黃色葡萄石的光譜學(xué)特征研究

程曉宇,戴慧,曹素巧,于露，蔣小平

（安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所， 安徽合肥 230001）

0 引言

葡萄石是一種含水硅酸鹽，其化學(xué)成分為Ca2Al(AlSi3O10) (OH)2，可含F(xiàn)e、Mg、Mn、Na、K等元素。葡萄石最早發(fā)現(xiàn)于馬達(dá)加斯加的偉晶巖中，主要產(chǎn)地有法國(guó)、瑞士、南非、美國(guó)等，我國(guó)河北、四川、臺(tái)灣等地也有產(chǎn)出。1957年，我國(guó)杰出的礦物學(xué)家彭志忠教授首次測(cè)定了葡萄石的晶體結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)了一種新型的硅氧骨干—介于層狀和架狀之間的硅氧骨干，稱之為葡萄石架狀層[1]。在珠寶玉石市場(chǎng)，葡萄石常常被當(dāng)作高檔翡翠的替代品。它具有與翡翠類似的玻璃光澤和纖維交織結(jié)構(gòu)，并且價(jià)格遠(yuǎn)低于翡翠，因此備受消費(fèi)者青睞。

前人對(duì)葡萄石的研究主要基于其晶體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)成因等，羅躍平[2]對(duì)葡萄石的常規(guī)寶石學(xué)性質(zhì)做了基本的測(cè)試，即折射率為1.63(點(diǎn)測(cè))，密度約為2.80～2.95g/cm3，硬度為6～6.5，在紫外熒光下顯示為惰性。最近市面上出現(xiàn)了一種黃色葡萄石，顏色鮮艷，雜質(zhì)較少，具有較高的觀賞價(jià)值。本文對(duì)這種黃色葡萄石進(jìn)行了較為詳細(xì)的光譜學(xué)特征研究，旨在為黃色葡萄石的鑒定提供較為準(zhǔn)確的光譜學(xué)信息。

1 樣品與實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)樣品為一典型的金黃色葡萄石，半透明（見圖1）。在正交偏光寶石顯微鏡下觀察并拍攝樣品的顯微結(jié)構(gòu)，繼而進(jìn)行紅外吸收光譜，拉曼吸收光譜和紫外可見吸收光譜測(cè)試。

紅外吸收光譜測(cè)試采用BRUKER TENSORⅡ型傅里葉變換紅外光譜儀，測(cè)試條件：反射法，室溫25℃，濕度55%RH，掃描次數(shù)64次，分辨率4cm-1，測(cè)試范圍為400～4000cm-1。

圖1 葡萄石樣品照片F(xiàn)ig. 1 Photo for prehnite sample

拉曼光譜測(cè)試采用Renishaw in Via型顯微共聚焦拉曼光譜儀，測(cè)試條件：室溫25℃，濕度55%RH，激光波長(zhǎng)532nm，光譜分辨率1cm-1，測(cè)試范圍100～3000cm-1。

紫外可見吸收光譜測(cè)試采用廣州標(biāo)旗GEM-3000型紫外可見分光光度計(jì)，測(cè)試條件：室溫25℃，濕度55%RH，分辨率1nm，掃描時(shí)間140ms，測(cè)試范圍為300～900nm.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 顯微結(jié)構(gòu)

在正交偏光顯微鏡下，樣品具明顯的纖維結(jié)構(gòu)或放射狀纖維結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)不均勻，如圖2所示（圖2a、圖2b）。葡萄石的顯微結(jié)構(gòu)可能與其結(jié)構(gòu)中介于層狀和架狀之間的硅氧骨干有關(guān)。交織狀結(jié)構(gòu)。

