变色尖晶石的光谱学特征及变色机理研究

摘要：

尖晶石作为一种珍贵的宝石材料,因其瑰丽的颜色外观和悠久的历史而广受称赞.变色效应作为宝石学中一种常见的光学现象,在变石,蓝宝石,尖晶石,石榴石等宝石中都可以出现.通常将宝石的变色效应归结为Cr离子和V离子所致,但是目前有关变色尖晶石的报道较少,缺乏致色元素和变色机理的研究.本次研究对象是一颗具有变色效应的尖晶石(在D65光源下呈蓝色,在A光源下呈蓝紫色),和两颗不具有变色效应的蓝色尖晶石(两种光源下色调无明显变化).运用电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)、紫外可见光谱仪、拉曼光谱仪、光致发光光谱仪获取样品的成分和光谱信息.LA-ICP-MS化学成分测试结果表明,三颗尖晶石均为镁铝尖晶石,主要化学成分为MgO和Al2 O3,并含有Fe,V,Cr,Co和Zn等微量元素,在变色尖晶石中含有较多的Fe离子和微量的Co离子,不含有Cr离子,并且变色尖晶石与无变色效应的蓝色尖晶石中V离子含量相近.变色尖晶石紫外可见吸收光谱具有位于387,461,478,527,559,590,627和668 nm处的吸收峰,其中387,461,478和668 nm吸收峰与Fe离子有关.559,590和627 nm处的吸收峰是由Co离子d轨道电子自旋允许跃迁4 A2→4 T1(4 P)并经自旋-轨道耦合作用分裂所致.此外,四面体配位中的Fe2+d—d自旋禁阻跃迁5 E(D)→3 T1(H)同样在559 nm处产生吸收峰.由Co离子和Fe离子共同作用,在559 nm附近产生的吸收宽带是尖晶石产生变色效应的主要原因.拉曼光谱测试结果显示变色尖晶石与其他两颗蓝色尖晶石无差异,可见311,405,663和765 cm-1四个特征拉曼位移峰,依次对应F2g(1),Eg,F2g(3)和A1g振动.光致发光光谱(PL)测试发现变色尖晶石中处于Td对称位置的Co2+的4 T1(P)能级会分裂成为三个子能级,电子由三个4 T1(P)激发态的子能级回落到4 A2(F)基态而产生位于686,650和645 nm处的发光峰.变色尖晶石中Co离子含量很低,并且Fe离子含量较高,受到Fe离子荧光猝灭作用,样品无红色发光现象.

关键词：尖晶石、变色效应、LA-ICP-MS、紫外-可见光光谱、拉曼光谱、PL光谱

所属期刊栏目：42

分类号：P575.4(矿物学)

资助基金：国家自然科学基金;湖北省珠宝工程技术研究中心科研项目

在线出版日期：2022-11-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：3541-3545