钠长石玉与相似玉石在红外光谱仪下的鉴别特征

摘 要:宝玉石鉴定的特点是无损鉴定,即在宝玉石不受任何损伤的情况下测试宝玉石的物理、化学特性。除了对宝玉石原料和遇到特殊情况外,不得随意进行损伤性测试。虽然有经验的宝石学家和从业人员凭肉眼便可对某些宝石鉴别,但在多数情况下,尤其是对一些外观极相似的宝
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  摘 要:宝玉石鉴定的特点是无损鉴定,即在宝玉石不受任何损伤的情况下测试宝玉石的物理、化学特性。除了对宝玉石原料和遇到特殊情况外,不得随意进行损伤性测试。虽然有经验的宝石学家和从业人员凭肉眼便可对某些宝石鉴别,但在多数情况下,尤其是对一些外观极相似的宝玉石,仍需要借助放大设备和某些常规仪器检测宝玉石的物理、化学等各项特征,从而予以正确的名称。重点阐述了钠长石玉的宝石学特征、钠长石玉与相似玉石在红外光谱仪下的鉴别特征。
毕业论文
  关键词:钠长石玉;宝石学特征;红外光谱仪;玉石
  中图分类号:P619.281 文献标识码:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.008
  钠长石玉,英文名称为albite jade,俗称“水沫子”,是近年来才被发掘的新品种。其特点是水头好,常带有蓝或绿色飘花,外观看上去十分漂亮,貌似飘花玻璃种翡翠。目前,由于翡翠资源匮乏,水沫子的形质具备宝石美丽、稀少、耐久的特征,逐渐被人们接受和喜爱。
  1 钠长石玉的宝石学特征
  对钠长石玉外观进行观察,其光泽一般是油脂至玻璃,颜色有灰白、灰绿白、灰绿、白色、无色等,为半透明到透明;内部常含有一些不透明的白色团状物,称为“白脑”。在对样品的测试中用到的常规仪器有10倍放大镜、宝石显微镜、折射仪、偏光镜、二色镜、分光镜、紫外灯和天平等,以及一些大型仪器,比如Χ射线衍射仪、红外光谱仪和拉曼光谱仪等,从而对样品进行多方面、多角度的分析测定。
  1.1 常规仪器测试
  1.1.1 折射率
  在国标中,钠长石玉的折射率为1.52~1.54,点测法测量常为1.52~1.53.在实验过程中,用折射仪对“钠长石玉”的半成品进行多次测量,采用点测法?y定,结果为1.52~1.54,平均为1.53.
  1.1.2 偏光镜
  用偏光镜观察不同的钠长石玉样品(样品都为半透明),由于其为多晶质矿物集合体,任何位置上总有部分小晶粒是非均质体,消光位置不同,所以,在视域下始终保持全亮。
  1.1.3 分光镜
  用分光镜对几块钠长石玉样品进行观察,未能见到特征吸收光谱。
  1.1.4 紫外荧光灯
  利用紫外荧光灯对不同的钠长石玉样品进行荧光观察,未见到紫外荧光。
  1.1.5 查尔斯滤色镜
  钠长石玉在查尔斯滤色镜下不变色。
  1.1.6 密度
  在国标中钠长石玉的密度为2.60~2.63 g/cm3,利用静水力学法对钠长石玉样品进行密度测定,其密度值为2.578~2.856 g/cm3,平均值为2.673 g/cm3。
  1.1.7 硬度
  采用刻划对比的方法对钠长石玉的相对硬度进行了测定,用玛瑙、玻璃、黑耀岩及翡翠分别与钠长石玉进行刻划对比。玛瑙、玻璃、黑耀岩、翡翠的硬度分别为6.5,5.5,5,6.5~7.研究发现,钠长石玉易被翡翠划出痕迹,也能够被玛瑙刻划出轻微的痕迹,这说明其硬度略小于玛瑙;用钠长石玉去刻划玻璃和黑耀岩,均能其上留下轻微划痕,这说明硬度略大于玻璃等物质,因此,钠长石玉的摩氏硬度为6左右。
  1.1.8 其他
  钠长石玉颜色多样,有灰白、灰绿白、灰绿、白色、无色等,光泽为油脂至玻璃光泽,呈参差状断口,具有{001}完全解理。但这些只能在鉴定中起辅助作用,通常宝石鉴定是无损鉴定,对于宝石成品不采用破坏测试手段。
  1.2 钠长石玉的矿物学特征
  通过偏光显微镜对钠长石玉样品的观察,发现其主要矿物成分为钠长石,其次有少量辉石矿物和闪石类矿物。岩石的总体结构为粒状变晶结构,局部为斑状变晶结构。
  钠长石含量在90%左右,半自形或他形粒状,无色透明,低负突起,干涉色1级灰白。解理有些发育,有些不发育,聚片双晶在大部分薄片中不发育,在少数薄片中发育。此外,在少数薄片中可见到两个世代的钠长石,第一世代钠长石呈半自形斑晶形式出现,粒度较粗,一般在1~3 mm;第二世代钠长石,粒度较小,多呈他形,一般为0.01~0.1 mm。由此可见,存在第二世代细粒钠长石呈细脉或网脉状穿插交代第一世代粗粒钠长石的现象。
