第25卷第3期2000年6月
昆 明 理 工 大 学 学 报
Journal of Kunming University of Science and Technology
Ξ
Vol. 25 No. 3
J un. 2000
二氧化硅类玉石的显微拉曼光谱研究
祖恩东, 李茂材, 张鹏翔
(昆明理工大学材料与冶金工程学院, 云南昆明 650051)
摘要 利用拉曼光谱仪, 对紫晶、水晶、玛瑙、玉髓以及欧泊作光谱分析, 分析得出:紫晶(水晶) 、
玛瑙(玉髓) 、欧泊在1066cm -1、800cm -1、400cm -1峰的分裂明显程度及相对强度有所不同, 其原因在于它们的结晶程度不同.
关键词:拉曼光谱; 特征峰; 结晶度中图分类号:O734 文献标识码:A 文章编号:1007-855X (2000) 03-077-03
0 前 言
石英是一种常见的矿物, 在自然界, 其形成玉石的种类也非常广泛. SiO2类玉石主要有:晶质类玉石(晶质石英) —nH2O ) . 虽然它们的水晶、紫晶; 隐晶质石英集合体—玉髓、玛瑙; 非晶质玉石—欧泊(SiO 2・基本结构并无重大变化, 但由于结晶程度和对称性的差别, 从而引起拉曼光谱具体特征有所不同[1].
1 测试方法
测试分析仪器为英国Renishaw 公司生产的显微共焦拉曼谱仪M KI 1000型. 由氩离子激光器、衍射光栅、CCD 、显微镜、计算机数据处理系统等部分构成. 测试时样品无需特殊处理, 只要将样品直接放在显微镜下, 将光点聚焦在样品表面上. 激发光波长为514. 5nm , 物镜为20X , 控制样品表面上的激光功率为
μm , 谱线分辨率为2cm -1. 空间分辨率2μm 5mW 左右, 拉曼散射信号采集时间30s ～60s , 狭缝宽度为25左右. 采集的信号送往计算机光谱数据处理系统进行分析和处理
.
图1 不同SiO 2类玉石的拉曼光谱 图2 扣除背景和归一化后的拉曼光谱
2 测试结果
2. 1 样品特征
所用样品除欧泊外均产自中国云南. 水晶:无色、透明、棱柱状; 紫晶:紫红色、透明、棱柱状; 绿玉髓:因
含NiO 而呈碧绿色、块状、不透明; 玛瑙:红色、半透明、具带状条纹. 欧泊:4×6mm 的戒面, 白色、半透明,
Ξ收稿日期:1999-06-30
第一作者简介:祖恩东,1970生, 讲师, 硕士, 研究方向为晶体结构与晶体化学
具变彩效应; 马来玉:10×14mm 的戒面, 深绿色、半透明, 玻璃光泽. 2. 2 测试结果
根据设定条件, 测定样品的拉曼谱图(见图1, 其中1#为欧泊、2#为绿玉髓、3#为玛瑙、4#为水
晶、5#为紫晶) , 同时为了方便结果讨论, 对图1中的谱进行了扣除背景(具有荧光背景的谱) 和归一化处理(见图2) . 图3是紫晶、玛瑙、欧泊等的1500-4000cm -1波段的光谱信息, 主要是表现为结晶水的振动特征, 它们结晶水的峰形和峰位都有很大的差别.
3 结果讨论
3. 1 振动模式
二氧化硅存在如下变体转变系列:蛋白石→有序低温α—石英→玉髓→石英. 这是一个结晶度和有序度增高的变体系列, 其拉曼光谱也相应发生规律性变化. 本文中玉石的空间群均为D 34或D 36. 其振动模式的选择定则见表1[2]. 3. 2 谱带归属
其谱带归属见表2, 特征如下:
(1) 1200～1000cm -1属Si —O 非对称伸缩振动, 由一较弱带1160cm -1及一更弱且分裂带[3];
(2) 800～600cm -1由2-3个强度较弱的窄带, 属Si —O —Si 对称伸缩振动, 且在800cm -1处发生分裂, 或分裂不太明显; (3) 600～300cm -1属Si —O 弯曲振动, 由2～3个带组成, 400cm
-1
图3 SiO 2类玉石1500～4000cm -1 波段光谱
峰发生分裂且相对强度各不相同.
