现代材料分析技术-红外光谱在翡翠鉴定中的应用(田诗意1400203020).doc

研究生课程论文 《红外光谱分析在翡翠鉴定中的应用》 课程名称 现代材料分析技术 姓 名 田诗意 学 号 1400203020 专 业 机械制造及其自动化 任课教师 陆静老师 开课时间 2014.09—2014.12 教师评阅意见：论文成绩评阅日期 课程论文提交时间：2014 年 12月16日 红外光谱分析在翡翠鉴定中的应用作者：田诗意学院：制造工程研究院 年级：2014 学号:1400203020 摘要：在翡翠贸易中, 鉴定天然翡翠和处理翡翠是一个非常重要的问题传统的翡翠鉴定方法, 主要依赖于折射仪、宝石显微镜、滤色镜和分光镜进行检测, 而所有这些方法对于鉴定处理翡翠( 所谓的B 货翡翠) 十分困难傅里叶变换红外光谱技术可以有效、快速、无损和准确地鉴定处理翡翠这种方法不仅可以鉴定未镶嵌的翡翠, 而且还可以鉴定镶嵌翡翠和一些大型的翡翠饰品, 如手镯、挂件和串珠等关键字：红外光谱技术 翡翠 鉴定 一前言翡翠作为一种玉石, 具有颜色艳丽、质地细腻、晶莹剔透的特点, 而被誉为“玉石之冠”。

对于自古以来就有崇玉、赏玉的华人, 具有强烈的历史、文化吸引力因此翡翠也是我国珠宝首饰市场中,最为常见的商品目前国内珠宝市场上除了天然的优质翡翠外, 还有一些经人工处理的翡翠和染色的翡翠, 业内人士分别称之为A 货、B 货、C 货和B+ C 货所谓A 货是指没有经过任何化学处理的天然翡翠; B 货是指经强酸浸泡漂白后再注入树脂或其它种类物质的翡翠; C 货是指染色的翡翠; B+ C 货是指强酸浸泡漂白后, 在注胶过程中再加入染料处理的翡翠从上述A 、B、C 和B+ C 货的释义中, 我们就可看出上述四种类型翡翠的价值是不同的, 如何科学、快速、无损、准确地鉴别这些不同类型的翡翠, 是摆在每一个珠宝鉴定师面前必须解决的问题, 以往传统的翡翠鉴定方法, 主要依赖于折射仪、宝石显微镜、滤色镜和分光镜进行检测, 这些方法可以鉴定出染色翡翠——即翡翠C 货, 但对于鉴定翡翠B 货颇感棘手而这种翡翠B 货常可以冒充高档翡翠A 货, 由于这两种翡翠的价值相差极大, 所以正确鉴定这两种翡翠有着极为重要的现实意义随着现代测试技术的发展, 红外光谱技术被引入到宝玉石鉴定领域中, 由于仪器本身的改进,使得样品在测试过程中, 可以达到宝玉石鉴定中必须的无损、快速、准确的要求, 并且取得了良好的效果, 本文就红外光谱技术在翡翠A 货、B 货和B+ C 货鉴定中的应用, 作一探讨。

二傅里叶红外光谱仪的原理及特点2.1红外光谱仪的基本原理红外线和可见光一样都是电磁波，而红外线是波长介于可见光和微波之间的一段电磁波红外光又可依据波长范围分成近红外、中红外和远红外三个波区，其中中红外区（2.5～25μm；4000～400cm-1）能很好地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的特征，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而中红外区是红外光谱中应用最广的区域，一般所说的红外光谱大都是指这一范围红外光谱属于吸收光谱，是由于化合物分子振动时吸收特定波长的红外光而产生的，化学键振动所吸收的红外光的波长取决于化学键动力常数和连接在两端的原子折合质量，也就是取决于的结构特征这就是红外光谱测定化合物结构的理论依据红外光谱作为“分子的指纹”广泛的用于分子结构和物质化学组成的研究根据分子对红外光吸收后得到谱带频率的位置、强度、形状以及吸收谱带和温度、聚集状态等的关系便可以确定分子的空间构型，求出化学建的力常数、键长和键角从光谱分析的角度看主要是利用特征吸收谱带的频率推断分子中存在某一基团或键，由特征吸收谱带频率的变化推测临近的基团或键，进而确定分子的化学结构，当然也可由特征吸收谱带强度的改变对混合物及化合物进行定量分析。

而鉴于红外光谱的应用广泛性,绘出红外光谱的红外光谱仪也成了科学家们的重点研究对象. 图2-1 傅立叶变换红外光谱仪实物图2.2傅里叶红外光谱仪的主要特点(1)多路优点夹缝的废除大大提高了光能利用率样品置于全部辐射波长下，因此全波长范围下的吸收必然改进信噪比，使测量灵敏度和准确度大大提高2)分辨率提高分辨率决定于动镜的线性移动距离，距离增加，分辨率提高.一般可达0.5cm-1,高的可达10-2cm.(3)波数准确度高，由于引入激光参比干涉仪，用激光干涉条纹准确测定光程差，从而使波数更为准确4)测定的光谱范围宽，可达10～104cm-1.(5)扫描速度极快，在不到1s时间里可获得图谱，比色散型仪器高几百倍三．实验部分3.1实验仪器ESP-760 型傅里叶变换红外光谱仪( 美国Nicolet 公司) , 包括主机及红外显微镜仪器分辨率为0. 09cm- 1 , 光谱范围40 0- 70 00cm- 1 , 在翡翠鉴定中, 分辨率采用4cm- 1 , 光谱范围500 -4000cm- 1检测过程由计算机进行程序的全自动控制和信息处理, 并由打印机打印出红外光谱图和结果3.2实验方法对所测样品无需特殊处理, 直接放于载物台上进行测定。