  辉石类含量很少,占2%~5%,薄片中无色,呈粒状或短柱状,自形或半自形,中一高正突起,解理发育,可见典型的两组正交的辉石型解理,干涉色为二级蓝绿或黄绿,有时可达三级,肉眼所见的“白脑”在镜下均为辉石,其粒度为0.02~1 mm,具体种属在镜下难以确定。
  闪石类含量较少,占5%~8%,薄片中呈无色、浅黄绿、浅褐黄、浅蓝色等,中正突起。晶体形态有两类,一类为柱状,多色性不明显,自形或半自形,可见典型的闪石型两组斜交的菱形解理,干涉色为二级黄、蓝绿,其粒度为0.02~0.8 mm;另一类为针状或毛发状,有时集合成放射状,呈浅蓝色,具强多色性,干涉色为二级黄绿。闪石类矿物是此类玉种“ 飘蓝花”的主要原因。
  对钠长石玉样品中做Χ光衍射分析,结果显示,浅色部分主要为典型的钠长石。取钠长石玉样品中的“白脑”部分做Χ光衍射分析,结果显示主要为硬玉;取钠长石玉标本中的深色部分粉末做Χ光衍射分析,结果显示主要为镁钠铁闪石。
  2 红外光谱仪
  红外光谱分析宝石矿物的原理是物质的分子在红外线的照射下,吸收与其分子振动、转动频率一致的红外光,利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收对珠宝玉石的组成或结构进行定性或定量分析。主要方法有直接透射法、直接反射法、显微红外光谱法、粉末透射法。
  在红外光谱分析中,波数400~4 000 cm-1(波长2.5~25 μm)的中红外区域是宝石学应用和研究最广泛的光谱区域。通常将中红外区再细分为两个区,即基团(官能团)频率区和指纹区。1 500~4 000 cm-1为基团频率区,该区出现的特征红外吸收谱带只与特定基团振动有关,而与该基团所在的物质无关,通常用于鉴别宝石中可能存在的基团。400~1 500 cm-1为指纹区,指纹频率不是起源于某个基团的振动,而是由整个分子或分子的一部分振动产生的,与分子的结构有关的结构不同的分子,显示不同的红外吸收谱带。因此,可以通过特定的红外图谱来识别特定的分子结构,从而鉴定宝石品种。   所用的实验仪器如下:
  型号:VARIAN 640IR
  光谱范围:375~7 800 cm-1
  分辨率:优于1 cm-1和0.7 cm-1(未切趾)
  波数精度:<0.01 cm-1
  配备30°漫反射附件
  3 在红外光谱仪下的鉴别
  在当今的玉石市场上,经常会见到各种各样的仿冒翡翠玉石,钠长石玉便是其中一个,必须加以识别。目前,因钠长石玉美丽的外观以及所具有的宝石学特征,市场前景十分乐观,因此,我们应对其加以重视。在这里主要讨论利用红外光谱仪鉴定。市场上较为常见、易与钠长石玉混淆的品种有翡翠、软玉、符山石、独山玉、石英岩、蛇纹石玉等。
  3.1 钠长石玉
  图1为用红外反射法对样品进行测试的图谱,钠长石的红外特征谱带位于1 150 cm-1、1 090 cm-1、1 033 cm-1、990 cm-1、784 cm-1、758 cm-1、740 cm-1、720 cm-1、640 cm-1、604 cm-1、584 cm-1、526 cm-1、470 cm-1、460 cm-1、420 cm-1、395 cm-1、383 cm-1、372 cm-1、333 cm-1波数。如图1可见,样品的特征吸收峰位于1 145 cm-1、1 086 cm-1、1 038 cm-1、1 003 cm-1、785 cm-1、719 cm-1、649 cm-1、599 cm-1、534 cm-1、479 cm-1、418 cm-1波数,与标准图谱的峰值大致相同。其中,1 086 cm-1、1 145 cm-1属于Si-O的伸缩振动,1 003 cm-1、1 038 cm-1?儆?Si(Al)-O的伸缩振动,785 cm-1属于Si-Si的伸缩振动,719 cm-1属于Si-Al(Si)伸缩振动,599 cm-1、649 cm-1属于O-Si(Al)-O的弯曲振动,479 cm-1、534 cm-1是O-Si-O弯曲振动与Na-O伸缩振动之耦合,418 cm-1属于Si-O-Si的弯曲振动。
  3.2 翡翠
  3.2.1 翡翠的化学成分
