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福建明溪蓝宝石的红外光谱研究

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福建明溪蓝宝石的红外光谱研究福建明溪蓝宝石的红外光谱研究 3福建明溪蓝宝石的红外光谱研究 汤 德 平 () 福州大学材料学院 ,福州 350002 关键词 蓝宝石 红外光谱 福建明溪 福建省明溪的蓝宝石颜色以蓝绿色和黄绿色为主 。颜色不均匀 ,蓝色宝石中常见黄色的 色带或色块 。二色性明显 。在紫外 —可见吸收光谱中 ,明溪蓝宝石的吸收带出现在 377 、388 、 451 、510 、570 、和 810 nm 处 。其中黄色主要是由 451 nm 吸收引起的 ,蓝色与 570 nm 和 810 nm 吸 收带有关 。蓝宝石具有较...

福建明溪蓝宝石的红外光谱研究
福建明溪蓝宝石的红外光谱研究 3福建明溪蓝宝石的红外光谱研究 汤 德 平 () 福州大学材料学院 ,福州 350002 关键词 蓝宝石 红外光谱 福建明溪 福建省明溪的蓝宝石颜色以蓝绿色和黄绿色为主 。颜色不均匀 ,蓝色宝石中常见黄色的 色带或色块 。二色性明显 。在紫外 —可见吸收光谱中 ,明溪蓝宝石的吸收带出现在 377 、388 、 451 、510 、570 、和 810 nm 处 。其中黄色主要是由 451 nm 吸收引起的 ,蓝色与 570 nm 和 810 nm 吸 收带有关 。蓝宝石具有较高的 FeO 和较低的 TiO。FeO 的平均含量为 1134 % , TiO的含量为2 2 1 0107 % 。电子探针分析没有发现 FeO 和 TiO含量与颜色之间有明显的相关性 。 2 2 ,3 一些学者曾发现 ,不同颜色蓝宝石的红外光谱特征有所不同。但没有对此作详细的研 究和解释 。本文详细研究了明溪蓝宝石的红外光谱特征 ,并试图用此探讨蓝宝石中致色中心 的变化 。 1 实验分析与结果 样品采自福建明溪矿区 。试样采用两种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 制作 。一种将样品磨成粉末后用 KBr 压片 。 另一种制成厚度为 0 . 1,0 . 2 mm 的单晶片 。然后在 Pekin - Elmer 2000 FTIR 红外光谱仪上进行 分析 。测试结果见图 1 。 采用不同制样方法所 测定蓝宝石红外光谱 有所不同 。KBr 压片样品的红外吸收带主要有 - 1 1090 、795 、776 、642 、606 和 456 cm 等 。它们是 Al —O 的伸缩振动和弯曲振动产生的 。与山东 4 蓝宝石的红外光谱相比 ,明溪蓝宝石的 IR 光 - 1 - 1 谱中 790 cm 带明显分裂为 776 和 795 cm ,并- 1 新出现一个 1 161 cm 吸收带 。 - 1 单晶样品的 IR 光谱中 400,1 500 cm 之 间的 低 频 带 被 强 烈 吸 收 。但 在 3 000 , 3 500 - 1 cm 之 间 出 现 了 一 些 微 小 的 吸 收 带 ; 它 们 与 图 1 明溪蓝宝石的红外吸收光谱图 5 ( ) OH 振动有关。进一步分析 图 2 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 ,一些Fig11 IR spectra of Mingxi sapphires - 1 样品在 3 31 0 、3 23 4 和 3 18 8 cm 处出现的吸 A1 KBr 粉末压片图谱 ; B1 单晶片图谱 () 收带 以下分别用 R、R和 R表示,强度依次为 1 2 3 收稿日期 :199926230 修改稿 :199928215 作者简介 :汤德平 男 1954 年生 教授 矿物材料 R> R> R。但 在 部 分 样 品 中 仅 出 现 1 2 3 R和 R带 。这些吸收带尤其是 R强 1 2 1 度与蓝宝石的颜色有一定的关系 。蓝色 蓝宝石的 R较强 , 而黄色蓝宝石的 R1 1 较弱 。 这些吸收带的强度不仅与样品中 H 的含量有关 , 还与样品的厚度有关 。因 此 ,不能直接根据谱图中吸收带的高度 来比较 OH 吸收带的相对大小 。为此 , 笔者对测试结果进行了厚度修正 ,并用 R带的吸收强度估算了蓝宝石中 H 的 1 含量 。 蓝宝石中 H 的浓度很低 ,可以认为 6 它遵循比尔定律。从该定律可得出 c (ε) = A / d?c?,式中 c 为蓝宝石中 H 的 摩尔 ( ) 浓度 molΠL; A 为经厚度修正后的 吸收图 2 明溪蓝宝石中 OH 红外吸收光谱 ) ( 强度 ,用 log I/ I/ d 来表示 , I为 0 0 Fig12 OH IR spectra of Mingxi sapphires ( ) ε吸收带附近背景红外光的透射率 , I 为吸收带处红外光的透射率 ; d 为样品的厚度 cm;为 消光系数 。目前还没有蓝宝石消光系数的资料 。