Si-O键的峰位于1020cm-1,Si-Si键的峰位于520cm-1,以及硅原子吸收峰位于460cm-1。硅的原子拥有不同的电子结构,其中Si-O键的峰位于1020cm-1,表明它们之间存在相对强大的共价键。而Si-Si键的峰位于520cm-1,表明它们之间存在较弱的共价键;此外,硅原子吸收峰位于460cm-1,表明它们之间存在电子转移作用。
拉曼光谱释义:当光穿过透明介质,部分被散射的光发生频率改变,这一现象被称之为拉曼散射。CVRaman也因为这一发现获得了1930年诺贝尔物理学奖。
拉曼技术应用:由于透射性好,拉曼可以透过包装,测定任何对激光透明的介质,如玻璃,塑料或溶于水的样品。药厂、化工厂用拉曼来做原料或库管样品的检验,那可是便携拉曼的看家本领。这类应用的共性就是检测的成分简单,含量较高,不用HPLC分离,不用制样,透过包装就快速检测。除了应用于物质组成检测或成分鉴定外,拉曼光谱还可以用于测试物质张力和应力,晶体对称性和取向,晶体质量,物质总量,物质官能团的等信息。
拓展:拉曼谱图通常由一定数量的拉曼峰构成,每个拉曼峰代表了相应的拉曼散射光的波长位置和强度。每个谱峰对应一种特定的分子键振动,其中既包括单一的化学键,例如C-C,C=C, N-O,C-H等,也包括由数个化学键组成的基团的振动,例如苯环的呼吸振动,多聚物长链的振动以及晶格振动等,每种分子或样品都有其特定的拉曼光谱“指纹”。
基于样品的“指纹图谱”,建立数据库,在遇到未知样品的时候,进行拉曼谱图比对和分析、匹配,从而获得未知样品的组成或成分等信息。
与红外光谱一样,拉曼光谱也是用来检测物质分子的振动和转动能级,所以这两种光谱俗称姊妹谱。但两者的理论基础和检测方法存在明显的不同。我们说 物质分子总在不停地振动,这种振动是由各种简正振动叠加而成的。当简正振动能产生偶极矩的变化时,它能吸收相应的红外光,即这种简正振动具有红外活性;具 有拉曼活性的简正振动,在振动时能产生极化度的变化,它能与入射光子产生能量交换,使散射光子的能量与入射光子的能量产生差别,这种能量的差别称为拉曼位 移(Raman Shift),它与分子振动的能级有关,拉曼位移的能量水平也处于红外光谱区。
拉曼光谱仪与红外光谱仪的检测原理大不相同。红外光谱法的检测直接用红外光检测处于红外区的分子的振动和转动能量:用一束波长连续的红外光透过样 品,检测样品对红外光的吸收情况;而拉曼光谱法的检测是用可见激光(也有用紫外激光或近红外激光进行检测)来检测处于红外区的分子的振动和转动能量,它是 一种间接的检测方法:把红外区的信息变到可见光区,并通过差频(即拉曼位移)的方法来检测。由于可见光区是电子跃迁的能量区,当用可见激光激发样品时,电 子跃迁所产生的光致发光信号会对拉曼信号产生干扰,严重时,拉曼信号会被完全淹没。光致发光信号的特点是谱带较宽,最高强度处的波长(或频率)一定。根据 这个特点,拉曼光谱仪一般都配备多种激光器,当一种激光激发样品时产生很强的光致发光干扰信号时,就改用另一种激光,目的是避开光致发光的干扰。我校新购 的这台激光拉曼光谱仪,配有三种激光:氩离子激光器的5145nm激光、氦氖激光器的6328nm激光、和二极管激光器的785nm激光,是这几年国 内所引进的拉曼光谱仪中,激光种类配备较全的一台。
主要技术指标:
测试范围:
1)使用氩离子激光器,50-9400cm-1
2)使用氦氖激光器,100-5800cm-1
3)使用二极管激光器,100-3200cm-1
最小测试面积:1平方微米;
分辨率:1-2cm-1(随选用的光栅不同而不同)。
主要用途:
该仪器可对固态、液态、气态的有机或无机样品进行非破坏性分析,如用于岩石矿物组成、矿物固液气相包裹体、宝玉石、高聚物、无机非金属材料等的鉴定。
