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        長白石的鑒定及紅外光譜特征分析

        2018-07-09 07:37:56王偉宏蔣俊光屠睿凌
        吉林地質(zhì) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:振動

        王偉宏,蔣俊光,屠睿凌

        1.吉林省寶石產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督站,吉林 長春 130012;2.中國科學院長春應(yīng)用化學研究所,吉林 長春130061;3.美國弗吉尼亞大學,美國 夏洛茨維爾 22904

        0 引言

        長白石是東北地區(qū)著名的印章石,因產(chǎn)于長白山脈中段的長白山朝鮮族自治縣馬鹿溝村又稱長白玉、馬鹿玉。長白石在明清時代即被開發(fā)利用,現(xiàn)今長白縣塔山博物館就收藏有明清用長白石制作的印章,澳門回歸時中方官方印章系采用馬鹿溝長白石雕刻而成,享譽中外[1-3]。但長白石在九十年代開采初期,由于當時人們對印章石知識的缺乏和深入了解,開采方式也以爆破為主,礦石全部以礦粉原料的方式向外銷售,國內(nèi)用礦粉于做瓷器300元/噸售出,出口日本的長白石礦粉也以500元/噸的低價售出,造成礦產(chǎn)資源的巨大浪費,隨著地表開采的深入,一些半透明帶雜質(zhì)的長白石又被以藝術(shù)雕刻品底座的方式以半成品的形式對外銷售。近些年,隨著印章石收藏市場的不斷升溫,我省的一些工藝美術(shù)雕刻大師多次去礦區(qū)實地考察,發(fā)現(xiàn)長白石中的白凍有著與巴林白凍同樣的石質(zhì)特征,并開始用長白石進行藝術(shù)創(chuàng)作。也取得了非常好的藝術(shù)效果,特別是用長白石雕刻的人物作品《老子》在中國工藝美術(shù)大師展中榮獲銅獎。長白石中的黃皮、下部多為灰黑與黃色(鮮黃、土黃)其伴生黃色非常鮮明,透明度好,黃皮中的極品跟壽山石中的旗降、善伯的石質(zhì)特征也極為相似。過去,長白石作為圖章石的學術(shù)研究較少,從現(xiàn)有可查的地質(zhì)資料來看,認為長白石主要由葉臘石、明礬石等礦物構(gòu)成;張寧克認為長白石主要由高嶺石組成[4]。劉瑞等認為,長白石主要由地開石為其主要的礦物成分[5]。為了深入了解長白石礦物組成等特征,筆者從藏友處借來十幾件長白石樣品,進一步對其礦物組成、外觀特征等做更深入的研究與分析,為長白石的分級評價打下理論基礎(chǔ)。

        1 長白石外觀特征

        長白石的樣品主要來自我省部分工藝美術(shù)大師手中的收藏品,長白石樣品的顏色以白、灰白、灰色為主色調(diào),部分也有黃色、黑色、多色、灰綠,另外多含有透明至微透明的俗稱“凍腦”。長白石的另一個主要外觀特征是印石上多有黑色沙點分布,透明度多為半透明-不透明?!皟鍪倍喑拾胪该?,“多色彩石”則多不透明。長白石具有貝殼狀斷口,斷面較光滑,密度為2.61~2.62 g/cm3,其摩氏硬度2~3,適于雕刻。樣品見圖1。

        長白石外觀特征與主要礦物組成見表1。

        2 紅外光譜特征

        為保持工藝美術(shù)品的完整、美觀,我們采用紅外光譜反射法通過對十幾件不同品種長白石的不同部位打點分別采樣,進行無損檢測,以分析研究不同品種長白石其主要礦物組成。由于紅外吸收峰的變化與礦物結(jié)晶程度、粒度及離子置換等許多因素有關(guān),所以IR分析運用于礦物鑒定也是有效的,特別是紅外吸收光譜對礦物中的水很敏感,可獲得礦物中的H2O和(OH)的重要信息,這也是近年來紅外光譜越來越多的被應(yīng)用在粘土類礦物的成分研究工作中。這一次我們采用吉林省地質(zhì)科學研究所提供的TENSOR27布魯克紅外光譜儀進行檢測,測試條件:分辨率為8 cm-1,掃描范圍為400 cm-1~4 000 cm-1,掃描次數(shù)為32次。

        4號樣品灰白色,品名:灰白凍石,不透光部分有凍斑。測試結(jié)果顯示樣品的主要礦物成分為珍珠陶石。。

        從4號樣品的紅外光譜反射圖(圖2)可以看到,由于高嶺石族礦物的紅外光譜相似,它們主要通過高頻區(qū)3 700 cm-1~3 620 cm-1的OH振動來區(qū)分具有鑒定意義,由于每個礦物在3 700 cm-1和3 620 cm-1上都有兩個比較銳的吸收帶,分別屬于外羥和內(nèi)羥的吸收,而4個內(nèi)外羥帶相對強度和發(fā)育情況 在4種高嶺石族礦物中各不相同,而4號樣品在第1帶(3 700 cm-1左右的峰)強度小于第3帶(3 650 cm-1左右,3 644 cm-1)、第4帶(3 620 cm-1左右,3 623 cm-1)構(gòu)成的雙峰。由此可以判斷4號長白石樣品主要礦物成分為珍珠陶石,進一步對黃色具膠凍狀透光的5號樣品進行紅外反射測試發(fā)現(xiàn)。

