昌乐蓝宝石色带区域3309 cm-1红外吸收峰强度分布与微量元素关系

摘要

天然蓝宝石红外光谱中经常会出现与O H有关的3309 cm-1吸收峰,此峰对于鉴别蓝宝石热处理具有一定指示意义.目前对于3309 cm-1峰在蓝宝石色带上的强度分布情况尚缺乏研究且其归属尚存在争议.山东昌乐产出的蓝宝石蓝色普遍偏深且色带发育,其红外光谱中通常存在3309 cm-1吸收峰.针对昌乐蓝宝石色带区域3309 cm-1峰的强度分布以及此峰与微量元素的关系进行研究,并进一步推测此峰的归属.谱学测试技术方面,创新性使用红外光谱面扫描技术测试3309 cm-1峰在色带区域的强度分布.谱学分析方面,创新性结合蓝宝石的电荷补偿理论与色带区域的微量元素分布情况,对3309 cm-1峰的归属进行了分析推测.结果发现,3309 cm-1峰在色带上的强度分布呈现出从面扫描区域的左下角到右上角不断增强的趋势,沿着此峰增强的方向,使用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)测试了5个点的微量元素含量.根据电荷补偿理论,在蓝宝石晶体中,Ti4+会优先跟Mg2+进行电荷补偿,如果Ti4+含量高于M g2+,那么跟M g2+电荷补偿之后剩余的T i4+会跟Fe2+进行电荷补偿,形成Fe2+-T i4+对产生蓝色调.色带中无色区域的T i含量较低且全部的T i4+与M g2+进行电荷补偿,所以无色区域中没有Fe2+-T i4+对且结合红外光谱面扫描数据发现该区域内3309 cm-1峰很弱.蓝色区域的Fe2+-T i4+对含量决定了蓝色的深浅,蓝色区域的3309 cm-1峰强度明显高于无色区域,但深蓝色区域此峰强度并非一定比蓝色区域强,3309 cm-1峰强与Fe2+-T i4+对的含量无必然联系.3309 cm-1峰强分布表现出随着T i含量升高而增强的现象,即3309 cm-1峰强与T i元素的含量呈正相关性.推测是含有T i和O H的缺陷簇导致了3309 cm-1吸收峰的产生.Fe2+的作用是与T i4+形成电荷补偿对产生蓝色,与3309 cm-1吸收峰的产生并没有必然联系.