给你个文章“从拉曼光谱实验谈拉曼光谱的应用” http://wwwteachustceducn/jpkc/guojia/dxwlsy/kj/part3/student%20works/sw28html
“ 1921年夏,我到欧洲的航行使我有机会第一次看到地中海的美丽的蓝色乳光,这种现象似乎很像是由于阳光被水分子散射引起的。为了检测这种解释,最好是找到光在液体中漫射所遵循的规律。”
—— 摘自印度物理学家拉曼在诺贝尔奖领奖仪式上的演讲
看看,看看,别人看海是看到的光散射;而我看海看到的是海里那条美人鱼 。
拉曼散射的发现
1928年,印度科学家拉曼(CVRaman,1888-1970)观察到一个现象:当光穿过透明介质,部分被散射的光发生频率改变,这一现象被称之为拉曼散射[1]。CVRaman也因为这一发现获得了1930年诺贝尔物理学奖。
基于印度科学家CV拉曼(Raman)发现,光从样品中散射是由于光与样品分子发生弹性碰撞(瑞利散射)或非弹性碰撞(拉曼散射)。瑞利散射光具有与入射激光相同的波长,但拉曼散射光以不同的波长从样品返回,该波长对应于样品中分子键的振动频率,因此对散射光谱进行分析可得到的分子振动、转动的信息,并应用于分子结构分析研究,称为拉曼光谱(RamanSpectra)。拉曼光谱是一种散射光谱,是光与物质分子、原子相互作用的一种形式。
从弱到强逆袭的拉曼
虽然拉曼的发现获得诺贝尔奖,在上世纪30、40年代受到广泛重视,也曾是研究分子结构的主要手段,但由于当时拉曼信号太弱,无法满足样品测试的苛刻要求而无法广泛应用。60年代,随着激光光源的发展,特别是大名鼎鼎的表面增强拉曼散射光谱(SERS)技术的出现,拉曼逆袭成为高灵敏度仪器,并得到广泛应用。SERS技术有灵敏度高,水干扰小,检测快速,抗光漂白和谱峰窄的优点[2,3]。
拉曼技术应用
由于透射性好,拉曼可以透过包装,测定任何对激光透明的介质,如玻璃,塑料或溶于水的样品。药厂、化工厂用拉曼来做原料或库管样品的检验,那可是便携拉曼的看家本领。这类应用的共性就是检测的成分简单,含量较高,不用HPLC分离,不用制样,透过包装就快速检测。除了应用于物质组成检测或成分鉴定外,拉曼光谱还可以用于测试物质张力和应力,晶体对称性和取向,晶体质量,物质总量,物质官能团的等信息。
拉曼谱图的构成和特征
拉曼谱图通常由一定数量的拉曼峰构成,每个拉曼峰代表了相应的拉曼散射光的波长位置和强度。每个谱峰对应一种特定的分子键振动,其中既包括单一的化学键,例如C-C,C=C, N-O,C-H等,也包括由数个化学键组成的基团的振动,例如苯环的呼吸振动,多聚物长链的振动以及晶格振动等,每种分子或样品都有其特定的拉曼光谱“指纹”。
基于样品的“指纹图谱”,建立数据库,在遇到未知样品的时候,进行拉曼谱图比对和分析、匹配,从而获得未知样品的组成或成分等信息。
拉曼光谱仪在制药界为何能够普及
便携(手持拉曼)是近年来发展最快的拉曼品种。不怕水、透过包装、贴近样品快速测试的特性最早用于制药业。各大公司都不断收购拉曼技术,目前已经开始昂首进军到单细胞检测等前沿领域[4]。
TruScan RM手持式拉曼分析仪
AhuraScientific公司于2005年推出功能强大的小型手持式拉曼光谱仪TruScan,后被ThermoFisher Scientific收购,于 2011年推出下一代手持式原料鉴定分析仪手持拉曼TruScanTMRM [5],用于快速药品定性和定量检测,原辅料质量控制,原料鉴定和剂型识别、药品的真伪鉴别、API含量定量等等,同时还可以用于过程分析(PAT),如蒸馏在线终点测定、反应监测以及粉末混合操作测试。非专业操作员即可以使用该分析仪,快速准确地物料检测。
TruScanTMRM手持式拉曼分析仪有一个可用的FactoryLibrary,有超过4,300种有机/工业溶剂、有毒化学品、药品、家用化学品等样品。使用FactoryLibrary为未知原料提供了附加信息。
