辉石的拉曼光谱
王 蓉,张保民＊
【摘 要】摘 要由拉曼光谱仪测试巨晶普通辉石及包体中的顽火辉石、透辉石拉曼光谱,描述了谱图的位置、形态和相对强度,分析了振动模式,同时对相应的离子基团如非桥氧Si—O—,桥氧Si—O0,O—Si—O,M—O做了谱带归属。通过不同切片方向的谱带强度相对大小及某些谱带的缺失,初步研究了辉石族矿物晶体结晶学定向问题。
【期刊名称】光谱学与光谱分析
【年(卷),期】2010(030)002
【总页数】6
【关键词】关键词辉石;拉曼光谱;矿物定向
略无阙处的阙是什么意思
引 言
辉石不仅是一种重要的造岩矿物,而且还是下地壳、上地幔中重要的水储库之一[1-3]。对于辉石的分子谱学研究,一定程度上能反映其结构物性的改变、构造环境分析、及结构OH[4,5]的进入确认等。而到目前为止,对于辉石的比较完整的拉曼谱学研究相对比较少,已有宝石级透辉石的拉曼光谱[6]的研究和归属,以及顽火辉石的原位高温拉曼光谱研究。上述辉石拉曼光谱的工作,为辉石的拉曼光谱深入研究奠定了基础。
本文在已有的工作基础上,从位置、形态以及相对强度描述普通辉石、透辉石及顽火辉石的拉曼光谱,并对其进行归属,为拉曼光谱鉴定辉石提供了直接依据;通过谱带强度的改变及谱带的缺失,初步对矿物晶体进行结晶学定向研究,无疑,对宝石学具有实际意义,同时为结构水进入辉石晶格中的位置提供了一定的依据,也为研究区增添了分子谱学的新资料,对地幔辉石的分子谱学研究有重要意义,对矿物谱学也具有重要的科学意义。
1 样品制备和分析方法
样品分别采自海南文昌福基田、广东徐闻张畴村和海康英峰岭、福建明溪林地、江西安远和福建龙海牛头山。辉石样品各包体经粉碎-分选-酸煮-水洗-烘干-超声波-挑纯等工序制出。由电子探针成分分析投图、X射线粉晶衍射对比和红外粉末光谱测定,所测试对象的矿
物成分主要是普通辉石、透辉石和顽火辉石,其中巨晶辉石主要是普通辉石,包体中为单斜辉石族的透辉石和斜方辉石族的顽火辉石。
实验所用拉曼光谱仪仪器型号为 Renishow RM-1000,激发光源为A r+,λ=514.5nm,样品功率:1 mW,狭缝25 μm,扫描波数范围为200～4 000 cm-1,波数扫描速度为3 cm-1·Step-1,1 s·Step-1,常温测试。样品为晶体,未做任何破坏,不管是晶面还是切片,皆直接放入仪器测试。
2 分析与讨论
由切片或原矿物颗粒所获得的辉石拉曼光谱分别如下,图1所示为普通辉石的激光拉曼谱,图2所示为透辉石的激光拉曼光谱,图3所示为顽火辉石的激光拉曼光谱(图示中,∥表示平行c轴方向;⊥表示垂直c轴方向)。
根据位置、形态和相对强度等对各个样品的拉曼光谱描述如表1。
2.1 谱图分析
2.1.1 巨晶辉石光谱
巨晶普通辉石拉曼光谱(图1)主要谱带(cm-1):1 009,668,543,394,334。由双圈测角仪测出巨晶辉石的面角关系,初步对巨晶辉石进行定向,并分别沿垂直c轴方向和平行c轴方向进行切片。由谱图可知,垂直c轴的普通辉石(江西、广东)拉曼光谱从谱带数目、位置、相对强度和形态都基本一致;平行c轴的拉曼光谱的谱带数目减少,相对强度明显减弱。在广东英峰岭的样品中,1006和668的谱带强度在垂直c轴的方向明显大于平行c轴方向,谱带尖锐,而平行c轴方向缺失543和334吸收谱带。在江西路迳的样品中,垂直c轴方向的谱带强度略大于平行轴方向的谱带强度,且平行c轴方向缺失509谱带。
2.1.2 透辉石光谱
包体中透辉石拉曼光谱(图2)主要谱带(cm-1):1 012,670,511,396和332。研究区各地透辉石的拉曼光谱从数目、位置及形态,基本类似,但强度有较大差异,即谱带位置一致,而谱带强度迥异。在1 012和670 cm-1波数的谱带强度相差较大,且在福建林地的 E-R-cpx-6样品中,所有谱带强度均普遍大于E-R-cpx-16谱带;类似的现象在福建牛头山的样品中也出现,即F-R-cpx-13样品的谱带强度普遍强于F-R-cpx-2样品的强度;而在谱带几乎一致的广东张畴村的GXZH-R-cpx和海南福基田的 HW F-R-cpx中,前者的谱带强度明显普遍大于后者。由于矿
物颗粒小,实验中并未进行相应的定向测试。据各振动的对称性和谱图的谱带强度,与巨晶辉石比较,海南福基田 HW F-R-cpx、广东张畴村GXZH-R-cpx、福建林地 E-R-cpx-6、福建牛头山 F-R-cpx-13初步推断应为垂直c轴的切面,而福建林地 E-R-cpx-16、福建牛头山F-R-cpx-2则为平行c轴切面。
