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有机类宝玉石材质反射率光谱特征分析及总结


本文主要内容是利用便携式地物光谱仪,采集十余种不同类型实验室验证定名过的宝玉石的反射率光谱数据,研究可见光-近红外-短波红外波段宝玉石材质光谱特征,并使用包络线去除方法对其光谱波形与吸收特征波长进行分析,对不同类型宝玉石材质的光谱特征进行总结。

前文已分析了一系列的无机盐类宝石,这次我们来了解有机类宝石。何为有机类宝石?有机宝石矿物是由古代生物和现代生物作用所形成的符合宝石工艺要求的有机矿物或有机宝石。是来自于含有有机材料,皆由生物所衍生的,无法人工合成。天然有机宝石高雅温馨、光彩迷人。


一、实验方法

首先,先用记号笔标定样品中心点及周围上下左右四点,摆放样品时以4个点的中心为基准。采用了普通的鼠标垫黑色面作为背景。然后,进行白板对照测量。接下来我们便开始利用仪器观测样品。观测宝石光谱与观测白板方法差别不大,但是要避免观测反射率过强的区域。下图为本次实验方法示意图。

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      二、有机宝石

琥珀是一种常见的有机宝石文物,其中只有半透明至不透明的琥珀叫做蜜蜡。也是一种珍贵的有机宝石。有机宝石近红外光谱以氨基酸的倍频,组合频为主。从分析光谱图(图14,图15),可以看出琥珀与蜜蜡的反射率光谱基本相同。琥珀在1390nm与1415nm为N-H伸缩振动的一级倍频,蜜蜡则在1401nm处。琥珀在1195nm处吸收峰为-CH2伸缩振动的二级倍频,也可能是-CH3与-CH2伸缩振动的二级倍频合并为一个吸收峰,蜜蜡则在1202nm处。整体识别区间在800~1600nm区间,这与无机矿石有明显区别。

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有机物类宝石主要特征如下表5。

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      三、总结

利用便携式地物光谱仪,可观测得到不同类型的宝玉石的可见光—近红外—短波红外波段光谱,不仅可以用于区分出无机盐,氧化物,有机物宝玉石种类,更可用于各个宝玉石的精细鉴别,为高光谱技术在宝玉石种类,品质研究中打下基础。研究得到以下结论:

1、

大多数无机盐类宝玉石在研究波段均存在水的特征吸收峰,其中水的形式主要为吸附水、羟基以及羟基与阳离子结合的形式存在。其中,透闪石,堇青石,方解石在1900nm左右存在吸附水的特征吸收峰。羟基与阳离子结合水的形式在大部分硅酸盐矿物中均有存在。另外,各类无机盐宝玉石均有各自的特征基团吸收峰:硅酸盐类宝玉石在2000~2300nm均存在硅氧键的吸收峰。碳酸盐宝玉石在2336nm处有较明显的碳酸根吸收峰,磷酸盐宝玉石在2000nm处含有磷酸根吸收峰。

2、

氧化物宝玉石由于不含有羟基与吸附水,光谱特征主要集中于400~1100nm处,主要体现在过渡阳离子的部分。所测红宝石在650nm处的高反射峰是两种阳离子叠加跃迁形成的。蓝宝石光谱在580~720nm也存在三价铁离子特征。尖晶石在480~1100nm区间也存在Fe3+吸收峰的典型特征。

3、

有机宝石特征以有机键氨基的倍频,合频为主,波谱形状相似,但是特征吸收峰各有特点。琥珀与蜜蜡在1200nm,1400nm左右处均存在强吸收峰,可作为有机宝石与无机宝石区分依据。琥珀在1400nm左右有强吸收峰为中心的两个较弱肩峰是N-H伸缩振动的一级倍频,而蜜蜡在此处无肩峰。

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虽然利用便携式地物光谱仪对无机盐类,氧化物类,有机物类宝玉石进行了光谱分析,但是宝玉石种类繁多,目前数据集并不完善,需要建立更完善的光谱数据库。此外,在本研究基础上,可以结合成像光谱仪,实现对多个宝玉石样本光谱与空间维度的快速观测,进一步提高鉴别精度。




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