目前,市场上90%～98%的天然无色钻石通常为Ia型(包括IaA、IaAB、IaB型),无色合成钻石主要为II型(包括IIa型、IIb型)。通过紫外荧光灯、宝石显微镜、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)吸收光谱结合显微共焦激光拉曼光谱对天然钻石、高温高压(HTHP)法合成钻石和化学气相沉淀(CVD)法合成钻石进行光谱学特征研究, 并对拉曼光谱1335 cm-1谱峰进行洛伦兹拟合, 得到半高全宽值, 对半高全宽值进行单因素方差分析。结果表明: 天然钻石长波荧光强于短波, 合成钻石的短波荧光强于长波; 天然钻石内部可见云状物、浅色晶体包体、深色包体, HTHP合成钻石内部可见Fe、Ni金属触媒包体, CVD合成钻石内部可见点状包体, HTHP样品具有磁性; 红外吸收光谱显示, 天然钻石在1179 cm-1、1282 cm-1、1365 cm-1处有明显吸收峰, 属于IaAB型; 合成钻石在1332~1100 cm-1无明显氮相关吸收, 属于II型; UV-Vis-NIR光谱显示, 天然钻石存在415 nm(N3)吸收峰, 而合成钻石无此吸收峰; 天然钻石和合成钻石的拉曼位移一致, 半高全宽存在显著差异, 天然钻石的半高全宽均在6.0 cm-1以上, 合成钻石的半高全宽值均在6.0 cm-1以下, 可为鉴别天然钻石和合成钻石提供理论依据。

以缅甸、俄罗斯、危地马拉翡翠为研究对象,利用分子光谱对三个产地翡翠的光谱特征进行了对比分析。以红外光谱和激光拉曼光谱为基础,结合主成分分析((Principal Component Analysis,PCA)和反向(Back Propagation, BP)神经网络,建立了产地判别模型,并对其判别效果进行了检验。结果表明:不同产地翡翠的红外吸收光谱基本一致,拉曼光谱呈现一定差异,缅甸、危地马拉和俄罗斯翡翠均具有特征拉曼光谱。利用基于红外光谱的PCA-BP神经网络判别模型鉴别训练样品和检验样品,准确率分别为94.2%和91.6%;利用基于激光拉曼光谱的PCA-BP神经网络判别模型鉴别训练样品和检验样品,准确率分别为93.48%和100.0%。由此可知,基于红外光谱和拉曼光谱的PCA-BP神经网络判别模型对翡翠产地的鉴别准确率均较高,表明其在翡翠产地快速鉴别方面具有一定的实用性和可行性。

目前的市场上充斥着大量焰熔法合成的尖晶石，仅通过常规方法不能对合成尖晶石和天然尖晶石进行有效鉴别。为了准确鉴别天然尖晶石和焰熔法合成尖晶石，本文基于傅里叶变换红外光谱、X射线荧光光谱、吸收光谱和激光拉曼光谱，分别对天然尖晶石和焰熔法合成尖晶石进行分子结构、化学成分、致色机理等的研究，并对拉曼光谱在405 cm^-1位置的谱峰进行洛伦兹拟合，得到半峰全宽值，然后对半峰全宽值进行单因素方差分析。结果表明：天然尖晶石和焰熔法合成尖晶石的常规宝石学特征基本一致，但它们的分子结构、化学成分、致色机理、半峰全宽存在显著差异，可为鉴别天然尖晶石和焰熔法合成尖晶石提供理论依据。

高温硫化(HTV)硅橡胶复合绝缘子广泛应用于特高压输电线路, 其抗紫外老化性能越来越受到人们的关注。 采用自行设计的可调式紫外老化试验箱对两个厂家的高温硫化硅橡胶样品进行了紫外辐照(0, 500和1 000 h)加速老化实验, 辐照光波长范围为320～750 nm。 对辐照前后试样进行傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)测试, 分析谱峰的变化与试样(表面)官能团的关系, 辅以扫描电子显微镜(SEM)和憎水性、 体积电阻率的测试来研究HTV硅橡胶的老化机理。 结果表明: 高温硫化硅橡胶FTIR全谱图中1 260 cm-1处Si—CH3反射峰和800 cm-1附近Si—(CH3)2反射峰强度随辐照时间的增加而逐渐减弱, 1 000～1 100 cm-1处的Si—O—Si反射峰强度随辐照时间的增加先减弱后增强; 扫描电镜观察到辐照后的样品表面出现大颗粒和坑洞、 粗糙度变大, 其主要元素O, Si和Al重量百分比略增加; 喷水分级法在表面形成的水珠随着样品辐照时间的延长由均匀分布变得不均匀且出现合并, 憎水性有明确下降; 体积电阻率略微降低。 分析认为: 辐照后紫外线切断了HTV硅橡胶部分Si—C, C—C和C—H键, 对称排列的非极性甲基基团—CH3从硅氧主链上脱落, 减弱了对主链强极性的屏蔽作用, 使Si—O—Si峰强度减弱, 且少量侧链被氧化, 形成C—O和—OH(COOH); 而主链之间因裸露出来的自由基—Si·发生进一步的交联反应, 使得Si—O键相对含量增加, 使Si—O—Si峰强度再增强。 二方面结果均导致高温硫化硅橡胶表面极性增强, 憎水性下降。 水本身具有微弱的电离, 憎水性下降的高温硫化硅橡胶易吸收空气中的水使其表面载流子浓度增加体积电阻率略有下降。 通过红外光谱分析, 紫外线是通过切断高温硫化硅橡胶表面的部分Si—C, C—C, C—H键, 使其生成新的自由基并发生交联和氧化而使其老化的。 红外光谱的应用对于高温硫化硅橡胶复合绝缘子老化研究及其在特高压输电线路上的挂网应用均具有重要意义。

