激光拉曼光谱仪

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1928年，印度物理学家拉曼（Raman CV）首次发现了拉曼效应，并获得了诺贝尔物理学奖（1930年）. 在1960年代初期，激光的出现为拉曼光谱提供了理想的单色光源. 自1970年代以来，单色仪，检测器，光学显微镜和计算机等新技术的发展极大地提高了激光拉曼光谱仪的测试性能. 作为微区无损分析和红外吸收光谱法的补充技术，拉曼光谱法可以快速确定宝石中分子振动的固有频率，确定分子的对称性，分子内力的大小以及一般分子的性质. 分子动力学它为宝石鉴定人员研究矿物中离子的分子组成，分子配体结构，分子基团结构单元和离子无序占据提供了一种快速有效的检测方法（见图2- 2-22）.

图2-2-22激光拉曼光谱仪

首先，基本原则

激光拉曼光谱是一种激光光子e799bee5baa6e997aee7ad94e78988e69d8331333433616233与宝石分子发生非弹性碰撞后，分子接头的散射光谱会改变原始入射频率. 这种非弹性碰撞的散射光谱通常称为曼光谱.

在激光光子与分子的碰撞过程中，除了被分子吸收外，还会发生散射. 由于不同的碰撞方式，光子与分子之间的散射形式很多:

1. 弹性碰撞

光子与分子之间没有能量交换，只改变了光子的运动方向，其散射频率等于入射频率. 这种散射在光谱中称为瑞利散射.

2. 非弹性碰撞

光子与分子碰撞时会发生能量交换，也就是说，它们会改变光子运动的方向，也会改变能量，因此散射频率和入射频率是不同的. 这种散射在光谱中称为拉曼散射.

3. 拉曼散射的两个跃迁能差

当散射光的频率低于入射光的频率时，分子能量会丢失. 这种分散线称为斯托克斯线；如果散射光的频率高于入射光的频率，则分子能会增加，这种散射线称为反斯托克斯线. 前者是分子吸收能量并跃迁至较高能级，后者是分子释放能量并跃迁至较低能级.

由于分子通常在室温下处于振动基态，因此斯托克斯线在拉曼散射中占主导地位，而反斯托克斯线的强度非常低，通常很难观察到. 斯托克斯线和反斯托克斯线统称为拉曼光谱. 通常，拉曼位移取决于宝石分子结构中的振动能级，而与辐射源无关.

第二，在宝石学中的应用

1. 宝石中夹杂物的组成和形成类型

宝石中夹杂物的组成和性质对于鉴定其成因，种类和起源具有重要意义. 固相矿物包裹体的传统鉴定和研究方法是将矿物包裹体抛光到样品表面激光拉曼光谱的应用，然后使用电子探针进行分析和测试. 流体包裹体的研究主要是利用微观的冷，热阶段来观察流体包裹体在冷冻和加热过程中的相变特征，并确定均匀温度，共晶温度和凝固温度，最后通过相平衡来确定. 数据可用于推断或计算流体包裹体的分子组成，密度，地层温度，压力和盐度. 以上方法均为破坏性试验，显然不适合宝石鉴定和研究.

拉曼光谱法具有高分辨率和灵敏度高，快速且无损的优点，特别适合于识别大小为1μm的单一流体包裹体（见图2-2-23）和各种固体矿物包裹体. 研究. 例如，使用拉曼光谱法对辽宁50号岩管中金刚石夹杂物的测试结果表明，该地区金刚石的常见夹杂物类型为橄榄石，铬铁矿，铬氧化镁石榴石，氧化镁石榴石，金属硫化物矿物，石墨和流体包裹体.

另一个例子，使用拉曼光谱法测试通过桂林水热法合成的蓝宝石中的流体夹杂物，以确认液相中含有具有识别意义的碳酸盐（矿化剂）成分. 再举一个例子，拉曼光谱法用于测试的通量合成和的熔融处理，以确定通量残渣（晶体）和二级玻璃体（非晶体）的拉曼峰，前者是在800〜1000cm范围内-在1范围内，将显示一组具有较高相对计数强度的密集拉曼峰（见图2-2-24）.

图2-2-23在绿柱石中的流体包裹体的拉曼光谱显示了方解石矿物

图2-2-24合成中助熔剂残留的拉曼光谱

2. 人工加工宝石的鉴定

近年来，在珠宝市场上列出的人工填充宝石的类型主要是人造树脂，填充有祖母绿，祖母绿，绿松石和填充了和的铅玻璃. 宝石裂缝中的各种填充材料给珠宝鉴定师带来了一些困难，但是，使用拉曼光谱分析和测试技术有助于正确鉴定它们.

例如，祖母绿填充中环氧树脂的拉曼峰的特征是苯环的拉伸振动在3069cm-1处具有弱的红外吸收带，这对应于由vas（CH2）引起的不对称拉伸振动红外吸收带位于2934cm-1激光拉曼光谱的应用，而由vs（CH2）的对称拉伸振动引起的红外吸收锐带位于2873cm-1. 通过拉曼光谱分析和测试技术鉴定染色的黑珍珠和海洋养殖的黑珍珠也获得了满意的结果.

3. 鉴定相似的宝石品种

在自然界中，分布最广的硅酸盐宝石的拉曼光谱主要由复杂的硅酸盐四面体基团或基团的振动光谱组成，这是由于每种硅酸盐宝石的分子基础不同，特征振动也存在明显差异. 团簇的频率（Si-O拉伸振动，Si-O-Si和O-Si-O弯曲振动），导致它们各自拉曼光谱的表征不同. 例如，拉曼光谱测试技术可以有效地识别黑玉和类似的玉种，例如黑角闪石玉，黑钠铁矿，黑蛇纹石玉和黑软玉. 图2-2-25是摩西玉的拉曼光谱，表明其矿物成分为钠长石，角闪石，铬翡翠，方钠石和铬铁矿.

图2-2-25摩西西玉的拉曼光谱

Ab. 长石钠; ck霍恩布莱德;阿斯特铬铁矿玉； ch亚铬酸钠铬铁矿

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