此外,TruScanTMRM手持式拉曼分析仪还可以安装有TruTools,允许使用者自定义创建定性和定量方法,使用者能够在工厂的任何地点进行高级化学计量分析[6]。
TruScanTMRM手持式拉曼分析仪适用性(固体,液体,啫喱液体,糊状物)。
产品特点
参考文献
对于你的问题,我有点迷糊,拉曼峰?是不是你想说的就是拉曼光谱图里面那些峰,拉曼光谱图就是利用激光拉曼光谱仪来测试出来的,你想具体知道这些,你首先要知道关于拉曼光谱的一些基本理论。我在这里简单给你说下,你应该知道当光源发射的光照射到样品上时,除被吸收的光之外,绝大部分光沿着入射方向穿过样品,只有极少部分改变方向而成为散射光,如果散射光的波长发生了改变,这种散射就是拉曼散射。再理论点说就是光子和样品分子之间发生了非弹性碰撞,光子除了运动方向改变之外,还与样品分子进行了能量的交换,将一部分能量传递给样品分子或从样品分子中获得了一部分能量,从而改变了散射光的频率。再简单给你说下拉曼光谱吧,那个光谱一般的波数范围为4000~40cm-1(-1是上标哈),它的振动叠加效应是较小的,谱带清晰,没有倍频和组频带,谱图相对于我们一般了解的IR谱图要简单多了。主要就是一些结构分析用的。这些知识可能不够,要是你要仔细了解需要多看下书,才行哦
颜慰萱 陈美华
作者简介:颜慰萱,中宝协第三届人工宝石专业委员会高级顾问,原中国地质大学(武汉)珠宝学院院长、教授。
陈美华,中宝协第三届人工宝石专业委员会委员,中国地质大学(武汉)珠宝学院教授。
化学气相沉淀法合成钻石有几种方法,如热丝法、火焰法、等离子体喷射法和微波等离子体法等,但最常用的方法是微波等离子体法。这是高温(800~1000℃)低压(104Pa)条件下的合成方法。用泵将含碳气体——甲烷(CH4)和氢气通过一管子输送到抽真空的反应舱内,靠微波将气体加热,同时也将舱内的一个基片加热。微波产生等离子体,碳从气体化合物的状态分解成单独游离的原子状态,经过扩散和对流,最后以钻石形式沉淀在加热的基片上。氢原子对抑制石墨的形成有重要作用(图1,图2)。
所谓等离子体简单说就是气体在电场作用下电离成正离子及负离子,通常成对出现,保持电中性。这种状态被称为除气、液、固态外物质的第四态。如CH化合物电离成C和H等离子体。
图1 微波等离子体法合成CVD钻石
(据Martineau等,2004)
图2 等离子体及碳结晶示意图
当基片是硅或金属材料而不是钻石时,因钻石晶粒取向各异,所产生的钻石薄膜是多晶质的;若基片是钻石单晶体,就能以它为基础以同一结晶方向生长出单晶体钻石。基片起到了籽晶的作用。用作基片的钻石既可以是天然钻石,也可以是高压高温合成的钻石或CVD合成钻石。基片切成薄板状,其顶、底面大致平行于钻石的立方体面({100}面)。
一、化学气相沉淀法合成钻石的研发史和现状
1952年美国联邦碳化硅公司的William Ever-sole在低压条件下用含碳气体成功地同相外延生长出钻石。这比瑞士 ASEA公司1953年和美国通用电气公司(GE)1954年宣布用高压高温法合成出钻石的时间还要早,因而Eversole被视为合成钻石第一人。但当时CVD法生长钻石的速度很慢,很少有人相信其速度能提升到可供商业性生长。
从1956年开始苏联科学家通过研究显著提高了CVD合成钻石的速度,当时是在非钻石的基片上生长钻石薄膜。20世纪80年代初这项合成技术在日本取得重大突破。1982年日本国家无机材料研究所(NIRIM)的Matsumoto等宣布,钻石的生长速度已超过1μm/h。这在全球范围内引发了将这项技术用于多种工业目的的兴趣。
20世纪80年代末,戴比尔斯公司的工业钻石部(现在的Element Six公司)开始从事CVD法合成钻石的研究,并迅速在这个领域取得领先地位,提供了许多CVD合成多晶质钻石工业产品。