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2.1.3 顽火辉石光谱
硬盘修复坏道包体中顽火辉石拉曼光谱(图3)主要谱带(cm-1):1 026,1 010,931,682,660,576,404,342。各地顽火辉石的拉曼光谱从谱带数目、位置及形态,基本类似。同样出现谱带强度相差较大的现象,与而普通辉石和透辉石不同的是,谱线中谱带强度未出现普遍大于另一谱带的现象,而是大小各异。在F-R-opx-18样品中,1 009的谱带强度明显小于F-R-opx-16中的1 009谱带,而在681,660,343的谱带前者又明显比后者要强。同样由分子振动对称性和谱带强度大小,与巨晶辉石比较,江西路迳JAL-R-opx和福建牛头山F-R-opx-18初步推断为垂直c轴切片,而福建牛头山 F-R-op x-16为平行c轴切面。
2.2 谱带归属
辉石的结构为单链硅酸盐,SiO4四面体以共2个角顶的方式扭折沿c轴延伸,沿 a轴方向堆垛。其SiO4四面体沿c轴的硅氧骨干以及沿C轴方向的结构图见图4。孤立的SiO4基团,当它保持最高对称(Td)时,拉曼振动模式为A1+E+2 F2,当对称性降低,简并部分或完全解除,吸收谱带数目增加。在辉石中,聚合成链的 SiO4四面体消除了V(2),V(3),V(4)的简并[7]。根据群论分析结果,普通辉石和透辉石的对称性分类结果均为A+B+Au+Bu,其中具有拉曼活性的为A+B;而顽火辉石对称性结果为A1g+B1g+B2g+B3g+A1u+B1u+B2u+B3u,其中具有拉曼活性的振动模式为A1g+B1g+B2g+B3g[8,9]。而在实际观测中,所能测出的拉曼谱带并不能完全反应所有的振动。
在辉石硅氧四面体中,有两种氧,即桥氧和非桥氧,桥氧由两个硅配位,与其他阳离子之间的键很弱,而非桥氧则会连接更多的阳离子,故而Si—O0和Si—O-的力学常数不同,桥式氧的硅氧键长要大于非桥式氧的键长,所以桥式氧的伸缩振动模式低于非桥氧的伸缩振动模式。波数在1 009和1 024 cm-1的谱带是非桥式氧Si—O-的振动引起的,而波数856和939 cm-1的谱带则是由桥式氧Si—O0引起。
当SiO4四面体在辉石中聚合成链时,由图4(b)中可看出,在M1(非桥氧与非桥氧相对的位置)
位,各辉石族都为较小的阳离子M g和Fe等占据,呈六配位的八面体,并以共棱的方式联结成平行c轴延伸的八面体折状链;在M2(桥氧与桥氧相对的位置)位,在斜方辉石亚族中为M g和Fe等占据,为畸变的八面体配位,在单斜辉石中为Ca和Na等占据,同样为八面体配位[10]。如图4(c),为了与配位八面体链协调,辉石的单链需不同程度扭折,有2种转动方式,一种叫O旋转,一种叫 S旋转,直链时,其∠O3—O3—O3的角为180度。O旋转时,链角∠O3—O3—O3小于180°,理想情况下为120°;而S旋转时,链角∠O3—O3—O3大于180°,理想情况下为240°。由于2种链角与旋转方向略有差别,故对拉曼峰值也造成一定的影响。
一二年级抗疫手绘画在畸变的八面体中,由 Si—O—Si键合的畸变而形成一个新型谱带,处于750～500 cm-1之间(谱带的位置取决于键角)。聚合成链后,谱带分裂为新的谱带,在 1 200～950 cm-1区域内出现Si—O—伸缩谱带,在750～550 cm-1之间出现Si—O—Si弯曲谱带。SiO4的弯曲振动带集中在650～300 cm-1之间。而M—O谱带则集中在450～200 cm-1之间。据此对各辉石谱图的归属见表2。
桑叶怎么吃2.3 矿物定向
因晶体的空间格子排列在a,b,c轴是不同的,每个方向的面网间距和面网密度都不相同,由图4
(b)辉石的结构图中可以清晰地看到,不同方向切面上各基团或结合键的键力及作用强度也有差异,导致不同切片方向,对光的散射强度也存在差异。由图1～图3可知,从拉曼谱的几个要素显示不同切片方向的差别如下
服务密码忘了怎么查询(1)拉曼位移
韩国济州岛平行c轴的切面相对垂直c轴切面的谱图,谱带位置相同,即拉曼位移是一致的,也就是说不同切面的散射不改变同一位置分子的振动模式。
(2)拉曼散射相对强度
不同切片方向谱带强度明显减弱或缺失。总体上来看,垂直c轴的辉石拉曼光谱从谱带数目上要多于平行c轴的谱带数目,且相同谱带位置的相对强度普遍强于平行c轴方向的谱带,并且平行c轴方向切面有可能缺失Si—O和M—O的弯曲振动,缺失的原因是因谱带位置信号过弱所致。
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