氟磷锰矿是一种稀有矿物, 宝石级氟磷锰矿可呈现高饱和度的红橙色。 选取三颗来自巴基斯坦的样品, 通过电子探针、 拉曼光谱、 红外光谱和紫外-可见光吸收光谱进行系统研究, 旨在获得其化学成分、 光谱学特征, 分析致色离子, 为其品种鉴定、 优化处理等提供重要数据。 样品平均化学成分化学式为(Mn_1.66, Fe_0.17, Ca_0.15, Mg_0.03)_Σ2.02[P_0.99O_4.14]F_0.82, 属含少量铁的氟磷锰矿, 与文献记载的巴基斯坦Shigar山谷产出的宝石级氟磷锰矿化学成分相似。 拉曼光谱与红外光谱显示氟磷锰矿的主要振动基团为PO43-基团。 拉曼光谱的主峰位于980 cm^-1, 可用于分析羟基与氟的替代关系, 450和427 cm^-1双峰的强度比可反映Mn²⁺和Fe²⁺的替代关系。 红外光谱在400~650 cm^-1波段和900~1 200 cm^-1波段有吸收峰, 可以反映羟基与氟和Mn²⁺与Fe²⁺的替代关系。 因此, 拉曼光谱、 红外光谱特征可清晰区分氟磷锰矿、 羟磷锰矿和氟磷铁矿三个类质同像矿物。 紫外-可见光吸收光谱中, 以406 nm为中心的强吸收峰是由于Mn²⁺自旋禁阻跃迁导致; 以455 nm为中心的弱吸收峰是由于Fe²⁺自旋禁阻跃迁导致, Mn²⁺对此峰也有一定贡献; 以533 nm为中心的吸收峰是由Mn²⁺的⁶A_1g(S)→⁴T_1g(G)跃迁导致。 样品呈现红橙色, 属自色矿物。 氟磷锰矿族矿物普遍存在类质同象, 拉曼光谱、 红外光谱可准确鉴定氟磷锰矿, 电子探针可以为其产地溯源提供重要信息。

蓝宝石作为五大名贵宝石之一, 经济价值极高, 其中“皇家蓝”、 “矢车菊蓝”最为昂贵。 而水热法可合成出颜色与“皇家蓝”色极为相似的蓝宝石, 且合成出的晶体较大, 可通过切磨加工获得内部纯净的样品, 仅凭外观及常规方法难以鉴别。 选取了7颗水热法合成蓝色蓝宝石为实验对象, 采用LA-ICP-MS、 拉曼光谱仪、 红外光谱仪、 紫外-可见分光光度计和三维荧光光谱仪, 对其化学成分、 谱学特征进行研究, 并与外观极为相似的天然蓝宝石、 焰熔法合成蓝宝石进行对比分析。 分析表明, 水热法合成蓝宝石总体成分较为单一, 而天然蓝宝石则含有丰富的微量元素。 三种样品拉曼光谱均呈现典型的刚玉振动模式, 显示A_1g和E_g振动模的拉曼峰。 在红外光谱的指纹区, 三种样品的吸收峰均无明显差别, 与拉曼光谱的结果耦合。 但在官能团区3 000~4 000 cm^-1波数范围, 水热法合成蓝宝石存在由含水矿物包裹体产生的羟基振动峰, 而天然蓝宝石和焰熔法合成蓝宝石未显示此特征。 紫外-可见光谱表明三种样品均为Fe²⁺-Ti⁴⁺对致色, 但水热法与焰熔法合成蓝宝石未出现天然蓝宝石中450 nm吸收峰。 三维荧光光谱表明, 两种合成蓝宝石在240 nm光源激发下均出现与Ti⁴⁺相关的电荷转移导致的蓝色荧光, 而天然蓝宝石样品未出现此荧光。 化学成分、 红外光谱、 紫外-可见吸收光谱、 三维荧光光谱可为水热法合成蓝宝石的鉴别提供重要信息。