这项技术也在珠宝业得到应用,那就是把多晶质钻石膜(DF)和似钻碳体(DLC)作为涂层(镀膜)用于某些天然宝石也包括钻石的优化处理。
尽管当时CVD合成钻石的生长速度有了很大提高,使得有可能生长出用于某些工业目的和宝石镀膜的较薄的钻石层,但要生产可供切磨刻面的首饰用材料,因需要厚度较大的单晶体钻石,仍无法实现。一颗 05克拉圆钻的深度在3mm以上,若以0001mm/h速度计算,所需的钻坯至少要生长18周。可见,低速度依然是妨碍CVD法合成厚单晶钻石的主要因素。
20世纪90年代,CVD合成单晶体钻石的研发取得显著进展。先是1990年荷兰 Nijmegen大学的研究人员用火焰和热丝法生长出了厚达05mm的CVD单晶体。后在美国,Crystallume公司在1993年也报道用微波CVD法生长出了相似厚度的单晶体钻石;Badzian等于1993年报道生长出了厚度为12mm的单晶体钻石。DTC和Element Six公司生产出了大量用于研究目的的单晶体钻石,除掺氮的褐色钻石和纯净的无色钻石外,还有掺硼的蓝色钻石和合成后再经高压高温处理的钻石。
进入21世纪,首饰用CVD合成单晶体钻石的研发有了突破性进展。
美国阿波罗钻石公司(Apollo Diamond Inc)多年从事CVD合成单晶钻石的研发。2003年秋,开始了首饰用CVD合成单晶钻石的商业性生产,主要是Ⅱa型褐色到近无色的钻石单晶体,重量达1克拉或更大些。同时,开始实验性生产Ⅱa型无色钻石和Ⅱb型蓝色钻石。阿波罗钻石公司预计其成品刻面钻石在2005年的总产量为5000~10000克拉,大多数是025~033克拉的钻石,但也可生产1克拉的钻(图3,图4)。
图3 无色—褐色CVD钻石
(据Martineau等,2004)
图4 CVD钻石的设备及合成工艺
(据DTC,2005)
2005年5月在日本召开的钻石国际会议上,美国的Yan和Hemley(卡内基实验室)等披露,由于技术方法的改进,他们已能高速度(100μm/h)生长出5~10克拉的单晶体,这个速度约5倍于用高压高温方法和其他CVD方法商业性生产的钻石。他们还预言能够实现英寸级(约300克拉)无色单晶体钻石的生长。
由此可见,首饰用CVD合成钻石的前景是十分喜人的,它对于钻石业的影响也是不可低估的。
二、化学气相沉淀法合成单晶钻石的特征和鉴别
近年来一些研究和鉴定机构一直致力于研究合成单晶钻石的特征和鉴别。我们在这里所要介绍的资料来自于美国宝石学院《Gems&Gemology》杂志上的3篇论文。
1)Wuyi Wang等(2003)对阿波罗钻石公司此前生产的13粒样品的性质和鉴定特征进行了总结。
2)Martineau等(2004),综述了对 DTC和Element Six公司近15年来生产的上千颗实验样品(包括合成后切磨成刻面的样品)的研究结果。样品中除有与阿波罗钻石公司相同的含氮的褐色钻石和纯净的近无色钻石外,还有掺硼的蓝色钻石和合成后再经高压高温处理的钻石。
3)Wuyi Wang等(2005),对法国巴黎第13大学 LIMHP-CNRS实验室生长的6颗实验样品的性质和鉴定特征进行了总结,其中3颗是掺氮的,另外3颗则是在尽量减少杂质含量的条件下生长的高纯度钻石。
上述论文中所涉及的样品都是用化学气相沉淀法中的微波法生长的,因而论文所总结出的特征和鉴别方法有许多共同点,但由于合成技术方法(包括实验目的和条件,掺杂类型和浓度以及基片类型等)的差别,它们的特征也存在某些差别。
1晶体
因为是以天然钻石、高压高温合成钻石或CVD合成钻石切成平行{100}晶面(立方体面)或与{100}交角很小的薄片作为基片,故CVD法生长出的单晶体大都呈板状,有大致呈{100}方向的大的顶面,偶尔可在边部见到小的八面体面{111}和十二面体面{110}。八面体面{111}和十二面体面{110}分布的部位通常含较多的包裹体,是生长质量较差也不易抛光的部位(图5,图6)。