  纯净的硬玉的化学成分可用化学式 NaAl(Si206)来表示,但天然产出的翡翠中的硬玉常含有少量的能导致翡翠产生颜色的杂质元素,比如 Fe、Cr、Mn等过渡元素。组成白色翡翠中硬玉化学成分非常纯净,接近于上述的理想化学式,其各种化学元素的含量(WB%)为:Na2 O为15.4、A12O3为25.2、Si02为59.4.但天然产出的硬玉常含有多种杂质元素或固溶体成分,含量较高的常见的杂质元素为Ca、Mg、Fe、Cr。其中,Ca、Mg、Fe 可看作为绿辉石的化学成分,Cr可看作为钠铬辉石的化学成分,铬含量高的硬玉,可以看成钠铬辉石与硬玉形成的固溶体;Ca、Mg、Fe 含量高的硬玉,可以看成绿辉石与硬玉形成的固溶体。
  3.2.2 翡翠的红外光谱
  翡翠的红外光谱图如图2所示。
  在图2中,样品的红外反射光谱位于1 081 cm-1、950 cm-1、850 cm-1、662 cm-1、586 cm-1、529 cm-1、468 cm-1、431 cm-1吸收峰即如图3中样品位于的1 162 cm-1、1 077 cm-1、969 cm-1、848 cm-1、584 cm-1、525 cm-1、470 cm-1、429 cm-1吸收峰基本是一致的,该吸收谱带是组成翡翠的主要矿物的伸缩和弯曲振动。1 077 cm-1、1 081 cm-1、1 162 cm-1属于Si-O-Si的非对称伸缩振动,950 cm-1、969 cm-1属于O-Si-O的非对称伸缩振动,848 cm-1、850 cm-1属于O-Si-O的对称伸缩振动,584 cm-1、586 cm-1、662 cm-1属于Si-O-Si的对称伸缩振动,468/ cm-1、470 cm-1、525 cm-1、529 cm-1属于Si-O的弯曲振动,4 429 cm-1、431 cm-1属于Na-O的弯曲振动。
  图4中样品的红外透射光谱吸收峰位于2 503 cm-1、2 705 cm-1、2 845 cm-1、2 920 cm-1,这是正常翡翠表面常有的石蜡的C-H伸缩振动吸收谱带。图5中样品的红外透射光谱形成2 323 cm-1、2 424 cm-1、2 485 cm-1、2 538 cm-1、2 591 cm-1波数的吸收峰,呈手指形状,反映树脂胶中苯中苯环上C-H键的振动吸收。这是因B货翡翠对红外光的吸收更为强烈时,除了指状峰外其他的峰系都消失了,并在透过区变窄。
  3.3 软玉
  3.3.1 软玉的化学成分和矿物组成
  软玉是由纤维状的透闪石或含铁透闪石、阳起石微晶为主的集合体,由于组成的矿物颗粒细小,且相互交织成毛毡状的结构,因此,韧性较强。透闪石是一种含水的钙镁硅酸盐,其化学成分为Ca2Mg5(Si4O11)2(OH,F)2,其中的Mg2+被Fe2+替代后,会形成阳起石[Ca2(Mg,Fe)5(Si4O11)2(OH,F)2],纯净的透闪石无色,如含有少量的Fe2+则会产生不同色调的绿色。阳起石为草绿一灰绿色。
  3.3.2 软玉的红外光谱图
  图6为样品的红外反射光谱图,其吸收峰位于1 040 cm-1、997 cm-1、916 cm-1、759 cm-1、682 cm-1、544 cm-1、511 cm-1、458 cm-1、413 cm-1波数,与透闪石的标准红外谱图相似。1 040 cm-1波数的谱带归属Si-O-Si的非对称伸缩振动,997 cm-1波数的谱带归属O-Si-O的对称伸缩振动,916 cm-1属于Si-O对称伸缩振动,682 cm-1、759 cm-1属于Si-O-Si的对称伸缩振动,458 cm-1、511 cm-1、544 cm-1属于Si-O的弯曲振动,413 cm-1属于M-O的晶格振动(M代表不同的阳离子)。   3.4 符山石
  3.4.1 符山石的矿物组成
  符山石是一种复杂的硅酸盐[Ca10Mg2Al4(Si2O7)2(SiO4)5(OH)4], 符山石玉的矿物成分主要是符山石和钙铝榴石。
  3.4.2 符山石玉的红外光谱
  符山石玉的红外光谱图如图7所示。
  图7样品的红外反射光谱的峰位分别为1 032 cm-1、967 cm-1、917 cm-1、606 cm-1、572 cm-1、494 cm-1、441 cm-1、412 cm-1波数,该峰值与符山石的红外标准光谱峰值基本一致。其中,917 cm-1、967 cm-1、1 032 cm-1吸收峰可归属为Si-O-Si非对称伸缩振动,494 cm-1、572 cm-1、606 cm-1吸收峰则属于Si-O弯曲振动,而412 cm-1、441 cm-1属于M-O的伸缩振动(M代表不同阳离子)。一般情况下,符山石在630~730 cm-1范围会出现Si-O-Si的桥伸缩振动的铝吸收带,且伸缩振动的频率变化与Si-O-Si桥的键角有关,键角越大,频率越高。
