南紅瑪瑙的光譜特征及成分探討

保文靜

摘 要：南紅瑪瑙是一種以二氧化硅為主要成分的隱晶質(zhì)集合體，是一種顏色區(qū)別于普通瑪瑙的特殊瑪瑙，多為紅色，因此被稱為南紅瑪瑙。同時(shí)礦石的不同成分會(huì)反映在光譜特征上，對(duì)礦石的光譜進(jìn)行分析是明確礦石成分及物理特性、化學(xué)特性的重要手段。因此本文從南紅瑪瑙光譜特征出發(fā)，對(duì)其主要成分和特性進(jìn)行淺析。

關(guān)鍵詞：南紅瑪瑙；光譜特征；成分

1南紅瑪瑙常規(guī)特征

樣品：為確保研究的可靠性，樣品來源于各地區(qū)珠寶市場(chǎng)，不局限于主產(chǎn)地保山地區(qū)，樣本容量為8。同時(shí)選取容量為2的普通品種瑪瑙進(jìn)行比對(duì)。

設(shè)備：專門應(yīng)用于觀察寶石的寶石顯微鏡一臺(tái)；測(cè)定寶石折射能力的折射儀一臺(tái)；稱重器一臺(tái)；放大鏡一只；

南紅瑪瑙常規(guī)特征：在各種儀器輔助下對(duì)8顆南紅瑪瑙及2顆普通瑪瑙樣本進(jìn)行觀察。發(fā)現(xiàn)南紅瑪瑙主要以紅色為基本色，淺紅色、暗紅色、橙紅色均有，其中3顆南紅瑪瑙中伴有白色條紋。南紅瑪瑙置于放大鏡和寶石顯微鏡下觀察可見內(nèi)部有大量細(xì)小紅色斑點(diǎn)或紅色顆粒，且整體結(jié)構(gòu)較密集。而普通瑪瑙中則無細(xì)小紅色斑點(diǎn)，其余寶石學(xué)特征與南紅瑪瑙基本一致，推測(cè)南紅瑪瑙成色與此類紅色斑點(diǎn)有關(guān)，因此瑪瑙的紅色是否由細(xì)小紅色微粒導(dǎo)致可作為辨別南紅瑪瑙和普通紅瑪瑙的一個(gè)特征。

南紅瑪瑙寶石學(xué)特征：光澤：玻璃光澤-油脂光澤；透明度：透明、半透明、不透明均有；折射率：1.53-1.54（隨機(jī)選點(diǎn)）；相對(duì)密度：2.62-2.68。

2南紅瑪瑙的光譜特征

2.1紅外光譜

使用傅里葉紅外光譜儀對(duì)8顆南紅瑪瑙進(jìn)行紅外光譜反射法測(cè)試，結(jié)果顯示南紅瑪瑙在900-1200cm-1范圍內(nèi)譜峰有振動(dòng)，同時(shí)在500cm-1、540cm-1、780cm-1、1100cm-1、1295cm-1存在五個(gè)吸收峰。根據(jù)石英紅外吸收峰圖譜，不難發(fā)現(xiàn)南紅瑪瑙的五個(gè)吸收峰與單晶體石英的吸收峰相吻合，這提示樣本中南紅瑪瑙的主要成分為а-石英，說明樣本中南紅瑪瑙未經(jīng)注膠處理，這與南紅瑪瑙的材料介紹一致。

同時(shí)不同南紅瑪瑙樣本在1100cm-1附近的吸收峰寬度和形狀存在差異，如來源于四川地區(qū)的南紅瑪瑙樣本該部分吸收峰較為平緩或無該吸收峰，而保山地區(qū)南紅瑪瑙樣本的該吸收峰則極為尖銳，對(duì)兩地區(qū)南紅瑪瑙進(jìn)行解析后發(fā)現(xiàn)，兩地瑪瑙的顆粒大小不同，即а-石英的顆粒大小差異使導(dǎo)致1100cm-1附近的吸收峰寬度和形狀存在差異的主要原因。

2.2激光拉曼光譜

在礦物分析中，顯微鏡激光拉曼光譜是對(duì)礦物內(nèi)微小區(qū)域進(jìn)行定性與定量分析的重要工具。因此為確保研究分析的可靠性和全面性，對(duì)本組樣本均進(jìn)行了拉曼光譜分析。首先從南紅瑪瑙樣本中選取顏色較為接近的兩顆樣本進(jìn)行顯微鏡下激光拉曼光譜分析。