图5 天然钻石、HTHP合成钻石和CVD合成钻石晶体形态
图6 天然钻石和CVD合成钻石的形态差异
用差示干涉差显微镜或宝石显微镜放大观察掺氮钻石的生长表面,可观察到“生长阶梯”,它由“生长台阶”和将它们分隔开的倾斜的“立板”构成(图7,图8)。
图7 CVD钻石在{100}面上看到的表面生长特征(据 Wuyi Wang等,2005)
图8 掺氮钻石表面的“生长阶梯”现象
(据 Martineau等,2004)
2钻石类型和颜色
Martineau等(2004)把DTC和Element Six公司迄今的实验样品归纳为4类。
(1)掺氮的CVD合成钻石
因为合成过程中难免会有少量空气进入反应舱,而空气中含氮,添加的原料气体中也会有杂质氮,故要完全排除合成钻石中的氮是困难的。含氮少时属于Ⅱa型,含氮多时属于Ⅰ b型。除少数为近无色外,绝大多数带褐色调(法国巴黎第13大学的样品有带灰色调的),这明显不同于带**调的天然的和高压高温合成的钻石。阿波罗钻石公司现有产品大都属于这一类,多数为Ⅱa型,少数为I b型。已有的实验表明,氮有助于明显提高合成钻石的生长速度,因而有时可人为地有控制地掺氮(图9)。
(2)高压高温处理的掺氮的CVD合成钻石
实验表明,高压高温热处理可以减弱掺氮CVD合成钻石的褐色调。由于掺氮CVD合成钻石的褐色调是与N-V(氮-空穴)心等因素有关而与塑性变形无关,故高压高温减色也是与改造 N-V(氮-空穴)心等有关,而与修复塑性变形无关。
(3)掺硼的CVD合成钻石
合成过程中在原料气体中加入 B2H6,所得到的合成钻石将含少量的硼,属于Ⅱb型,其颜色为浅蓝至深蓝色(图10)。
(4)除氢外无其他杂质的高纯度CVD合成钻石
属于近无色到无色的Ⅱa型钻石。由于氢是原料气体的组成部分,有杂质氢是不可避免的,因而关键是严格控制氮和硼,这有相当难度,而且生长速度比掺氮的要慢许多(图11)。
图9 掺氮褐色CVD钻石
图10 掺硼蓝色CVD钻石
(图9~11据 Martineau等,2004)
图11 高纯度CVD钻石
3颜色分带
在垂直晶体生长方向(即平行于{100}面的方向)进行放大观察,在Element Six公司的实验样品中可看到颜色的成层分布。在掺氮的褐色钻石中可见褐色的条带,而在掺硼的蓝色钻石中可见蓝色的条带(图12)。
在阿波罗钻石公司的产品中也见到有褐色的条带。
图12 阿波罗钻石公司的产品中的褐色条带
(据Wuyi Wang等,2003)
4包裹体
较少含包裹体,不是在所有样品中都能观察到。主要是一些针点状包裹体,还有一些小的黑色不规则状颗粒,叫非钻石碳(图13)。因这些在天然的和高压高温合成的钻石中也能见到,故鉴定意义不大。但微波CVD合成钻石中不会有高压高温合成钻石中常见的金属包裹体,也不会有磁性。
阿波罗钻石样品中的几颗掺氮成品钻石的净度级别为VS1到SI2。
图13 针点状包裹体(左)和非钻石碳包裹体(右)
(据Wuyi Wang等,2003)
5异常双折射(图14,图15)
图14 CVD钻石异常消光(左)和天然钻石异常消光(右)
(据Wuyi Wang等,2003)
图15 平行生长方向观察(上)和垂直方向观察(下)
(据 Martineau等,2004)
在正交偏光显微镜下垂直立方体面观察,通常可见到由残余内应变而导致的格状的异常双折射,显示低干涉色,但围绕一些缺陷可见到高干涉色。整体上其异常双折射弱于天然钻石,但在边部八面体面{111}和十二面体面{110}分布部位有较强的异常双折射和较高的干涉色。
6紫外荧光
阿波罗公司的13颗样品,在LW UV下有8颗呈惰性,其余的呈微弱的橙、橙黄或**;在SW LV下除1颗样品外都显示从微弱到中等的橙到橙**。未见有磷光。
