西安绿的矿物成分研究

2022-11-17

引言

西安绿是近年来市场上兴起的一个玉石品种, 以其青翠欲滴的色泽吸引了越来越多人的注意, 硬度较低的西安绿非常适合于雕刻成精美的器物, 由于产量较少, 为篆刻者所珍视。其质地致密, 细腻, 纯净, 色泽亮丽灵润, 且通透晶莹, 具神秘如翡翠的绿色, 十分吸引人。现从基本宝石学性质、矿物成分和微结构特征入手, 分析其矿物组成及致色原因。

一、西安绿的常规宝石学特征研究

本次研究标本从玉石交易市场采购, 标本有两个, 一个为未抛光的龟型吊坠, 一个为抛光的菱形吊坠 (如图2-1所示) , 两标本均呈暗绿色, 微透明, 抛光面呈油脂光泽, 在宝石显微镜下透光照射, , 可见内部有少量白色点状固体包裹体。实验标本从菱形抛光吊坠上切取一小块样品进行打磨抛光, 在折射仪上测得此西安绿样品折射率为1.52, 利用显微压入法测得其维氏硬度, 通过计算得到此样品相应的摩氏硬度为3.13, 利用电子天平进行通过净水称重法通过计算测定此样品的相对密度为2.76, 在长短破紫外光照射下两块标本均无荧光现象产生, 在分光光度计下观察不到特征吸收光谱。

二、西安绿的化学成分和结构分析

1. X射线粉晶衍射测试结果及分析

图3-2, 表3-1为X射线粉晶衍射实验中所得的西安绿样品的衍射图谱及衍射数据:

样品名称:XAL (西安绿)

用最小二乘法计算所得晶胞参数如表3-2:

单斜晶系 (Monoclinic)

标准偏差S=0.00779

计算时参考的PDF/JCPDS卡片号:02-1019

化合物类型:无机+矿物

矿物名称:Muscovite

分子式: (H, K) AlSiO4

化合物名称:Potassium Aluminum Hydrogen Silicate

单斜晶系空间群:A2/a (15)

a 5.18 b 9.02 c 20.04 Vol=932.03 beta 95.5

此实验所得结论:西安绿样品所测数据 (表3-1) 与白云母标准卡片 (卡片号:02-1019) 的数据基本吻合, 结合计算所得的晶胞参数 (表3-2) 以及偏差的计算 (表3-3) , 由此可判定矿物主要成分为为白云母。

2. 傅里叶红外光谱仪测试结果及分析

图3-5为西安绿样品的KBr压片用透射法测得的红外光谱图:

层状硅酸盐矿物的红外光谱大体可分三个区描述:3700~3600cm-1高频区, 属OH和层间水的伸缩振动;1000cm-1±的Si—O伸缩振动的强吸收区;500cm-1±的Si—O弯曲振动和晶格振动的强吸收区。从西安绿的红外光谱图 (见图3-5) 可以看出, 3612.44cm-1处有较弱的吸收宽带, 这属于OH的伸缩振动, 在1634.41 cm-1和1378.22cm-1处有吸收, 这属于H2O的弯曲振动, 在907.55cm-1和824.14cm-1处有肩状吸收带, 这属于OH的摆动。图中1020.75cm-1附近产生一个强吸收带, 两侧有肩状吸收, 属于Si—O伸缩振动, 746.69cm-1附近分弱吸收, 分析这与四次配位AlIV内Si—O—AlIV, 526.24cm-1、472.62cm-1和424.96cm-1三个弱吸收带, 吸收带尖锐, 这属于Si—O的弯曲振动和OH的摆动。通过查找资料, 发现与二八面体的白云母的红外标准光谱基本吻合, 由此可知西安绿主要成分为二八面体白云母。

3. 环境扫描电镜下的测试结果及分析

以下为扫描电镜下西安绿样品的矿物微形貌特征图, 以及能谱测得的矿物中主要元素所占的质量百分比:

图3-7中, (a) 、 (b) 、 (c) 中均可见矿物具的三组完全的阶梯状解理, 仅含有O, Mg, Ca三种元素, 由此可判定此三幅图中的矿物颗粒均为白云石矿物颗粒。

图3-8中, (d) 中矿物形态呈鳞片状, 仅含有O, Al, Si, K四种元素, 结合X粉晶衍射和红外光谱的测试结果, 我们判定此图中片状矿物为白云母。

按重量百分比显示的所有结果, 图3-7中 (a) 、 (b) 、 (c) 中白云石内部各元素所占质量百分比如表3-4所示:

按重量百分比显示的所有结果, 图3-9中 (e) 、 (f) 中白云母内部各元素所占的质量百分比如表3-6所示:

图3-9中, (e) 、 (f) 中矿物形态同样呈片状, 除含O, Al, Si, K四种元素之外还含有Fe元素, 根据X粉晶衍射和红外光谱的测试数据, 我们判定此图中片状矿物为由类质同象导致的含铁云母, 因为不含其他致色元素, 所以我们推断其绿色可能是由Fe致色的。

按重量百分比显示的所有结果, 图3-10中 (g) 、 (h) 中白云母内部各元素所占的质量百分比如表3-7所示:

图3-10中 (g) 、 (h) 中矿物形态呈卷曲放射状, 根据所含元素和X粉晶衍射、红外光谱的测试数据可判定其为由类质同象导致的含F, Mg的异形白云母。

三、研究成果及结论

1. 在折射仪上测得此西安绿样品折射率为1.52, 利用显微压入法, 测得此样品摩氏硬度为3.13, 同时用静水称重法测得本样品密度为2.76。在长短破紫外光照射下两块标本均无荧光现象产生, 在分光光度计下观察不到特征吸收光谱。

2. 利用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、环境扫描电镜等大型仪器进一步分析确定了此西安绿样品的矿物组成成分, 其主要成分为二八面体片状白云母, 偶见卷曲异形白云母, 其中白色包裹体为白云石, 微形貌观察中可见三组完全的阶梯状解理。

3. 在样品所含元素成分测试中, 有些测试点测得样品中含有一定比例的Fe, 除此之外没有测出其他致色元素的存在, 因此推测Fe可能是导致此西安绿样品呈绿色的致色元素。

摘要：西安绿作为一个在国内图章石市场上逐渐兴起的一个新品种, 国内外对它的成分研究几乎是一个空白。利用宝石显微镜、维氏硬度测试仪、折射仪、静水称重等方法, 对西安绿进行常规宝石学性质的研究。同时运用X射线粉晶衍射、傅立叶变换红外光谱仪、环境扫描电子显微镜等大型仪器进行深入分析西安绿的矿物成分、化学成分、微结构特征、官能团区谱峰归属, 以及其致色机理。

关键词：常规宝石学性质,大型仪器,矿物成分,微结构特征,致色机理