运用傅里叶变换红外光谱仪对常见宝石、 玉石、 有机宝石的近红外光谱进行分析研究以及谱峰归属。 宝石的近红外光谱表明, 宝石矿物中广泛存在不同类型水的合频、 倍频吸收峰, 也可出现能量较低的电子跃迁吸收峰, 其中水分子组合频吸收峰位于5 200 cm-1±, OH的倍频吸收峰位于7 000 cm-1±, 以5 898 cm-1±和7 849 cm-1±为中心的强宽吸收谱带为能量较低的电子跃迁吸收峰, 并且当只有7 000 cm-1±出现时表明水以—OH的形式存在于宝石中, 当5 200和7 000 cm-1±吸收峰同时存在则表明宝石矿物中水的存在形式既有水分子也有—OH。 而有机宝石近红外光谱以7 000 cm-1± NH伸缩振动的一级倍频和5 200 cm-1± NH伸缩振动与酰胺Ⅱ的组合频为特征。 但是, 近红外光谱吸收峰的峰位、 峰型、 相对强度因有机宝石的品种不同而有所区别。 苯环中CH的伸缩振动与弯曲振动组合频吸收峰(4 061和4 179 cm-1±)、 CH伸缩振动与苯环骨架振动的组合频吸收峰(4 621和4 683 cm-1±)为经过有机物充填处理的宝玉石的特征谱峰, 其中, 与苯环有关的吸收峰, 表示样品经过充填处理, 指示样品中环氧树脂的存在。

采用高温固相法制备了CaAl2Si2O8∶Eu, Ce, Tb单基三元掺杂的荧光材料。 使用X射线衍射仪(XRD)、 拉曼光谱仪(Raman)和荧光分光光度计(PL)等测试手段对该荧光材料进行表征。 采用XRD表征了样品的物相组成, 测试结果表明稀土离子Eu2+置换Ca2+并没有引起CaAl2Si2O8基质晶格结构的变化。 拉曼光谱分析证实了样品中硅氧四面体和铝氧四面体的存在, 表明了Eu2+替代Ca2+的数量与晶体形态畸变程度有关, Eu2+进入基质晶格的数量影响着硅(铝)氧四面体的数量。 PL测试结果表明样品在325 nm光激发下, 其发射峰主要表现为426 nm(蓝光区)的强宽带发射峰和541 nm(绿光区)的弱发射峰, 其中426 nm处的宽带发射峰可通过高斯拟合成三个位于393, 419和474 nm的拟合峰; 对比分析荧光性能以及同等合成条件下样品荧光强度的不同, 确定了该荧光材料在三掺Eu∶Ce∶Tb的摩尔比为1∶1∶15时所发射荧光最强。 CIE色度图坐标显示三种掺杂比例下制备的荧光材料均发射蓝色荧光, 光显色性好, 色温低, 是一种适合作为紫外-近紫外激发的LED用蓝色荧光材料。

水热法合成水晶与天然水晶的物理化学性质相似、内含物少见,常规检测方法无法鉴别。本论文采用德国布鲁克(Bruker)TENSOR27红外光谱仪测试分析,发现合成无色水晶以3585 cm-1谱带为特征; 烟水晶特征吸收峰在3300~3000 cm-1附近,而合成烟水晶位于3600~3300 cm-1附近; 合成黄水晶仅有5200 cm-1吸收峰,黄水晶不具有此特征吸收; 紫水晶具有5228 cm-1、4450 cm-1特征谱带,合成紫水晶在4000~3000 cm-1内有特征吸收峰;合成绿水晶仅有5200 cm-1吸收峰。

水热法合成水晶是依据天然水晶的物理化学性质并模拟其形成环境制得,常规检测方法无法鉴别。本论文采用法国(HORIBA Jobin Yvon)OLYMPUS BX41激光拉曼仪测试分析,并对天然水晶与水热法合成水晶拉曼谱466 cm-1谱峰进行高斯线性拟合,发现水晶半高宽均大于6.5 cm-1,而合成水晶半高宽均小于6.5 cm-1。拉曼光谱半高宽值的差异可对天然水晶和水热法合成水晶的鉴别提供依据。

本文采用傅里叶变换红外光谱仪对有机宝石犀角、玳瑁、珊瑚、珍珠、琥珀有机宝石的近红外光谱进行归属和对比研究。结果表明：有机宝石近红外光谱以氨基酸的倍频、组合频为主，其中较强的两个吸收谱带为6800 cm^－1± NH 伸缩振动第一倍频，5100 cm^－1± NH 伸缩振动和酰胺II （CN伸缩振动，NH 弯曲振动偶合产生，主要属于CN 伸缩振动）的组合频。该研究结果可为有机宝石的鉴别提供新的方法，也为有机宝石的成分研究提供了一定的信息。