法国巴黎第13大学的样品,包括掺氮的和高纯度的,除1颗是连同基片的未确定外,其余在LW UV和SW UV下均呈惰性。
Element Six的14颗掺氮刻面钻石在LW UV和SW UV下均呈弱橙色到橙色。8颗刻面的高纯度CVD合成钻石在LW UV和SW UV下均呈惰性。5颗刻面的掺硼钻石在LM UV下均呈惰性,在SW UV下均呈绿蓝色并有蓝色磷光。
综上所述,除掺硼钻石外大多数CVD合成钻石在 LW UV和SW UV下的反应变化很大,可呈惰性到橙色,很难作为鉴定依据。
7用 DiamondView(钻石观测仪)观察到的发光现象
用戴比尔斯的DiamondView观察CVD合成钻石在短波紫外光下的发光特点,发现掺氮钻石呈现强橙到橙红色的荧光(图16,图17,图18),这与N-V心有关。经高压高温处理的掺氮钻石主要呈绿色。高纯度的CVD合成钻石在 DiamondView下不显橙色荧光,但有些样品有微弱的蓝色发光,这与晶格中的位错有关。这种蓝色发光也会出现在掺氮钻石的四个角。CVD合成掺硼钻石呈亮蓝色荧光,一些部分为绿蓝色(图19),有磷光效应,可延续几秒到几十秒钟。CVD钻石在Diamond-View下不显示天然钻石的八面体发光样式和高压高温合成钻石的立方-八面体发光样式。有趣的是,当CVD钻石是在高压高温合成钻石的基片上生长,而基片又未去掉时,可看到高压高温合成钻石的立方-八面体发光样式(图20)。
图16 DiamondView观察CVD钻石的发光现象
(据Martineau等,2004)
图17 DiamondView观察阿波罗钻石的发光现象
(据Wuyi Wang等,2003)
CVD掺氮钻石在垂直{100}的切面上可看到密集的斜的条纹(条纹间距相当稳定,不同样品中从0001mm到 02mm不等)。这是CVD合成掺氮钻石一个重要的鉴别特征。天然Ⅱa型钻石虽偶尔也有橙色发光,但没有这种条纹。掺氮钻石经高压高温处理后的发光变为绿色到蓝绿色,但密集的条纹依然可见(图21)。
图18 在高压高温合成钻石基片上生长的CVD钻石,在DiamondView下与基片呈不同颜色
(据Wuyi Wang等,2003)
图19 CVD合成掺硼钻石的荧光
(据Wuyi Wang等,2003)
图20 CVD掺氮(左)和CVD高纯度钻石(右)荧光
(据Wuyi Wang等,2005)
图21 未处理及高温高压处理后荧光对比
(据 Martineau等,2004)
CVD掺硼钻石在DiamondView下同样显示条纹或是凹坑或两者都有,这一特征未见于天然Ⅱb型蓝色钻石(图22)。
图22 CVD掺硼钻石的条纹和凹坑
(据Martineau等,2004)
8阴极发光图像
同上述DiamondView发光特征。
9光致发光光谱和阴极发光光谱(图23,图24)
在拉曼光谱仪上分别使用325nm(HeCd,氦镉)、488nm(氩离子)、514nm(氩离子)、633nm(HeNe,氦氖)和785nm(近红外二极管)激光束照射Element Six公司的各种样品并研究其发光光谱,以及用阴极射线照射 Element Six公司的各种样品并研究其发光光谱,Martineau等(2004)得出了表1结果。
表1 各种钻石的发光光谱特征
Martineau等同意Zaitsev(2001)的意见,认为467nm和533nm只出现在CVD合成钻石中,但指出高压高温处理后将不复存在;也同意Wuyi Wang等(2003)的意见,认为596nm和597nm对于CVD掺氮钻石有鉴定意义,但指出并非所有样品都有596/597峰。
10紫外-可见光-近红外吸收谱和红外吸收谱(图25,图26,图27)
图23 用514氩离子激光束辐照掺氮CVD钻石产生的发光光谱
(据Martineau等,2004)
