链状、环状硅酸盐类宝玉石材质反射率光谱特征分析-莱森光学

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，会出现难以准确区分类别的宝玉石材质，快速准确地进行类型识别显得尤为重要。

表1 研究中宝玉石样本

表1为无机盐类的宝石类别，莱森光学知识会在后续的更新中为您逐一科普。本文主要先分析硅酸盐宝石的三类成分宝石——链状硅酸盐、环状硅酸盐、岛状硅酸盐。

何为硅酸盐宝石？硅酸盐宝石矿物是硅氧四面体以各种形式结合生成的，在无机盐类宝石矿物中种类和数量最多，约占其中80%。

1、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。硅氧主干主要以离子键为主。透闪石是含水的钙、铁、镁质链状硅酸盐矿物，理论化学成分为SiO2 59.169%，MgO 24.808%，CaO 13.805%。

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。1274 nm有两个连续吸收峰，为Mg的吸收峰。1400nm处有显著的-OH吸收峰，1909 nm处有吸附水特征峰。2105 nm处极小吸收峰为Si-O一级倍频。2294 nm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。

2、环状硅酸盐

状硅酸盐矿物结构中包含由3个，4个或者6个[SiO4]4-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。1410 nm处有O-H键的一级倍频吸收峰。1898 nm处有特殊的吸附水特征峰。2012 nm，2089 nm 有两个Si-O吸收峰（2089 nm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400~1100 nm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2212 nm与2242 nm出现肩峰，为Al-OH吸收峰。碧玺样品 0.563 g在730 nm处有Fe和Mn 组合频，2298nm也有Fe-OH吸收峰。碧玺样品 0.49 g没有Fe特征峰，2361 nm处为Mg-OH吸收峰。

首饰碧玺组在2049 nm处均有Si-O一级倍频，在2175 nm与2198 nm出现肩峰为Al-OH。2249 nm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。

首饰碧玺经过加工，含有众多阳离子，所以2000~2400 nm处有多个吸收峰，由于这些阳离子与羟基结合的特征峰有先后关系，因此，该波段是判断阳离子数目和区别种类众多的玉石的一个重要手段。

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