表1 石英振动模式的选择定则
光学模式
拉曼活性
4E 1
3A 2
矿物α-石英α-石英
空间群
D 34或D 36D 64或D 65
Z 33
红外活性4A 2
4E 1
拉曼、红外活性
8E 2B 1+3B 2
非活性
A 2+E
声学模式
A 1+4E 2A 2+E 1
表2 SiO 2类玉石的拉曼谱位移/cm -1
玉石
(晶质) 水晶
A 1
506 356 208505 355 207503 356 209548 352 332 204
E
1160 1079 1065 709 698 465 402 394 265 1291160 1071 1066 807 698 465 401 394 264 1291160 1082 1066 807 698 465 401 397 265 1291159 1079 1064 801 794 462 401 393 262 126
紫晶
(隐晶质) 玛瑙
绿玉髓
(非晶质) 欧泊
为非晶态的一条曲线
3. 3 各拉曼谱的差别
(1) 1066±水晶发生分裂,D 1066>D 1080; 绿玉髓、玛瑙都发生分裂且D 1066
而绿玉髓、玛瑙分裂程度不如紫晶、水晶, 低频率峰呈肩状,D 796
(3) 400±绿cm -1:均发生分裂, 为SiO 2类玉石的特征峰, 紫晶与水晶分裂明显, 峰的强度均较玛瑙、
玉髓强,D 394≤D 401; 而绿玉髓、玛瑙相反,D 394>D 401;
(4) 其他谱带:玛瑙、绿玉髓在465cm -1附近都有个肩峰;
(下转第84页)
free acid fretion and combined acid fraction ; there are more branched fatty acids and benzoic acid , phenolic compounds in SL ZZS. From the chemical constituents and their distribution characteristic of combined acid , free acid and hydrocarbon fraction , it can be concluded that the original resource of Liaohu montan wax is much similar to that of Xundian montan wax , but basically different from the resource of Shulan montan wax. K ey w ords :montan resin ;combined acids ;chemical constituent and structural characteristic ;normal fatty acid ;
GC -MS analysis
(上接第78页)
4 结 论
通过对SiO 2类玉石拉曼谱的研究, 我们得出以下结论:
(1) 通过观察SiO 2类玉石拉曼谱中的400±cm -1、800±cm -1、1066±cm -1峰的分裂明显状况、相对
强度可以识别SiO 2类玉石的种类;
(2) 造成玉石拉曼谱差别的原因结晶度不同紫晶(水晶) 、绿玉髓(玛瑙) 、蛋白石谱的差别归结于结晶度的差别, 结晶好的紫晶(水晶) 谱带窄, 分裂好, 结晶度很低的蛋白石几乎无任何峰值, 如800±cm -1、400±cm -1处, 紫晶分裂呈双峰, 蛋白石无峰, 而结晶度中等的玉髓(玛瑙) 介于二者之间, 显弱分裂.
参考文献:
[1] 徐培苍等. 地学中的拉曼光谱. 西安:陕西科学技术出版社,1996. 176～178. [2] 闻辂等. 矿物红外光谱学. 重庆:重庆大学出版社,1989. 140～143.
[3] 彭明生. 宝石优化处理与现代测试技术. 北京:科学出版社,1995. 145～147.
Study on Jades of SiO 2by R aman Spectroscopy
Z U En -dong ,LI Mao -cai ,ZH ANG Peng -xiang
(The Faculty of Materials and Metallurgical Engineering , Kunming University of Science and Technology , Kunming 650051, China )
Abstract This paper focuses on Amethyst , Rock Crystal , Agate , Green Chalcedony , and opal. It is shown that there are apparent difference between the split peaks and the relative intensity at 1066cm -1, 800-1, 400-1. Results showed that there are different crystallinity. K ey w ords :Raman Spectroscopy ;character peaks ;crystallinity