        5號樣品在高頻區(qū)3 700 cm-1~3 620 cm-1的OH振動吸收峰主要見第1帶(3 700 cm-1左右)、第4帶(3 620 cm-1左右),第4帶吸收峰強度明顯大于第1帶,而5號樣品在第4帶3 619 cm-1的峰強度明顯高于第1帶3 688 cm-1的峰,故可以判定5號樣品主要礦物成分為多水高嶺石即埃洛石。另外5號樣品譜上935 cm-1上的內(nèi)羥吸收極弱,只見910 cm-1上的外羥帶,更進一步證實了其為多水高嶺石的判斷。長白石的彩石品種中,我們通過對38369號紅外,也是在高頻區(qū)3 692 cm-1、3 651 cm-1、3 621 cm-1上的OH振動內(nèi)外羥帶,第1帶(3700 cm-1左右的吸收峰)3 692 cm-1、第3帶(3650 cm-1左右)3651和第4帶(3 620 cm-1左右)3 621 cm-1的吸收峰呈現(xiàn)依次增強,可以判定該件樣品主要礦物成分為地開石(圖3、圖4 )。

        圖1 長白石樣品Fig.1 Samples of Changbai stone

        表1 長白石樣品的外觀特征及其主要礦物組成Table1 Appearance characteristics and mineral components of Changbai stone samples

        圖2 長白石4號樣品紅外光譜反射圖Fig.5 Infrared re fl ection spectra of No.4 sample of Changbai stone

        圖3 長白石5號樣品紅外光譜反射圖Fig.5 Infrared re fl ection spectra of No.5 sample of Changbai stone

        由于高嶺石族的地開石與珍珠陶石這兩種礦物常?;庸采?,紅外光譜反射法較難區(qū)分它們,故我們又進一步做溴化鉀壓片測試。由于印章石底部經(jīng)常為刻字而沒有拋光,所以從樣品這個部分刮粉末制樣,并不會影響印石的整體美觀和藝術(shù)效果,紅外光譜測試由中科院長春應(yīng)用化學研究所提供的美國賽默飛世爾(ThermotFisher)科技公司生產(chǎn)的Nicolct6700型傅里葉變換紅外光譜儀完成。采用KBR壓片法,分辨率4 cm-1,掃描范圍為400 cm-1~4 000 cm-1,掃描次數(shù)為32次。掃描結(jié)果見圖5。珍珠陶石型長白石在高頻區(qū)3 700 cm-1~3 600 cm-1的OH振動來呈現(xiàn)3701 cm-1的吸收峰強度小于3 647 cm-1和3 628 cm-1構(gòu)成的雙峰,并在OH振動位于950 cm-1~900 cm-1范圍只有910 cm-1外羥帶。

        如圖6所見,地開石型長白石在OH振動高頻區(qū)3 700 cm-1~3 600 cm-1的三個吸收峰3 699 cm-1、3 652 cm-1、3 620 cm-1依次增強。并在 OH振動位于950 cm-1~900 cm-1范圍930 cm-1處有弱帶或肩狀的吸收峰。

        3 討論和結(jié)論

        多水高嶺石、地開石和珍珠陶石礦物的紅外光譜雖然極為相似,可我們通過紅外光譜反射法K-K之后以及KBr溴化鉀壓片法對長白石的測試中發(fā)現(xiàn),紅外吸收光譜對礦物中的水很敏感,因而可以通過礦物中的H2O和(OH)的伸縮振動和彎曲振動來獲取重要信息,特別是高頻區(qū)3 700 cm-1~3 600 cm-1范圍內(nèi)的OH伸縮振動引起的吸收譜帶,并根據(jù)該吸收譜帶的位置和相對強度,可以區(qū)分高嶺石的三種多型變體—多水高嶺石、地開石和珍珠陶石。

        圖4 長白石38369號樣品紅外光譜反射圖Fig.4 Infrared re fl ection spectra of No.38369 sample of Changbai stone

        圖5 珍珠陶石型長白石粉末KBr壓片紅外光譜圖Fig.5 IR spectra of pearlite type Changbai stone power by KBr compression method

        圖6 地開石型長白石粉末KBr壓片紅外光譜圖Fig.6 IR spectra of dickite type Changbai stone power by KBr compression method

        表2 高嶺石的三種多型變體的OH振動特征Table 2 three OH vibration characteristics of kaolinite

        通過以上分析,我們發(fā)現(xiàn)官能團區(qū)OH伸縮振動所致的高頻區(qū)3 700 cm-1~3 600 cm-1的特征吸收峰的相對強度具有鑒定意義。同時,OH的彎曲振動在950 cm-1~900 cm-1之間的938 cm-1和910 cm-1左右的兩個特征吸收峰也同樣具有特征的鑒定意義。研究發(fā)現(xiàn)長白凍石特別是呈凍狀態(tài)好的其主要礦物成份為多水高嶺石、埃洛石,而其它凍石不是以珍珠陶石為主要礦物成份,而長白印石—單色石是以含地開石的珍珠陶石到含少量珍珠陶石的地開石為其主要礦物成份,長白印石中的多色彩石則是以地開石為其主要礦物成份。

        [1]彭文世,劉高魁.礦物紅外光譜圖集[C].北京:科學出版社2008.

        [2]張蓓莉.系統(tǒng)寶石學(第二版)[M].北京:地質(zhì)出版社,2001.

        [3]余曉艷.有色寶石學教程[M].北京:地質(zhì)出版社,2009.

        [4]張寧克.玉界新貴——長白石[J].中國地名,2010.(4):38-43.

        [5]劉瑞,王志華,劉翠.吉林長白石礦物學特征研究[J].長春工程學院學報, 2017,(3):97-100.

        [6]吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局.吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1982.

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