王亞軍,周燕萍,石斌,袁心強

(中國地質大學珠寶學院,湖北武漢430074)

河南淅川木變石寶石學研究(下)①

王亞軍,周燕萍,石斌,袁心強

(中國地質大學珠寶學院,湖北武漢430074)

以中國河南淅川木變石為對象,利用現(xiàn)代測試技術對其寶石學特征進行研究。首先對其進行常規(guī)測試,礦片鏡下分析得出樣品里面主要的礦物成分是石英和鈉閃石;通過X射線粉末衍射得出灰藍色樣品的主要成分是石英、方解石、白云石和重晶石,黃色樣品的主要成分是石英、鈉閃石和鐵白云石;拉曼光譜測試結果顯示灰藍色樣品因為其具有顯著的466 cm-1特征拉曼峰所以可以判斷其屬于二氧化硅類,褐黃色樣品的拉曼譜峰,因為其具有顯著的467 cm-1特征拉曼峰所以可以判斷其屬于二氧化硅類即石英[4],其中1089 cm-1代表了閃石類礦物的Si-O伸縮振動,所以黃色基底部分主要的物質應是二氧化硅,此外還有閃石類礦物紅外吸收光譜顯示樣品具有相同的反射譜峰1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1和520 cm-1,結果顯示這些譜峰均屬石英,表明樣品主要是由石英組成;通過激光誘導離解光譜分析出樣品的主要元素是Si、Na、Mg、Ca等,次要元素是Be、Cu、Ag、Pd、Ca、Al、Pb等,而致色元素則是Fe。

木變石;寶石學性質;震動光譜

2.4 激光拉曼光譜分析

灰藍色樣品的拉曼光譜如圖10所示,由圖表可知灰藍色樣品主要的拉曼譜峰是1322 cm-1、504 cm-1、466 cm-1、412 cm-1、296cm-1、208 cm-1和129 cm-1。其中466 cm-1為最強吸收峰,1322 cm-1、208 cm-1、129 cm-1為強吸收峰,411 cm-1為較強吸收峰,297 cm-1為弱吸收峰。其中466 cm-1處為Si-O的彎曲振動,因為其具有顯著的466 cm-1拉曼峰特征,所以可以判斷其屬于二氧化硅類即石英[4]。

圖11顯示的是3、4、5號標褐黃色樣品的拉曼譜峰,由圖表可知黃色部分主要的拉曼譜峰是1089 cm-1、771 cm-1、697 cm-1、505cm-1、467 cm-1、398 cm-1、210 cm-1、131 cm-1和77 cm-1。其中467 cm-1處是最強吸收峰,210 cm-1、1089 cm-1、398 cm-1為強吸收峰,505cm-1、131 cm-1、358 cm-1、77 cm-1為較強吸收峰,771 cm-1697 cm-1、為弱吸收峰。467 cm-1處為Si-O的彎曲振動,因為其具有顯著的467 cm-1特征拉曼峰特征,所以可以判斷其屬于二氧化硅類即石英[4],697 cm-1為O-Si -O的彎曲振動峰[4]。而131 cm-1和210 cm-1為分子晶格中的晶格振動,其中1089 cm-1代表了閃石類礦物的Si-O伸縮振動[5],所以黃色基底部分主要的物質應是二氧化硅,此外還有閃石類礦物。

圖10 灰藍色樣品的拉曼光譜Fig.10 Raman spectra of the dusty blue sample

圖11 褐黃色樣品的拉曼光譜Fig.11 Raman spectra of the isabellinus samples

2.5 紅外光譜分析

本文采用反射法傅里葉紅外吸收光譜法(FTIR)對木變石進行指紋區(qū)頻譜分析,主要針對600～1200cm-1波數(shù)范圍內伸縮振動和400～600cm-1波數(shù)范圍內的彎曲振動展開討論。如圖12所示,五種木變石樣品測得的紅外吸收圖譜基本類似,存在5個主要吸收峰,分別為1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1、520 cm-1。其中1158 cm-1的吸收峰最強,816cm-1處的較強,704cm-1、565cm-1、520cm-1處的則較弱。根據(jù)前文X射線粉晶衍射分析(XRD)所得的物相特征及定量計算結果可知,這五個樣品同屬石英巖類,其主要化學成分大致相同(均為SiO2),晶體結構基本類似(均屬隱晶質結構),故它們的紅外反射光譜圖的譜帶位置、數(shù)目、形狀等特征基本一致是符合事實的。其中1158 cm-1的強吸收峰是Si-O-Si和O-Si-O的反對稱伸縮振動;816cm-1、704cm-1處的峰為O-Si-O的對稱伸縮振動;520cm-1處為Si-O的彎曲振動[6]。在反射圖譜中,1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1、520 cm-1的吸收峰譜,均屬石英[7],表明樣品主要由石英組成,這與我們前面所測試樣品的粉晶衍射結果相吻合。

圖12 樣品的紅外光譜圖Fig.12 Infrared spectrogram of the samples

2.6 激光誘導離解光譜儀(LIBS)分析

LIBS實驗裝置能響應的光譜波長范圍為196～763 nm,涵蓋了紫外—可見的波段,此范圍內基本包括了金屬元素的主要原子及離子光譜線,另外可以檢測H、C、N等非金屬元素的部分譜線,大部分元素在含量達100×10-6以上時均可檢測出,而LIBS對Be、Li、Cs、Na、Al、Ca等元素具較高的靈敏度,其檢測限可達十幾到幾十×10-6甚至更低[7],能夠實現(xiàn)微區(qū)測試,且該測試屬于微損,測試后肉眼基本上不能看見激光燒蝕點,適合珠寶玉石的成分測量。

