鏈狀、環(huán)狀硅酸鹽類寶玉石材質(zhì)反射率光譜特征分析

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，對美的追求也隨之提高。寶玉石以其具有獨(dú)特的美學(xué)價(jià)值越來越受到人們的青睞。寶玉石文物不僅僅有著濃厚的藝術(shù)色彩，更有著無法估量的歷史價(jià)值。一些出土的文物中，會出現(xiàn)難以準(zhǔn)確區(qū)分類別的寶玉石材質(zhì)，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行類型識別顯得尤為重要。

表1 研究中寶玉石樣本

表1為無機(jī)鹽類的寶石類別，萊森光學(xué)知識會在后續(xù)的更新中為您逐一科普。本文主要先分析硅酸鹽寶石的三類成分寶石——鏈狀硅酸鹽、環(huán)狀硅酸鹽、島狀硅酸鹽。

何為硅酸鹽寶石？硅酸鹽寶石礦物是硅氧四面體以各種形式結(jié)合生成的，在無機(jī)鹽類寶石礦物中種類和數(shù)量最多，約占其中80%。

1、鏈狀硅酸鹽

鏈狀硅酸鹽主要以單鏈和雙鏈為主，通常含有Fe3+、Mn3+、Cr3+、Ti3+等過渡金屬陽離子，雙鏈礦物還常見某些陰離子，如OH-。雙鏈礦物只有角閃石族含有水，其余均無水。硅氧主干主要以離子鍵為主。透閃石是含水的鈣、鐵、鎂質(zhì)鏈狀硅酸鹽礦物，理論化學(xué)成分為SiO2 59.169%，MgO 24.808%，CaO 13.805%。

透閃石分析光譜如圖2所示，能看到948nm處有一小而尖銳吸收應(yīng)為的吸收峰。1274 nm有兩個(gè)連續(xù)吸收峰，為Mg的吸收峰。1400nm處有顯著的-OH吸收峰，1909 nm處有吸附水特征峰。2105 nm處極小吸收峰為Si-O一級倍頻。2294 nm附近有小吸收帶，為Fe-OH的吸收帶。由此，透閃石有獨(dú)特的吸附水特征峰，且有-OH基團(tuán)的吸收峰，含金屬離子的吸收峰，分辨容易。

2、環(huán)狀硅酸鹽

狀硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)中包含由3個(gè)，4個(gè)或者6個(gè)[SiO4]4-成的封閉的環(huán)（分別叫三方、四方和六方環(huán)），陰離子間主要以陽離子，比如Al3+，礦物中的空隙連成通道，可以容納各種離子。我們這里主要以堇青石和碧璽為例。

堇青石：主要成分為（Mg,Fe）2Al3[AiSi5O18]，其六方環(huán)中的一個(gè)[SiO4]四面體被AlO4代替，結(jié)構(gòu)孔道中常含H2O。

如圖3堇青石光譜所示：三組堇青石光譜大致相同，893~1062nm有離子吸收帶。1410 nm處有O-H鍵的一級倍頻吸收峰。1898 nm處有特殊的吸附水特征峰。2012 nm，2089 nm 有兩個(gè)Si-O吸收峰（2089 nm也可能是Fe-OH前移）。

碧璽的化學(xué)分子式為：Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6[Si6O18][BO3]3(OH,H）4。從化學(xué)式就能看出碧璽含有多種金屬離子，這些金屬離子的種類與含量決定了碧璽的顏色。由于碧璽陽離子的多變，其顏色是各類寶石中最為豐富的。

我們測定了兩種不同顏色的碧璽（圖4）以及一個(gè)含有不同碧璽的珠寶飾品（圖5）。不同碧璽在400~1100 nm波段均有差異，切合碧璽化學(xué)式中陽離子的多樣性。另外，光譜中全部具有-OH與吸附水吸收峰。

樣品碧璽組在2212 nm與2242 nm出現(xiàn)肩峰，為Al-OH吸收峰。碧璽樣品 0.563 g在730 nm處有Fe和Mn 組合頻，2298nm也有Fe-OH吸收峰。碧璽樣品 0.49 g沒有Fe特征峰，2361 nm處為Mg-OH吸收峰。

首飾碧璽組在2049 nm處均有Si-O一級倍頻，在2175 nm與2198 nm出現(xiàn)肩峰為Al-OH。2249 nm處有吸收峰，為Si-OH的特征峰。2305nm處有吸收峰，是Fe-OH的吸收峰。

首飾碧璽經(jīng)過加工，含有眾多陽離子，所以2000~2400 nm處有多個(gè)吸收峰，由于這些陽離子與羥基結(jié)合的特征峰有先后關(guān)系，因此，該波段是判斷陽離子數(shù)目和區(qū)別種類眾多的玉石的一個(gè)重要手段。

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豐富測量光學(xué)配件：標(biāo)準(zhǔn)白板/灰板、葉片透射夾、礦物土壤專用探頭、手槍式光纖探頭、室內(nèi)太陽光源、視場角鏡頭、BRDF測量附件、透反射實(shí)驗(yàn)室支架裝置、遠(yuǎn)程觸發(fā)器等可滿足野外和實(shí)驗(yàn)室測量需求，可實(shí)現(xiàn)透射反射率、輻照度、輻亮度等測試

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萊森光學(xué)（深圳）有限公司是一家提供光機(jī)電一體化集成解決方案的高科技公司，我們專注于光譜傳感和光電應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

審核編輯：符乾江