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。

甘肃马衔山和田玉具有重要的宝玉石价值和考古文化价值, 其中产地区分为甘肃马衔山和田玉的研究重点。 通过测试分析马衔山和田玉的化学成分, 对比其与国内主要产地和田玉的化学成分差异, 建立微量元素产地判别模型, 对甘肃马衔山和田玉的产地鉴别进行探究, 为甘肃齐家文化中古玉器溯源提供数据支撑。 以电子探针分析甘肃马衔山和田玉的主量元素, 结果表明其主要成分为透闪石。 采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪分析其微量元素和稀土元素, 对比新疆、 青海、 辽宁、 江苏、 贵州、 甘肃马衔山和田玉微量元素蛛网图、 稀土元素参数和稀土元素配分图, 结果表明不同产地和田玉存在差异, 可进行产地区分; 三维散点图δCe-ΣREE-LREE/HREE投图可将青海、 辽宁、 江苏、 贵州和田玉进行产地区分, 但不能区分新疆和甘肃马衔山和田玉; 运用SPSS软件对新疆、 青海、 辽宁、 江苏、 贵州、 甘肃马衔山和田玉的微量元素建立产地线性判别模型, 对于已知六个产地: 新疆、 青海、 辽宁、 江苏、 贵州、 甘肃马衔山的数据, 判别分析正确率可达100.0%, 交叉验证正确率为90.3%, 预留10组马衔山和田玉数据, 回代验证正确率为100%。 微量元素产地线性判别模型在和田玉产地判别中获得很好的效果。

湖北江陵九店战国墓M56出土墨为我国早期制墨原料和工艺研究提供了重要的实物资料, 但出土至今一直未对其进行分析和研究, 关于墨类型、 墨中添加剂及胶结物等信息尚未知。 为此, 应用傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)、 透射电镜(TEM)和热裂解气相色谱质谱法(Py-GC/MS)对江陵九店战国墨的形貌特征和化学成分进行科学分析和研究。 结果表明: (1) 红外光谱在1595 cm^-1附近有烟炱C=C骨架振动吸收峰, 另有羧酸羰基C=O (1 716 cm^-1)和醇类物质中C—O(1 031和1 092 cm^-1)键的伸缩振动, 以及表面OH, COOH中O—H(3 421 cm^-1)的伸缩振动, 表明江陵九店战国墨中含有羧酸和醇类物质; (2)在透射电镜下对墨的形貌特征和颗粒大小均匀性进行分析, 结果表明江陵九店战国墨颗粒近圆形, 边缘光滑, 大小分布不均匀, 与松烟墨的特征相似; (3)应用热裂解气相色谱质谱法(Py-GC/MS)对江陵九店战国墨的化学成分进行分析, 检测出一系列多环芳烃类化合物(PAHs)、 松木类物质燃烧化合物(惹烯、 脱氢松香酸甲酯等)、 樟脑和雪松油类的芳香化合物(α-柏木烯, β-雪松烯、 花侧柏烯、 雪松醇)等, 其中PAHs的相对含量及松木燃烧化合物表明江陵九店战国墨为松烟墨。 另外, Py-GC/MS检测结果表明江陵九店战国墨中有樟脑和雪松油添加剂。 研究认为, 我国在战国时期已有用樟脑和雪松油作为添加剂于松烟墨的制造中。

