拉曼光谱在红宝石检测中的应用

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1、拉曼光谱在红宝石检测中的应用报告人：尹若磊曾维靖邹昆迪吴亮亮一.前言刚玉的主要成分为α-Al2O3，具有高强度和高硬度、耐高温、耐腐蚀和磨损等性能，并在诸多领域中得到广泛应用。红宝石属刚玉宝石的一种，为Cr离子取代Al离子的晶格位置而呈红色。天然红宝石属高档宝石，优质者具有极高经济和收藏价值；越来越多的合成红宝石以及外观与红宝石相似的宝石进入市场，混淆红宝石市场。拉曼技术是基于光的非弹性散射，通过作用提供分子振动的相关信息。对测试样品的组成成分和晶体结构进行表征不同的矿物或宝石具有不同的拉曼光谱特征拉曼光

2、谱还可以对测试样品进行定量分析，为一种准确、快速、无损的测试手段。对大量天然、处理、合成红宝石，以及相似宝石的拉曼光谱测试和分析，对红宝石的研究和鉴定提供依据二.研究方法样品：R1（天然，桃红色，完整晶形，云南）R2（天然，玫瑰红，云南）R3（处理，玫瑰红，内部有肉眼可见裂纹，泰国)R4（合成，红色，刻面）其他红色宝石铁铝榴石和尖晶石仪器：RenishawInviaReflex显微共焦拉曼光谱仪条件：室温及暗室条件下进行。激发光源785nm，输出功率150—300mW，积分时间10s，光栅1200，光学分

3、辨率1cm‾1，物镜50倍，聚焦光斑直径为1-2um，并采用单晶硅进行校准，光谱测试范围4000-100cm-1。定量分析采用XRF-1800型x-射线荧光光谱仪(XRF)，测试条件为高压40kV，电流95mA，扫描速度8º／min，并采用Rh靶，元素分析范围8О-92U。三.结果与讨论天然红宝石R1的拉曼光谱中同样具有7个拉曼位移，分别在378，417，430，447，576，645和750cm-1附近。其中可见，拉曼位移378，417，430和447cm-1与[AlO6]基团的弯曲振动有关，其中417

4、cm-1为对称弯曲振动(O-A1-Obend)引起．并显示最强的光谱特征。拉曼位移576，645和750cm-1与[AlO6]基团的伸缩振动有关，其中645cm-1由对称伸缩振动(A1-Ostz)引起。这些是红宝石的特征拉曼位移，对其鉴定具有重要的意义。另外，当入射光E平行于晶轴c时，拉曼位移645cm-1显示其最强的光谱特征(见图1曲线a)，而当入射光E垂直于晶轴C时，645cm-1消失，并产生两个新的拉曼位移576749cml(见图lb)。拉曼位移576，645和749cm-1随入射光方向的变化，强度

5、发生明显变化的现象是红宝石具各向异性的.图2曲线a给出了入射光聚焦于红宝石R2内部晶质包裹体的拉曼光谱(350—1200cm-1)。图2曲线b为方解石晶体的拉曼光谱。很明显，红宝石R2和方解石在710和1085cm-1的拉曼位移非常吻合，可确定红宝石R2内部的晶质包裹体为方解石，且710和1085cm-1分别[CO3]2-基团的弯曲和伸缩振动引起。因此，可以判定该红宝石为天然的，未经热处理充填处理红宝石图3曲线a为红宝石R3在800-2000cm-1波段内的拉曼光谱，其中存在一强且半高宽达500cm-1的

6、拉曼位移，峰值位于1353cm-1附近，该特征的拉曼可能会在一些玻璃体中发现，如用于仿冒红宝石的红色含铅玻璃(它的拉曼位移见图3曲线b，拉曼位移的峰值在1356cm-l附近，与红宝石1353cm-l的特征非常吻合)，用于仿冒软玉的晶化玻璃，用于仿冒钻石的玻璃等，因此，红宝石R3可能充填了含铅玻璃为了进一步证实红宝石R3充填了含铅玻璃，对其进行定量分析(XRF)，分析结果见表2。值得注意的是，在R3中存在着大量的PbO和SiO。成分，两者都远高于天然红宝石中的正常范围。因此，可以确定红宝石R3经铅玻璃的充填

7、。图4为红宝石R3在2300-3500cm-1波段内的拉曼光谱，可观察到两个弱而尖锐的拉曼位移2331，2874cm-1，以及一个宽的拉曼位移，峰值在3285cm-1附近。类似的拉曼位移在刚玉族宝石中发现还尚属首次，在一些充填处理的翡翠、祖母绿中可以发现。拉曼位3285cm-1应与羟基的伸缩振动有关，2874cm-1应与C-H的伸缩振动有关，而2331cm-1可能与[c三C]基团的伸缩振动有关。很明显，红宝石R3经有机胶的充填，以掩盖裂隙，提高其透明度。合成红宝石在图5中给出了合成红宝石R4在100-40

8、00cm-l波段内的拉曼光谱，特别地，在谱图中存在着一强且对称的荧光背景。类似的荧光背景在天然红宝石中未曾见过，而在一些合成红宝石，并利用激发光源785nm所测得的拉曼光谱中会产生。在红宝石的合成过程中，为了降低合成的温度，而在合成原料中添加了一些含有稀土元素的助熔剂，如钼(Mo)，铋(Bi)和钨(W)的氧化物。这种类型的荧光背景，为鉴别合成红宝石提供了一个参考依据，但还需结合红宝石的内部特征(是否含有弯曲生长纹、未融颗粒等)