  3.5 独山玉
  3.5.1 独山玉的化学成分和矿物组成
  独山玉的矿物组成主要为斜长石(NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8)和黝帘石(Ca2Al3Si3O12OH),斜长石含量为20%~40%,黝帘石含量为50%~70%. 其次为辉石,含铬绿泥石或铬云母、绿帘石、黑云母和少量的阳起石、方解石和绢云母等矿物。由于独山玉组成矿物的种类和含量变化都较大,所以,独山玉的化学成分和物理性质也不固定。
  3.5.2 绿色独山玉的红外光谱
  独山玉的红外反射光谱图如图8所示。
  图8中样品的红外反射光谱的峰位分别为1 149 cm-1、1 021 cm-1、940 cm-1、755 cm-1、725 cm-1、625 cm-1、587 cm-1、540 cm-1、455 cm-1。其中,940 cm-1、1 021 cm-1、1 149 cm-1属于非对称伸缩振动,540 cm-1、587 cm-1、625 cm-1、725 cm-1、755 cm-1属于O-Si-O的伸缩振动,而455 cm-1属于O-Si-O的弯曲振动。
  3.6 石英岩
  图9中样品的红外反射光谱吸收峰位于1 205 cm-1、1 092 cm-1、800 cm-1、780 cm-1、689 cm-1、542 cm-1、490 cm-1波数,它与标准图谱的吸收峰1 170 cm-1、1 080 cm-1、800 cm-1、782 cm-1、698 cm-1、513 cm-1、462 cm-1的波数相似。1 092 cm-1、1 205 cm-1属于Si-O的非对称伸缩振动,689 cm-1、780 cm-1、800 cm-1属于Si-O-Si的对称伸缩振动,490 cm-1、542 cm-1属于Si-O的弯曲振动。
  3.7 蛇纹石玉
  3.7.1 蛇纹石玉的矿物组成特点
  蛇纹石玉的矿物成分以蛇纹石为主,含有数量不等的透闪石、滑石、方解石、磁铁矿、硫化物等次要矿物。蛇纹石是一种含水的镁质硅酸盐,化学式为Mg3Si2O5(OH)4,其中,Mg常会被Fe、Ni、Mn、Cr、Al等替代,F-?t可替代结构中的OH-。当这些杂质元素含量高时,可形成不同的变种,并产生物理性质的变化,比如颜色等。蛇纹石是一
  种典型的热液蚀变的矿物,蛇纹石玉主要与强烈蛇纹石化的大理岩、超基性岩有关。
  3.7.2 蛇纹石玉的红外光谱
  蛇纹石玉的红外反射光谱图如图10所示。图10中样品的红外反射光谱的峰位分别为1 048 cm-1、670 cm-1、560 cm-1、482 cm-1。在1 048 cm-1应为Si-O-Si的非对称伸缩振动,在400~704 cm-1范围内,670 cm-1吸收峰为Si-O-Si的对称伸缩振动,560 cm-1吸收谱带归属为Mg-O晶格振动模式,482 cm-1吸收谱带归属为Si-O的弯曲振动。
  3.8 红外吸收谱带的比较
  钠长石玉与相似玉石的红外特征谱带比较结果如表1所示。
  4 结束语
  本文重点介绍了钠长石玉与相似玉石在红外光谱仪下的鉴别特征。玉石品种繁多,每一种玉石有不同的颜色、质地以及变化的物理性质及化学组成,所以,在实际鉴定工作中,要注重经验的积累和对各种常规仪器的灵活运用,结合红外光谱仪对鉴定结果进行精准定论。
  参考文献
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  [2]王时麒,俞宁,王佩英.翡翠市场“四大杀手”[J].珠宝科技,2002,14(01).
  [3]郭立鹤,韩景仪,罗红宇.宝石的红外反射光谱及红外光谱鉴定系统[J].岩石矿物学杂志,2006,25(04).
  [4]刘世敏.现代测试技术在宝玉石检测中的应用现状及前景[J].矿物测试,2006,25(01).
  〔编辑:张思楠〕

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