考虑到蓝晶石的晶体结构与蓝宝石有相似之 - 1 7 () 处 ,且 OH 吸收带位置 3 380 和 3 270 cm 与蓝宝石相近 。因此 ,采用 Beran测定的蓝晶石的 - 1 - 2 (ε) 消光系数 = 320 l m?ol c?m 来代替 ,计算的结果见表 1 。 尽管用这种近似方法计算出的 H 的绝对含量未必十分准确 ,但还是可以反映不同样品中H 含量的相对大小 。从表 1 中可以看到 ,蓝色蓝宝石的 R带吸收强度相对较大 ,其中 H 的含 1 量较高 。而黄色蓝宝石的 A 较小 , H 含量较低 。对同一样品中不同色块所作的分析也显示了 () 这一特点 LB221 和 LB222。 表 1 蓝宝石中 R吸收带的强度和 H 的含量 1 Ta ble 1 The a bsorption of Rband and estimated H content in Mingxi sa pphires 1 H 含量 I 样 号 颜 色 I A 厚度Πcm 03 ( )×10molΠL LB1 蓝 0 . 116 70. 95 69 . 20 0. 0935 2 . 5189 LB221 蓝绿 0 . 110 51 . 8 50. 8 0. 0770 2 . 1875 LB222 0 . 110 49 . 8 49. 6 0. 0160 0 . 4521 黄 0 . 121 56 . 6 55. 1 0. 0972 2 . 5314 LB3 蓝 LB5 绿蓝 0 . 102 48. 35 47 . 79 0. 0496 1 . 5196 LB621 黄 0 . 110 66. 95 66 . 71 0. 0142 0 . 4034 0 . 210 82 . 7 79 . 47 0 . 0824 1 . 2262 LB824 蓝绿 矿物岩石地球化学通报Vol . 18 No . 4 Oct . 1999 387 2 讨 论 蓝宝石的 R、R和 R吸收带一般归属于不同的 O 与外来的 H 构成的 O —H 振动 。IR 分 1 2 3 2 ,3 析表明 ,明溪蓝色蓝宝石的 R吸收带比黄色蓝宝石强 。已有人 注意到在一些蓝色蓝宝石 1 - 1 - 1 - 1 中存在较强的 3 320 cm 带 ,而黄色蓝宝石中没有 3 320 cm 吸收带 ,仅有弱的 3 170 cm 吸收 2 + 4 + 2 + 2 + 带 ,并把这种现象与蓝宝石中 Fe和 Ti的含量联系起来 。Ferguson 等认为 H 对 Fe取代 3 + - 1 2 + Al进入蓝宝石起了补偿电价的作用 ,并把 3 000,4 000 cm 的吸收带作为 Fe存在的标志 。 3 4 + 4 + Nikolskaya 等则认为 , IR 吸收说明蓝色蓝宝石中存在 Ti离子 ,而黄色蓝宝石中不存在 Ti。 8 Moon 等在研究蓝宝石红外吸收光谱的归属时 ,不仅考虑到了杂质离子 ,还注意了其周围的环境 。他们将蓝宝石的 R、R和 R带分别归属于蓝宝石内代替 A1 位的 Fe 、Ti 和 V 与氧空 1 2 3 ( ) () 位 、羟基等相结合形成缺陷中心 defect cluster中的 O —H 振动 图 3。H 的作用是加大了这些 缺陷中心的形成速率 。 图 3 蓝宝石中的缺陷中心与红外吸收带之间的关系 Fig3 The relation of defect clusters to IR absorption bands in the sapphires 笔者对蓝宝石成分及紫外 —可见吸收光谱特征的研究表明 ,明溪蓝宝石产生蓝色的 570 2 + 4 + 1 2 + 4 + nm 吸收带是由 Fe—Ti之间的电荷转移引起的。显然 ,单独的 Fe或 Ti都不能产生蓝 2 + 4 + 色 。因此 ,将 IR 吸收带单独与 Fe或 Ti联系起来不能反映 IR 吸收带与蓝宝石颜色间的相 关性 。Moon 等人的理论中将使蓝宝石致蓝色的 570 nm 吸收带也归属于代替 A1 位的 Fe 、Ti 和 ( ) V 与氧空位和痉基结合形成缺陷团中心 。缺陷中心里 ,在近垂直 c 轴 与 c 轴交 70?的方向 2 + 4 + 3 + 2 + 4 + 上 ,Fe和 Ti分别取代两个共棱 AlO ] 八面体中的 Al,构成 Fe—Ti离子对 。它们的原6 3 σσ 子轨道相互重叠 ,形成分子键 和。二者之间可以发生电荷转移 ,吸收 570 nm 左右的可见 光 ,产生蓝色 。H 占据蓝宝石中空的氧八面体位置 ,与间距较大底面三角形氧分子中的 O 形 成 OH 键 。该 OH 键产生 R红外吸收 。因此 R带的强弱反映了蓝宝石中该蓝色致色中心的 1 1 () 多寡 。R和 R带只与不同类型的含 Ti 缺陷中心有关 图 3。明溪蓝宝石中 R和 R较弱 ,反 2 3 2 3 映宝石中 Ti 的含量相对较少 ,这与蓝宝石的成分分析结果是一致的 。因此 ,明溪蓝宝石中 IR 光谱的特征和变化规律支持 Moon 等关于蓝宝石颜色成因的新理论 。 这一结果对蓝宝石呈色机理的进一步研究和蓝宝石的合成等具有重要意义 。