1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074湖北省珠宝工程技术研究中心, 湖北 武汉 430074
2 上海珠宝测试鉴定处, 上海 200010
硬水铝石是珠宝市场上流行的彩色宝石, 因其具有独特的变色效应（日光下呈现棕黄绿色, 白炽灯下呈现紫红色）而被广大消费者欢迎。 研究硬水铝石的变色成因对于宝石的切割加工、 优化处理以及价值评估有着重要意义。 目前硬水铝石的变色成因研究较少, 考虑到硬水铝石的化学成分和晶体结构与刚玉类似, 刚玉的颜色成因理论研究较为成熟, 因此, 为研究硬水铝石的变色成因, 本文选取与硬水铝石变色效应非常相近的变色刚玉, 从二者的微量元素、 紫外-可见光光谱与晶体结构等方面进行对比研究。 运用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪测试了样品的微量元素, 根据测试结果, 硬水铝石样品中致色元素主要有Fe、 Cr、 V、 Ti, 刚玉样品中致色元素主要有Mg、 Ti、 Fe、 V、 Cr, 二者的微量元素种类相似, 但含量有差异。 运用紫外-可见光光谱与偏振紫外-可见光光谱表征了变色硬水铝石与变色刚玉在可见光区的吸收特征, 发现硬水铝石中存在位于387、 398、 438和448 nm处的吸收峰以及中心位于572 nm左右的宽缓吸收带, 正是这一宽缓吸收带导致了变色效应, 与之对应的, 变色刚玉中存在位于377、 388和450 nm处的吸收峰以及中心位于560 nm左右的宽缓吸收带。 二者在可见光区的吸收特征非常类似。 有差异的是, 变色刚玉的560 nm吸收带不存在明显的偏振性, 而硬水铝石的572 nm吸收带存在偏振性, 晶体中电荷转移导致的吸收特征往往具有偏振性。 通过二者晶体结构的对比分析与刚玉中的电荷补偿理论分析, 推测硬水铝石中398 nm吸收峰由Fe3+导致, 387、 438和448 nm吸收峰由Fe3+-Fe3+离子对导致, 572 nm处的宽缓吸收由Cr、 V、 Fe2+-Ti4+离子对产生。 硬水铝石的变色效应是在Cr、 V、 Fe2+-Ti4+离子对的综合作用下产生的。 本研究通过类比变色效应相近的刚玉, 研究了硬水铝石的变色成因, 为研究宝石中的类似问题提供了新思路。
硬水铝石 变色成因 紫外-可见光光谱 谱峰归属 微量元素 Diaspore Alexandrite effect origin UV-Vis spectrum Assignments on peaks Trace elements 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2557
中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
红珊瑚是一种珍贵的有机宝石, 自古以来因其红润的颜色与细腻的质地深受人们的喜爱与追捧。 颜色漂亮的天然红珊瑚产量稀少, 故有些红珊瑚会经过染色处理来改善其外观。 拉曼光谱测试是鉴定红珊瑚有无经过染色处理的有力手段, 故红珊瑚拉曼谱峰的归属对于鉴定有着重要的理论指导意义。 由于红珊瑚拉曼峰的归属问题一直没有被深入研究, 基于此, 该研究测试了三颗颜色深浅不同的红珊瑚(Corallium rubrum)的拉曼光谱。 同时, 使用量子化学程序Gaussian 16运用密度泛函理论计算了红珊瑚中色素分子角黄素的理论拉曼光谱。 创新性对比红珊瑚的实验拉曼光谱与角黄素分子的理论拉曼光谱, 并进一步分析红珊瑚拉曼峰的归属。 结果发现, 红珊瑚的拉曼光谱中主要有1 514, 1 295, 1 177, 1 125, 1 086和1 016 cm-1拉曼峰, 其中1 086 cm-1处的拉曼峰是方解石的$CO_3^{2-}$引起的。 红珊瑚的红色越深, 1 514, 1 295, 1 177, 1 125和1 016 cm-1拉曼峰的强度越强, 反之, 红珊瑚的红色越浅, 这些拉曼峰的强度越弱。 红珊瑚拉曼光谱中的1 514, 1 295, 1 177, 1 125和1 016 cm-1峰强与红珊瑚的红色深浅呈现出正相关的关系, 故推测这套拉曼峰是由红珊瑚中的色素产生的。 角黄素理论拉曼光谱中主要存在的拉曼峰位于1 512, 1 269, 1 189, 1 159和999 cm-1处, 与红珊瑚实验拉曼光谱中的1 514, 1 295, 1 177, 1 125和1 016 cm-1峰的形状位置高度吻合。 振动分析结果表明, 角黄素的1 512, 1 269, 1 189, 1 159和999 cm-1拉曼峰分别是由C=C伸缩振动, C—H摇摆振动, C—C伸缩振动, C—C伸缩振动与甲基摇摆振动引起的。 因此将红珊瑚拉曼光谱中的1 514, 1 295, 1 177, 1 125和1 016 cm-1峰归属为C=C伸缩振动, C—H摇摆振动, C—C伸缩振动, C—C伸缩振动与甲基摇摆振动。 使用密度泛函理论的计算方法研究了红珊瑚拉曼谱峰的归属并对红珊瑚的拉曼谱峰进行了指认, 为使用拉曼光谱鉴定红珊瑚提供了理论基础。 同时为研究这类生物宝石材料拉曼谱峰的归属提供了一种新的方法。
红珊瑚 角黄素 密度泛函理论 拉曼光谱 谱峰归属 Red Coral Canthaxanthin Density functional theory Raman spectrum Assignments of peaks 
