基于便携式地物光谱仪的常见宝玉石材质反射率-莱森光学

引言

随着社会的发展和人们生活水平的提高，对美的追求也随之提高｡宝玉石以其具有独特的美学价值越来越受到人们的青睐｡宝玉石文物不仅仅有着浓厚的艺术色彩，更有着无法估量的历史价值｡一些出土的文物中，会出现难于准确区分类别的宝玉石材质，快速准确的进行类型识别显得尤为重要｡便携式地物光谱仪由于其体积小，便于在野外工作，并且测量速度快，操作简单，因此提高了测量数据的速率，保证了测量数据的质量｡除此之外，利用该光谱仪所需能量低，分析时间只需要几秒钟，无需任何化学试剂，不会对人体造成伤害｡高光谱波段能准确揭示宝玉石中基团分子振动的倍频与合频吸收信息，分析出关于化学键结合的振动特性等复杂结构信息，对于宝玉石分析有非常大的潜力｡

链状硅酸盐

链状硅酸盐主要以单链和双链为主，通常含有Fe3+，Mn3+，Cr3+，Ti3+等过渡金属阳离子，双链矿物还常见某些阴离子，如OH-｡双链矿物只有角闪石族含有水，其余均无水｡

透闪石分析光谱如图2所示，能看到948nm处有一小而尖锐吸收应为的吸收峰｡1274nm有两个连续吸收峰，为Mg的吸收峰｡1400nm处有显著的-OH吸收峰，1909nm处有吸附水特征峰｡2105nm处极小吸收峰为Si-O一级倍频｡2294nm附近有小吸收带，为Fe-OH的吸收带｡由此，透闪石有独特的吸附水特征峰，且有-OH基团的吸收峰，含金属离子的吸收峰，分辨容易｡

透闪石反射率光谱特征

ａ．原始反射率光谱；ｂ．包络线去除光谱

环状硅酸盐

环状硅酸盐矿物结构中包含由3个，4个或者6个[SiO4]4-硅氧四面体所组成的封闭的环(分别叫三方､四方和六方环)，阴离子间主要以阳离子，比如Al3+，矿物中的空隙连成通道，可以容纳各种离子｡我们这里主要以堇青石和碧玺为例｡

堇青石：主要成分为(Mg，Fe)2Al3[AiSi5O18]，其六方环中的一个[SiO4]四面体被AlO4代替，结构孔道中常含H2O｡如图3堇青石光谱所示：三组堇青石光谱大致相同，893~1062nm有离子吸收带｡

堇青石反射率光谱特征

ａ．原始反射率光谱；ｂ．包络线去除光谱；１．堇青石样品一；２．堇青石样品二；３．堇青石样品三

1410nm处有O-H键的一级倍频吸收峰｡1898nm处有特殊的吸附水特征峰｡2012nm，2089nm有两个Si-O吸收峰(2089nm也可能是Fe-OH前移)｡碧玺的化学分子式为：Na(Mg，Fe，Mn，Li，Al)3Al6[Si6O18][BO3]3(OH，H)4｡从化学式就能看出碧玺含有多种金属离子，这些金属离子的种类与含量决定了碧玺的颜色｡由于碧玺阳离子的多变，其颜色是各类宝石中最为丰富的｡

我们测定了两种不同颜色的碧玺(图4)以及一个含有不同碧玺的珠宝饰品(图5)｡不同碧玺在400~1100nm波段均有差异，切合碧玺化学式中阳离子的多样性｡另外，光谱中全部具有-OH与吸附水吸收峰｡样品碧玺组在2212nm与2242nm出现肩峰，为Al-OH吸收峰｡碧玺样品0.563g在730nm处有Fe和Mn组合频，2298nm也有Fe-OH吸收峰｡碧玺样品0.49g没有Fe特征峰，2361nm处为Mg-OH吸收峰｡首饰碧玺组在2049nm处均有Si-O一级倍频，在2175nm与2198nm出现肩峰为Al-OH｡2249nm处有吸收峰，为Si-OH的特征峰｡2305nm处有吸收峰，是Fe-OH的吸收峰｡

碧玺反射率光谱特征

ａ．原始反射率光谱；ｂ．包络线去除光谱

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