結(jié)果顯示樣品在1320cm-1、467cm-1附近散射峰較強(qiáng)，同時(shí)峰值主要集中在130-620cm-1之間。在排除а-石英引起的峰譜變化外，剩余散射峰和峰值與赤鐵礦表現(xiàn)出的峰譜極為相似，南紅瑪瑙的部分峰譜與赤鐵礦峰譜只在強(qiáng)度上有所差異，分析可能與赤鐵礦通過隱晶質(zhì)形式浸染于а-石英顆粒中而導(dǎo)致其在激光拉曼光譜中峰譜表現(xiàn)強(qiáng)度降低。同時(shí)考慮到Fe是一種致色金屬元素，推測(cè)南紅瑪瑙中紅色斑點(diǎn)的主要成分為鐵氧化物。

此外，根據(jù)其他學(xué)者研究并證實(shí)結(jié)果，南紅瑪瑙主要由SiO2組成。但是在激光拉曼光譜中發(fā)現(xiàn)，南紅瑪瑙與純二氧化硅及а-石英激光拉曼光譜表現(xiàn)并非一致，南紅瑪瑙峰譜中存在467cm-1及501cm-1兩個(gè)微弱譜峰，這兩個(gè)譜峰在純二氧化硅及а-石英激光拉曼光譜中并不存在（純二氧化硅沒有這兩個(gè)譜峰，а-石英沒有501cm-1譜峰），也就是說南紅瑪瑙并非由同一形態(tài)二氧化硅組成，推測(cè)至少含有а-石英及其他兩種以上的形態(tài)的硅氧化物。

2.3紫外-可見光光譜

紫外-可見光光譜是通過對(duì)礦物中不同成分對(duì)不同波長(zhǎng)吸收程度不同分析礦物成分的一種方法，通過電磁輻射礦物中各種成分的電子會(huì)發(fā)生軌道躍遷而對(duì)外表現(xiàn)出一種光譜形態(tài)，是分析礦物吸收譜的一種常用方法。

對(duì)本組樣本進(jìn)行紫外-可見光光譜分析后發(fā)現(xiàn)，南紅瑪瑙的吸收峰峰位主要集中在730-750nm之間，吸收率最高可達(dá)44%，次吸收峰在840-880nm之間，吸收率最高可達(dá)56%，除此之外在300-400nm也有微弱吸收峰。通過吸收譜比對(duì)發(fā)現(xiàn)，南紅瑪瑙樣品中致色離子相同，離子的分散度、含量影響了吸收譜強(qiáng)度，但基本上都集中在特定區(qū)域。根據(jù)吸收譜表現(xiàn)和一般規(guī)律，430-470nm吸收峰與三價(jià)Fe離子關(guān)，而350-400nm吸收峰與不飽和Fe離子吸收能量后向三價(jià)Fe離子轉(zhuǎn)換有關(guān)，同時(shí)根據(jù)南紅瑪瑙以紅色為主的特征，基本上可以確認(rèn)，F(xiàn)e離子應(yīng)當(dāng)是南紅瑪瑙最主要的致色離子，但不排除其他離子雜質(zhì)存在。

3南紅瑪瑙成分分析

在光譜測(cè)定的基礎(chǔ)上使用電子探針對(duì)南紅瑪瑙組成成分進(jìn)行探究和分析，基本確定南紅瑪瑙的主要成分有以下幾種：1）主要成分為SiO2，其中以а-石英為主，還有少量斜硅石（拉曼光譜501cm-1譜峰），總體含量在80-88%之間。2）致色離子主要為Fe，包括三價(jià)Fe離子，不飽和二價(jià)Fe離子，含量在4%-8%左右。顏色越深區(qū)域Fe離子含量越高，邊緣無色區(qū)域Fe離子含量較低。此外，粉紅色及橙紅色南紅瑪瑙中還檢測(cè)出Mn離子存在，考慮到常見致色離子分布，推斷Mn也是南紅瑪瑙的一種致色離子，Mn含量越高南紅瑪瑙越傾向于橙色。3）除主要成分及致色離子外，在探針下還監(jiān)測(cè)到鋁氧化物、鈣氧化物、磷化物、鉀氧化物等成分。4）對(duì)所有含量進(jìn)行計(jì)數(shù)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)并未達(dá)到百分百，推測(cè)還含有其他微量元素，是通過光譜和探針無法測(cè)得的組成成分。

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（作者單位：大理州質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測(cè)中心）