圖13 灰藍色樣品的LIBS分析譜圖Fig.13 LIBS spectrum of the dusty blue sample

1、2號標本主體顏色為灰藍色,通過LIBS打點測試,其圖譜如圖13所示,可得出這部分的主要元素是Fe、Si、Na,次要元素是Mg、Ca、Mn等,致色元素是Fe。通過前面的薄片分析可知灰藍色部分主要的礦物是石英(SiO2)和鈉閃石[Na2Fe32+Fe23+(Si4O11)2(OH)2],這與LIBS打點測試結果相符。3、4、5號標本黃色部分為主體顏色,通過LIBS打點測試,其圖譜如圖14所示,可得出這部分的主要元素是Fe、Si、Na,次要元素是Ca、Mg、Mn等,致色元素是Fe。通過后面的拉曼分析可知褐紅色部分主要的礦物是石英(SiO2)和鈉閃石[Na2Fe32+Fe23+(Si4O11)2(OH)2],這與LIBS打點測試結果相符。

圖14 褐黃色樣品的LIBS分析譜圖Fig.14 LIBS spectrum of the isabellinus sample

3 結論

筆者通過對樣品進行常規(guī)寶石學測試、顯微結構分析、激光誘導離解光譜儀(LIBS)、X射線粉晶衍射(XRD)、紅外光譜測試和拉曼光譜測試得出以下幾點結論:

(1)通過對樣品的常規(guī)測試,樣品折射率為1.539～1.543,比重為2.59～2.65,與木變石的寶石學參數(shù)相符,表明樣品確實是木變石。

(2)通過顯微結構分析可知:樣品礦片中無色透明部分主要是石英,灰藍色和褐紅色部分主要是石英和鈉閃石。樣品的結構為纖維狀結構和平行纖維狀構造。

(3)通過XRD測試,得出1、2號灰藍色樣品的主要成分是石英(83.85%)、方解石(9.37%)、白云石(4.72%)和重晶石(2.06%),3、4、5號黃色樣品的主要成分是石英(84.20%)、鈉閃石(11.71%)和鐵白云石(4.09%)。

(4)通過拉曼測試,可以得知1、2號灰藍色樣品主要譜峰是466 cm-1、1322 cm-1和1096 cm-1分別為石英、鈉閃石和方解石的特征吸收峰,表明灰藍色樣品的主要成分是石英、鈉閃石和方解石;而3、4、5號黃色樣品的主要譜峰是467 cm-1、1089 cm-1和991 cm-1分別為石英、鈉閃石和重晶石的特征吸收峰,表明黃色樣品的主要成分是石英、鈉閃石和重晶石。

(5)通過紅外測試可以得知,紅外吸收光譜顯示五個樣品具有相同的反射譜峰1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1和520 cm-1,其中1158 cm-1的強吸收峰是Si-O-Si和O-Si-O的反對稱伸縮振動;816cm-1、704cm-1處的峰為O-Si-O的對稱伸縮振動;520cm-1處為Si-O的彎曲振動。在反射圖譜中這些吸收峰均屬石英,表明樣品主要由石英組成.

(6)通過LIBS的測試可以得知礦物中的主要元素為Si、Na、Mg、Ca等,次要元素是Be、Cu、Ag、Pd、Ca、Al、Pb等,而致色元素則是Fe。

(7)綜合前面所測試的結果得出如下結論:木變石是由二氧化硅交代鈉閃石即青石棉而成,其中灰藍色樣品定名為鷹睛石,主要成分為二氧化硅和鈉閃石,此外還含有少量方解石;褐黃色樣品定名為虎睛石,主要成分為二氧化硅,此外還有少量的鈉閃石、方解石和重晶石。

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[7] 涂彩.激光誘導離解光譜技術及其寶石學應用[D].武漢:中國地質大學,2009.

Gemological Research of Wood Theyndrite in Xichuan

WANG Ya-jun,Zhou Yan-ping,Shi Bin,Yuan Xin-qiang
(Gemological Institute,China University of Geosciences,Wuhan 430074 China)

In this article,the gemological characteristic of wood theyndrite in Xichuan, Henan provence,China has been studied through modern testing technology.Firstly,the wood theyndrite has been tested by conventional technique.The microscopic analysis of the thin section of ore sample shows that the main mineral compositions are quartz and riebeckite;main compositions of the dusty blue samples are confirmed by X-Ray Powder Diffraction,namely,quartz,calcite,dolomite and barite,and for the yellow sample,the main composition are quartz,riebeckite and ankerite;Raman spectroscopy test shows significant Raman spectrum peak of 466 cm-1characteristic in the dusty blue sample,hence it can be concluded that it belongs to silicon dioxide.The isabellinus sample has significant Raman spectrum peak of 467 cm-1characteristic which indicates it belongs to silicon dioxide,namely quartz.1089 cm-1represents the Si-O stretching vibration of amphibole minerals,so the dominant material of the yellow basal part should be silicon dioxide. Meanwhile,infrared absorption spectrum of amphibole minerals shows that the sample has the same reflection spectrum peak 1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1and 520cm-1,result shows that all of these Spectral Peak belongs to quartz which indicates that the dominant composition of the sample is quartz.Laser induced dissociation spectrum shows the major elements are Si,Na,Mg and Ca.The secondary elements are Be,Cu, Ag,Pd,Ca,Al and Pb.The coloring element is Fe.

wood theyndrite;gemological characteristics;vibrational spectra

TS933

A

1673-1433(2014)03-0050-05

2014-05-18

王亞軍(1987-),男,博士研究生在讀,主要從事寶石測試技術研究。