圖2 葡萄石樣品的顯微照片F(xiàn)ig. 2. Photomicrograph of the prehnite sample

2.2 紅外吸收光譜分析

目前，紅外吸收光譜測(cè)試已成為寶石學(xué)研究與檢測(cè)中必不可少的分析手段[3～4]。本次研究中，利用漫反射裝置采集樣品的紅外吸收光譜。此法無(wú)需特殊制樣[5]，對(duì)樣品沒有損傷。從樣品的紅外吸收光譜中可以看出，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附近的吸收與葡萄石中的OH-振動(dòng)有關(guān)（如圖3），1087cm-1、1026cm-1、990cm-1、939cm-1附近的吸收主要與O①O是指Si-O八面體。-T②T是指Si-O四面體。-O①O是指Si-O八面體。的伸縮振動(dòng)相關(guān)。820cm-1、766cm-1、743cm-1、541cm-1、490cm-1、422cm-1附近的吸收主要與O①O是指Si-O八面體。-T②T是指Si-O四面體。-O①O是指Si-O八面體。的彎曲振動(dòng)相關(guān)[6]（如圖4）。這些特征峰位反應(yīng)了葡萄石含有硅氧四面體和硅氧八面體兩種架構(gòu)。

圖3 葡萄石官能團(tuán)區(qū)紅外吸收光譜圖（經(jīng)K-K轉(zhuǎn)換）Fig.3 Infrared absorption spectrum of prehnite functional zone (via K-K conversion)

2.3 拉曼光譜分析

圖4 葡萄石指紋區(qū)紅外吸收光譜圖Fig. 4 Infrared absorption spectrum of prehnite fingerprint area

拉曼散射光譜測(cè)試技術(shù)越來(lái)越受到寶石學(xué)界的關(guān)注[7]，拉曼散射光譜測(cè)試具有無(wú)損，可快速鑒別寶石種屬的特點(diǎn)[8]。本文運(yùn)用英國(guó)雷尼紹公司Renishaw in Via型顯微共聚焦拉曼光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試。從拉曼吸收光譜（圖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與O①O是指Si-O八面體。-T②T是指Si-O四面體。-O①O是指Si-O八面體。的伸縮振動(dòng)有關(guān)。784cm-1、692cm-1、634cm-1、598cm-1、543 cm-1、522cm-1與O①O是指Si-O八面體。-T②T是指Si-O四面體。-O①O是指Si-O八面體。的彎曲振動(dòng)有關(guān)。390cm-1、320cm-1與OH-的振動(dòng)有關(guān)。287cm-1、242cm-1、220cm-1與M③M是指金屬陽(yáng)離子Fe3+(Al3+)。-O①O是指Si-O八面體。的晶格振動(dòng)有關(guān)[9]。

2.4 紫外可見吸收光譜分析

紫外可見分光光度計(jì)對(duì)于寶石顏色機(jī)理的研究發(fā)揮著重要的作用[10～11]。如圖6所示，樣品顯示以430nm為中心的寬大吸收帶和580nm附近的弱吸收帶。葡萄石在藍(lán)綠區(qū)的吸收，使其呈現(xiàn)出與藍(lán)綠色互補(bǔ)的黃色調(diào)[12]。葡萄石主要由微量元素Fe和Cr致色[13]，而Fe2+和Cr3+主要產(chǎn)生綠色調(diào)，F(xiàn)e3+產(chǎn)生黃色調(diào)，因此推斷葡萄石的黃色可能是由Fe3+部分替代Al3+所致。

圖5 葡萄石的拉曼光譜圖Fig. 5 Raman spectrum of prehnite

3 結(jié)論

（1）紅外吸收光譜顯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；拉曼光譜顯示葡萄石具有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。

圖6 葡萄石的紫外可見光吸收譜圖Fig. 6 UV-visible absorption spectrum of prehnite

（2） 研究表明，紅外吸收光譜和拉曼光譜900-1100cm-1波段的吸收系由葡萄石中硅氧骨干的伸縮振動(dòng)引起， 400～800cm-1波段的吸收由硅氧骨干的彎曲振動(dòng)導(dǎo)致；同時(shí)OH-的振動(dòng)產(chǎn)生了3495cm-1紅外吸收峰和320cm-1、390cm-1拉曼特征峰。

（3）紫外可見吸收光譜顯示，葡萄石具有430nm為中心的寬大吸收帶和580nm附近的弱吸收帶，葡萄石的黃色可能是由Fe3+的電子躍遷所致。