四．结果与讨论4.1样品特性 翡翠是以硬玉( 钠铝辉石) 为主的辉石类矿物, 和少量闪石类、长石类矿物组成的集合体辉石族矿物主要有硬玉、绿辉石、锥辉石、透辉石和钠铬辉石等硬玉是钠铝的硅酸盐, 其化学式为NaAlSi2O6, 其中阳离子Na+ 、Al3+ 常被Cr3+ 、Fe2+ 、Fe3+ 、T i4+ 、V 5+ 、Mn2+ 、Mg2+ 等过渡离子不等量类质同像代换, 构成各种不同颜色, 如绿色、红色、紫色等本文所测定的翡翠样品, 均为鲜艳绿色的翡翠戒面4.2结果分析按实验设定的条件, 测定样品的红外光谱图, 如图4-1 所示由于翡翠在加工过程中, 最后均经过一道过蜡工序, 因而表面会留下少许石蜡, 特别是在抛光较差的部位或微裂隙发育的部位, 残留量可能稍多石蜡的主要成分是蜡酸蜡脂, 属于酯肪族碳氢化合物, 含有甲基( CH3 )和亚甲基( CH2) , 在红外光谱图中有2880、2925、2970cm- 1附近图4-1翡翠A货红外光谱图环氧树脂则是一种芳烃类碳氢化合物, 它除了与石蜡一样含有甲基和亚甲基之外, 还含有一种特殊的结构单元—— 苯环( C6H6) , 所以它除了有2880、2925、2970cm- 1附近三个吸收峰外, 还有3040 和3060cm- 1附近两个吸收峰, 这是苯环C H伸缩振动吸收峰的特征吸收峰,这五个吸收峰为环氧树脂的特征吸收峰。

因而我们在用红外光谱分析检测翡翠A 货、B 货和B+ C 货时, 必须注意是否有3040 和3060cm- 1附近这两个吸收峰, 如果没有, 则为翡翠A货; 如果有, 则为翡翠B 货或B+ C 货因为B 货和B+ C 货注入了树脂图4-2翡翠B货红外光谱图图4-3翡翠C货红外光谱图表4-1各种官能团的吸收频率范围区域基 团吸收频率（cm-1）振动形式吸收强度说 明第一区域—OH（游离）—OH（缔合）—NH2，—NH（游离）—NH2，—NH（缔合）—SHC—H伸缩振动不饱和C—H≡C—H（叁键）═C—H（双键）苯环中C—H饱和C—H—CH3 —CH3—CH2—CH23650—35803400—32003500—33003400—31002600—25003300附近3010—30403030附近29601028701029305285010伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩反对称伸缩对称伸缩反对称伸缩对称伸缩m，shs，bms，bsssssss判断有无醇类、酚类和有机酸的重要依据不饱和C—H伸缩振动出现在3000cm-1以上末端═C—H2出现在3085cm-1附近强度上比饱和C—H稍弱，但谱带较尖锐饱和C—H伸缩振动出现在3000cm-1以下（3000—2800cm-1），取代基影响较小三元环中的CH2出现在3050cm-1—C—H出现在2890cm-1，很弱五．结论( 1) 红外光谱技术, 是一种有效的鉴别翡翠种类的方法, 可以快速、无损、准确地鉴别翡翠是天然的还是经过人工处理的。

2) 在红外光谱图中, 2800- 3100cm- 1的五个吸收峰的存在与否, 是鉴定翡翠A 货、B 货和B+ C 货的主要依据B 货或B+ C 货的具体鉴定, 还需配合宝石放大镜或显微镜的观测, 观察其颜色的分布特征, 再配合滤色镜、分光镜的检测加以确定参考文献[1]申柯娅.光谱在翡翠鉴定中的应用.光谱实验室.2000（5）17卷.[2]郭立鹤,韩景仪.红外反射光谱方法的矿物学应用[J]. 岩石矿物学杂志. 2006(03) [3]亓利剑,袁心强,曹姝.宝石的红外反射光谱表征及其应用[J]. 宝石和宝石学杂志. 2005(04) [4] 郭杰.宝石的鉴定方法[J]. 企业标准化. 2007(10)[5] S.Fernandes,M.Khan,G.Cheudhary,陈征.特殊宝石的红外吸收光谱汇编[J]. 宝石和宝石学杂志. 2003(02)[6] 陈晋阳,郑海飞,曾贻善. 显微探针红外光谱仪的发展和应用[J]. 应用科技.2002(01) [7] 王湘君. 红外光谱仪的发展动态[J]. 环境科学动态. 1987(02) [3] 周长玉. 付立叶变换红外光谱仪的特点[J]. 内蒙古石油化工. 2004(04) [8] 顾聚兴.傅里叶变换红外光谱仪[J]. 红外. 2009(06) [3] 顾聚兴.真空傅里叶变换红外光谱仪[J]. 红外. 2008(03) [9] 范松灿.傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点[J]. 太原科技. 2007(11)[10] 周长玉.付立叶变换红外光谱仪的特点[J].内蒙古石油化工. 2004(04)。