常见矿物近红外光谱特征

钻石的红外吸收光谱特征及其在钻石鉴定中的意义*汤红云　涂　彩　陆晓颖　钱伟吉 / 上海市计量测试技术研究院摘　要　对天然、合成和处理钻石进行红外光谱的测试，分别对这些样品的红外光谱特征进行描述并对其鉴定特征进行研究，红外光谱不仅可以鉴别钻石类型，还可揭示一些处理特征信息。

根据红外光谱中的氮峰可以了解氮在钻石中的存在方式，从而鉴别部分合成钻石；1 450 cm-1（H1a）吸收峰的出现可作为钻石遭受辐照处理的判定依据之一；Ia型褐黄色钻石1 422 cm-1、1 329 cm-1、1 010 cm-1红外吸收组合谱带的出现可视为钻石经高温高压处理后塑性变形的一个重要识别标志。

关键词　钻石；合成；处理；红外光谱；鉴定0　引言众所周知，钻石具有晶莹剔透、璀璨夺目和坚硬无比的优秀品质，是集最高硬度、强折射率和高色散于一体，任何其他宝石品种不可比拟的一种宝石，故被誉为“宝石之王”。

如今，随着我国国民经济的高速发展，人民群众的物质生活水平也得到了很大提高，钻石再也不像以往那样神秘莫测，更不是只有皇室贵族才能专享的珍品，它已成为普通百姓都可拥有、佩戴的大众宝石，人们更多地把它看成是爱情和忠贞的象征。

自2008年全球金融危机以来，全球钻石产业发生了巨大变化，以中国、印度为代表的新兴钻石首饰市场蓬勃发展。

2009年，中国已成为世界第二大钻石消费大国。

然而随着科技的进步，高科技材料技术在钻石改色上的应用也越来越多，改变钻石的颜色并由此提高钻石价值的改善处理技术（包括钻石的高温高压处理改色、辐照改色等）已达到很高水平，并且朝着多过程混合复加处理的方向发展，不仅能将钻石“漂白”得到高色级钻石（将茶色变成无色）， 还能得到彩色（黄绿色、金黄色）钻石（由无色或茶色改色）。

若经高温高压（HTHP）处理，配以辐照和低温退火可以产生紫色、玫瑰色、棕色等钻石，极大地丰富了彩色钻石市场。

大多数此类钻石用常规手段均不能检测、识别。

近年来，这种未予以明示的经过改色处理的钻石在珠宝贸易中出现，极大地损害了消费者的经济利益，影响了消费* 基金项目：国家质检总局科技计划项目（2011QK102）者对钻石消费的信心，也给日常的钻石鉴定及分级业务带来了不小的影响和挑战。

红外光谱在珠宝玉石中的应用1、红外光谱基本理论当一束红外光照射在矿物上时，矿物就要吸收一部分能量，同时将吸收的能量转变为分子振动能和分子转动能。

分子振动光谱：分子振动能级比分子转动能级大，当分子振动能级跃迁时伴随有分子转动能级跃迁。

分子转动光谱：出现在远红外区，它能给出分子的转动惯量、核间距离、分子的对称性。

在近红外、中红外区光子激发分子振动能级的同时，也激发分子转动能级，但不能激发电子能级跃迁。

当一束红外光照射在矿物上时，一种可能为矿物内部分子运动全部吸收，不再从矿物内部射出，另一种可能为红外光束强度大，部分能量被分子能级跃迁吸收，还有部分能量透过矿物。

有关的名词解释：波长―二个相邻波峰（波谷）之间距离, 波长单位：微米（μ）。

波数―单位长度波振动次数（波长倒数cm-1），波数单位：厘米-1（cm-1）。

频率―每秒钟内振动次数（单位时间通过固定点波数）。

透射比―入射矿物光强度（I0），透过矿物光强度（I），I / I。

透过率―I / I×100。

红外吸收光谱图―不同频率的辐射于矿物上，导致不同透射比，以纵座标为透过率，横座标为频率，形成矿物变化曲线，则称该矿物红外吸收光谱图。

近红外―波长范围：―μ，波数：12820―4000cm-1。

中红外―波长范围：―50μ，波数：4000―200cm-1。

远红外―波长范围：50―1000μ，波数：200―10cm-1。

单位变换：（μ微米、μm毫微米、Å埃、cm厘米）1μ=1000nm=10000Å=10-4cm1Å=10-1nm=10-4μ=10-8cm1cm=104μ=107nm=108Å1μm=10-7cm2、矿物红外光谱特征矿物红外光谱反映矿物化学成分、结构特征，矿物大多数属离子化合物，具各种阴离子团（硅酸盐、碳酸盐、硼酸盐、磷酸盐、硫酸盐、钨酸盐、钼酸盐、砷酸盐、钒酸盐、铬酸盐），振动强大、稳定。

矿物红外光谱能较快测出各种阴离子团，以阴离子团再研究相关的阳离子成分及矿物成分结构。

常见矿物药近红外漫反射光谱特征归纳与分析结合前期研究工作，对51种不同阴离子类型的常见矿物药的近红外漫反射光谱（near infrared diffuse reflectance spectrometry，NIR）特征谱段进行归纳和解析，并参考矿物学和地质学文献，确定矿物类中药NIR 特征谱段的归属，为其NIR快速鉴别提供理论依据。

结果表明，矿物药的NIR特征主要在8 000～4 000 cm-1，归属于矿物药中所含的水、羟基（OH）及碳酸根[CO2-3]等基团。

水峰具有一定的规律性：一般结构水与OH基团在7 000 cm-1附近有组合峰，尖锐而强，结晶水在7 000，5 100 cm-1附近有2个强峰，吸附水只在5 100 cm-1附近有宽峰。

不同类型矿物药中水的存在形式不同，含量不同，水峰特征不同，据此可用于矿物药的鉴别。

硫酸盐类矿物药多含结晶水，硅酸盐类多含结构水，而碳酸盐类中以吸附水为主，因此，以阴离子类型对矿物药进行分类在NIR分析中具有合理性。

此外，由于某些矿物药所含的阳离子类型、杂质种类以及结晶性和晶型存在差异，在4 600～4 000 cm-1谱段存在专属性的NIR特征，主要可归属于AlOH，MgOH，FeOH，SiOH，[CO2-3]等基团的特征吸收。

煅制过的矿物药常伴随水分和主要成分的改变，其NIR特征亦发生变化，可用于其炮制过程的监测。

该文对NIR技术在矿物药分析中的适用性和局限性进行讨论：绝大部分矿物药具有明显的NIR特征谱段，可用NIR作为系统分析的主要方法，少数矿物药的NIR特征峰不明显，如紫石英、朱砂、雄黄等，可尝试应用拉曼光谱进行补充。

这将为矿物药质量控制提供参考。

标签：近红外漫反射光谱；矿物药；特征谱段；快速鉴别矿物类中药是传统中药（包括植物药、动物药和矿物药）的重要组成部分之一。

由于矿物的形态一般较为类似，一种矿物常伴生有其他矿物，所以矿物药（依据形态和成分）的鉴别较为困难，在市场中常有混淆品，加上其品种和用量少，研究较为薄弱，质量标准不够完善。