，然而寶玉石飾品不可能研磨制備，因而飾品需有一個以上或更多的拋光平面進行測試，也可能需要將飾品重新處理再進行測試，這就是紅外光譜測試的局限性。

紅外光譜運用于寶玉石檢測，用其所長，能較快準確測定寶玉石中(OH)n、H₂O、H₃O、OH^-及高分子材料（硅基聚合物、環氧樹脂、塑料）確定寶玉石名稱及優化處理內涵。

合成寶玉石雖與天然寶玉石在物理化學性質基本相同，但從某些微細方面也存在差異，這在紅外光譜上有不同反應。

天然祖母綠與助熔劑合成祖母綠區別在于天然祖母綠在3400―3800cm^-1有一強吸收峰，助熔劑合成祖母綠無3400―3800cm^-1強吸收峰，這與天然祖母綠中含有一定結晶水（H₂O）有關。

水熱法合成祖母綠具2745、2830、2995、3490cm^-1吸收峰，而在天然祖母綠中2745、2830、2995、3490cm^-1吸收峰是不存在的。

紅外光譜對聚合物充填類飾品具一定的優勢，如天然翡翠經酸蝕后聚合物充填處理，在紅外光譜圖上反映出2827、2928、2942、2969cm^-1吸收峰存在，系高分子材料充填所致，天然翡翠無2827、2928、2942、2969cm^-1吸收峰。

天然綠松石中無2950cm-1吸收峰，注塑綠松石中具2950cm-1吸收峰。

天然歐泊中無5725、5810、5780、5810、5890、5925cm^-1吸收峰，聚合物充填歐泊中具5725、5810、5780、5810、5890、5925cm^-1吸收峰。

天然紫晶中無3540cm^-1吸收峰，合成紫晶中具3540cm^-1吸收峰。

礦物實例還很多不一一贅述，在寶玉石中的應用還在不斷的開發，作為一種礦物的測試手段還在不斷完善，紅外光譜的應用將日趨發展，并有助于解決寶玉石檢測中的難點、疑點。

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