激光拉曼光譜儀

1、 激光拉曼光譜儀1928 年，印度物理學家拉曼(RamanCV)首次發(fā)現(xiàn)拉曼效應， 由此獲得諾貝爾物理學獎(1930)。20世紀 60 年代初，激光的問世，給拉曼光譜的產(chǎn)生提供了一種理 想的單色光源。70 年代后，單色儀、檢測器、光學顯微鏡和計 算機等新技術的發(fā)展，極大提高了激光拉曼光譜儀的測試性能。 作為一種微區(qū)無損分析和紅外吸收光譜的互補技術，拉曼光譜 能迅速判斷出寶石中分子振動的固有頻率，判斷分子的對稱性、 分子內(nèi)部作用力的大小及一般分子動力學的性質(zhì)，為寶石鑒定 工作者提供了一種研究寶石中分子成分、分子配位體結構、分 子基團結構單元、礦物中離子的有序一無序占位等快速、有效 的檢測手段。一

2、、基本原理 激光拉曼光譜是一種激光光子與寶石分子發(fā)生非彈性碰撞后，改變了原有入射頻率的一種分子聯(lián)合散射光譜，通常將這種非彈性碰撞的散射光譜稱之為拉曼光譜散射光譜，通常將這種非彈性碰撞的散射光譜稱之為拉曼光譜。 激光光子和分子碰撞過程中，除了被分子吸收以外，還會發(fā)生散射。由于碰撞方式不同，光子和分子之間存在多種散射形式： 1彈性碰撞光子和分子之間沒有能量交換，僅改變了光子的運動方向，其散射頻率等于入射頻率， 這種類型散射在光譜上稱為瑞利(Rayleigh)散射。2非彈性碰撞 光子和分子之間在碰撞時發(fā)生了能量交換，即改變了光子的運動方向，也改變了能量，使散射頻率和入射頻率有所不同。此類散射在光譜上

3、被稱為拉曼(Raman)散射。 3拉曼散射的兩種躍遷能量差當散射光的頻率低于入射光的頻率，分子能量損失，這種類型的散射線稱為斯托克斯(Stokes)線；若散射光的頻率高于入射光的頻率，分子能量增加，將這類散射線稱之為反斯托克斯線。前者是分子吸收能量躍遷到較高能級，后者是分子放出能量躍遷到較低能級。 由于常溫下分子通常都處在振動基態(tài)，所以拉曼散射中以斯托克斯線為主，反斯托克 斯線的強度很低，一般很難觀察到。斯托克斯線和反斯托克斯線統(tǒng)稱為拉曼光譜。一般情 況下，拉曼位移由寶石分子結構中的振動能級所決定，而與其輻射光源無關。2、 寶石學中的應用 1寶石中包體的成分及成因類型 寶石中包體的成分和性質(zhì)對

4、其成因、品種及產(chǎn)地的鑒別具有重要的意義。傳統(tǒng)的固相 礦物包體的鑒定與研究方法是將礦物包體拋磨至樣品表面，爾后采用電子探針分析測試 之。 而對流體包體的研究則主要采用顯微冷、熱臺去觀察冷凍和加熱過程中，流體包體內(nèi) 各物相的變化特征，測定均一溫度、低共熔點度及冷凍溫度，最終通過相平衡數(shù)據(jù)去推 斷或計算流體包體的分子成分、密度、形成溫度、壓力及鹽度等。上述方法均屬破壞性測 試，顯然于寶石鑒定與研究。 拉曼光譜具有分辨率和靈敏度較高且快速無損等優(yōu)點，特別適于寶石內(nèi)部 1m 大小 的單個流體包體及各類固相礦物包體的鑒定與研究。例如，利用拉曼光譜對 遼寧 50 號巖管金剛石包體的測試結果表明，該地區(qū)金剛石

5、中常見的礦物包體類型為橄欖 石、鉻鐵礦、鉻鎂鋁榴石、鎂鋁榴石、金屬硫化礦物、石墨及流體包體。 又如，利用拉曼光譜對桂林水熱法合成黃色藍寶石中流體包體進行了測試，確定液相 中含有具鑒定意義的碳酸根(礦化劑)成分。再如，利用拉曼光譜對助熔劑合成紅寶石和熔 合處理紅寶石進行了測試， 確定助熔劑殘余物(晶質(zhì)體)和次生玻璃體(非晶體)的拉曼譜峰， 前者在 8001000cm-1 范圍內(nèi)顯示一組密集、相對計數(shù)強度較高的拉曼銳譜峰。 2人工處理寶石的鑒定 近年來，珠寶市場上面市的人工充填處理寶石類型多為人造樹脂充填處理翡翠、祖母 綠、綠松石和鉛玻璃充填處理紅寶石、鉆石等。寶石裂隙中的各類充填物質(zhì)給珠寶鑒定人

6、員帶來一定的困難，然而，利用拉曼光譜分析測試技術有助于正確地鑒別它們。 例充填處理翡翠中環(huán)氧樹脂的拉曼譜峰具體表征為，由苯環(huán)伸縮振動致紅外吸收弱譜 位于 3069cm-1 處，與之對應由 vas(CH2)不對稱伸縮振動致紅外吸收譜帶位于 2934cm-1 處， 而 vs(CH2)對稱伸縮振動致紅外吸收銳譜帶則位于 2873cm-1 處。利用拉曼光譜分析測試技 術對染色處理黑珍珠和海水養(yǎng)殖黑珍珠的鑒定也獲得滿意的結果。 3. 相似寶玉石品種的鑒定 自然界中，分布最為廣的硅酸鹽類寶石的 拉曼光譜主要由復雜的硅氧四面體組合基團或 基團群的振動光譜組成， 由于各硅酸鹽類寶石 中分子的基團的特征振動頻率(SiO 伸縮振 動、SiOSi 和 OSiO 彎曲振動)存在明 顯的差異，導致各自拉曼光譜的表征不一。例如， 利用拉曼光譜測試