近期在湖北绿松石市场上出现一种带有肉眼可见的灰黑色异形杂质的绿松石, 于此种绿松石的研究甚少。 故选取来自湖北省十堰的一块该种绿松石原石, 蓝色绿松石基底上布满形态各异、 大小不一的灰黑色杂质, 放大观察可见灰黑色杂质矿物呈金属光泽。 对灰黑色杂质采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪进行原位微区微量元素测试、 背散射电子图像物相观察、 主量化学成分测试采用能谱仪进行半定量测试和电子探针定量测试以及显微激光拉曼光谱仪测试。 灰黑色杂质矿物的LA-ICP-MS测试激光剥蚀束斑直径及深度的影响, 测试结果表现为灰黑色杂质矿物和少量绿松石的混合物的化学成分含量, 灰黑色杂质矿物处Se含量为95 927~221 394 μg·g^-1明显高于蓝色基底绿松石中Se的含量(146~212 μg·g^-1), 灰黑色杂质处的测试结果中CuO含量为7.47%~9.28%、 Al₂O₃含量为28.1%~35.7%, P₂O₅含量为30.1%~37.8%为少量绿松石混杂产生; 背散射电子图像表明杂质矿物结晶颗粒细小, 细小的杂质矿物与绿松石混杂在一起, 他形的杂质矿物为多个晶体集合在一起形成的集合体, 能谱测试结果表明杂质矿物主要含有Al, P, Fe, Cu和Se, 电子探针主量化学成分定量测试结果表明杂质矿物主要含有Se, 含量为79.34%~87.97%, 此外, 由于杂质矿物结晶颗粒细小, 杂质矿物集合体中可见杂质矿物与绿松石混杂, 因此化学成分定量测试结果中还呈现有绿松石中的Al, P, Fe, Cu和Al含量约为0.93%~4.13%, Cu含量约为1.30%~2.04%, P含量约为0.66%~2.40%, Fe含量约为0.31%; 杂质矿物的显微激光拉曼光谱峰为位于144和235 cm^-1处的尖锐拉曼谱峰, 结合化学成分谱学测试结果可鉴别该杂质矿物主要为自然硒。 硒矿物是绿松石中新发现的杂质矿物, 绿松石中杂质矿物自然硒的发现可以为珠宝从业者鉴别绿松石提供有效的鉴定依据。

近年来, 市场上出现了一类利用新型无机结合剂处理的绿松石, 经此类方法处理的绿松石与天然绿松石极为相似, 普遍表现为结构细腻、 呈现玻璃-蜡状光泽, 行业上称之为“加瓷”处理绿松石(简称“加瓷”绿松石)。 采取常规宝石学仪器、 红外吸收光谱仪、 紫外-可见分光光度计以及能谱色散型X射线荧光光谱仪对“加瓷”绿松石的宝石学性质、 振动光谱特征以及化学成分组成特征进行了系统的研究和分析。 研究结果显示: “加瓷”绿松石样品的密度大都小于2.200 g·cm^-3, 与处理前密度有关, 故用于“加瓷”处理的样品以密度较低的绿松石为主; “加瓷”绿松石均表现为典型的低密度、 较细腻的结构外观和蜡状-玻璃光泽的组合特征, 与品质相当的天然绿松石特征不一致, 可作为“加瓷”绿松石重要的辅助性鉴别特征。 “加瓷”绿松石在长、 短波紫外荧光下的发光性与天然绿松石近于一致; 显微观察下铁线、 裂隙凹陷处常出现白色融出物, 孔道内可见毛发状结晶体。 “加瓷”绿松石的主要化学成分与天然类似, 以CuO, Al₂O₃和P₂O₅为主, 并含有一定量的FeOT(铁的氧化物), ZnO、 SiO₂, K₂O和CaO。 其中, “加瓷”处理绿松石样品中SiO₂含量基本在6.40%以上, 均高于天然绿松石中的SiO₂含量(1.96%~6.25%), 而Al₂O₃和P₂O₅含量都较天然绿松石偏低, 磷铝比例基本与天然绿松石一致, 为1.10左右。 利用“加瓷”绿松石较高的SiO₂含量和表面特征可将其与天然绿松石进行有效鉴别。 “加瓷”绿松石与天然绿松石的红外吸收光谱特征基本一致。 “加瓷”绿松石的UV-Vis光谱表现为620~750 nm处的吸收峰以及425 nm附近处较为锐利的吸收峰, 因颜色不同峰位稍有偏移, 但总体与天然绿松石的UV-Vis光谱特征趋于一致。