例如 ,可以 21 通过 3 320 cm吸收带的强弱变化来进一步了解蓝宝石不同色带中致色中心的变化情况 ,从而研究蓝宝石形成过程中环境的变化 。而仅仅用电子探针等分析蓝宝石的铁和钛含量还无法反 映这一点 。另一方面 ,在一些焰熔法合成蓝宝石梨晶中经常存在中央颜色较浅 、边部颜色较深 的现象 ,影响成品的利用率 。尽管导致这种现象的因素可能很多 ,但从上述理论分析 ,提高燃 烧气体中 H的比例 ,可以促进致色中心的形成 ,改善梨晶的颜色 。 2 致谢 :本研究得到福州大学江爱耕 、解小建和杨齐瑜 ,福建省区测队徐亚长 、杜群英和闽西 地质大队王炳春等的支持 ,江建峰 、黄子富等参与了部分工作 ,特此表示谢意 。 参 考 文 献 () 1 汤德平 1 福建明溪蓝宝石的谱学特征及颜色成因 1 矿物学报 ,1998 ,18 4:533,5401 Ferguson J ,Fielding P E. The origins of the colours of natural yellow ,blue ,and green sapphires. Aust . J 1Chem. ,1972 ,25 :1371,1385 . 2 Nikolskaya L V ,Terekhova V M ,Samoilovich M I. On the origin of natural sapphire color . Phys. Chem. Minerals ,1978 ,3 :213,2241 刘3 () 建成 ,胡百柳 ,张道标等 1 山东蓝宝石的吸收光谱 、ESR 和杂质分布. 无机材料学报 ,1992 ,7 3:366,3691 4 Beran A. Trace hydrogen in verneuil2grown corundm and its colour varieties —an IR spectroscopic study. Eur . J . Mineral . ,1991 ,3 :971, 5 975 . 缪征明. 仪器分析. 北京 :机械工业出版社 ,19841 6 Beran A , Gotzinger M A. The quantitative IR spectroscopic determination of structural OH groups in Kyaniter . Mineral Petrol . ,1987 ,36 : 41,49 . 7 α() Moon A R ,Phillips M R. Defect clustering and color in Fe ,Ti :2AlO. J . Am. Ceram. Soc . ,1994 ,77 2:356,367 . 2 3 8 The Infrared Spectra of Mingxi Sa pphires , Fujian Tang Deping ( )Materials College , Fuzhou University , Fuzhou 350002 21 Abstract The infrared absorption bands at 1 090 ,795 ,776 ,642 ,606 and 456 cmhave been observed in - 1 Mingxi sapphires. Compared to the sapphires from Shangdong ,the 790 cmband is split into 776 and 21 21 795 cmbands and 1 161 cmband exists in the Mingxi sapphires. The bands at 3 310 ,3 234 and 3 188 21 cmare related to OH in the sapphires and their H contents have been estimated on the base of the 21 absorption of the 3 310 cmband. It is revealed that H content is higher in the blue sapphire than in the - 1 yellow sapphire from the variance of 3 310 cmband. The theory of defect cluster put forth by Moon et al () 1994has been used to explain the attribution of the IR bands and their relation to the color of the Mingxi sapphires. Key words :Mingxi ; sapphire ;infrared spectrum
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上传时间:2017-09-21
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