图24 用325nm氦镉激光束辐照含氮CVD钻石(A)和同一样品经高压高温(B)产生的发光光谱
(据Martineau等,2004)
图25 掺氮CVD钻石(A)和同一钻石经高压高温处理后(B)的紫外-可见光吸收谱
(据Martineau等,2004)
用几种类型的光谱仪研究Element Six公司各种类型的CVD合成钻石后,Martineau等(2004)得出了表2结果。
表2 各种钻石的光谱特征
Martineau等(2004)认为,紫外-可见光-近红外光谱中的365nm、520nm、596 nm和625nm吸收对于CVD合成掺氮钻石是特征的,在高压高温处理的掺氮钻石中已不见,也未见于天然钻石和高压高温合成钻石中。
图26 阿波罗公司掺氮CVD钻石的红外光谱
(据Wuyi Wang等,2003)
Martineau等(2004)还同意 Wuyi Wang等(2003)的意见,认为红外光谱中与氢有关的8753cm-1,7354 cm-1,6856 cm-1,6425 cm-1,5564 cm-1,3323 cm-1和3123 cm-1对于CVD合成掺氮钻石是特征的,在高压高温处理的掺氮钻石中已不见,也未见于天然钻石和高压高温合成钻石中。3107cm-1吸收出现在高压高温处理后,也见于某些天然钻石。
图27 阿波罗掺氮CVD钻石的红外吸收谱
(据Wuyi Wang,2005)
11X射线形貌分析
在平行于生长方向的切面上进行的X射线形貌分析显示出明显的柱状结构,而在垂直生长方向的切面上看到的是许多暗色斑点或呈模糊的格子状。分析认为这种柱状结构是钻石晶体生长过程中一些位错从基片分界面或靠近分界面处出现并开始向上延伸的结果。
三、结束语
对于现今少量进入市场的成品掺氮钻石,略带褐色调、成品厚度较薄以及异常消光特点等能为鉴别提供一些线索,但最终的鉴别需要依靠大型实验室的DiamondView和阴极发光图像分析和谱学资料,包括发光光谱和吸收光谱资料。由于CVD合成单晶体钻石工艺的不断完善,特别是高纯度CVD钻石的出现及对掺氮CVD钻石的高压高温热处理,使现今能有效鉴别掺氮CVD钻石的发光图像特征和谱学特征也不再有效,这就进一步增加了鉴别的难度。但我们相信宝石学界一定会不断分析总结新出现的情况,找到鉴别的办法。
主要参考文献
Philip MMartineau,Simon CLawson,Andy JTay-lor2004Identification of synthetic diamond grown using chemical vapor deposition(CVD)Gems&Gemology,40(1):2~25
Wuyi Wang,Thomas Moses,Robert CLinares2003Gem-quality synthetic diamonds grown by a chemical vapor deposition(CVD)methodGems&Gemolo-gy,39(4):206~283
Wuyi Wang,Alexandre Tallaire,Matthew SHall2005Experimental CVD synthetic diamonds from LIMHP-CNRS,FranceGems&Gemology,41(3):234~244
分析物质性质
通过对拉曼光谱的分析可以知道物质的振动转动能级情况,从而可以鉴别物质,分析物质的性质。
天然鸡血石和仿造鸡血石的拉曼光谱有本质的区别:前者主要是地开石和辰砂的拉曼光谱,后者主要是有机物的拉曼光谱,利用拉曼光谱可以区别二者。
天然鸡血石“地”的主要成分为地开石,天然鸡血石样品“血”既有辰砂又有地开石,实际上是辰砂与地开石的集合体。仿造鸡血石“地”的主要成分是聚苯乙烯-丙烯腈,“血”与一种名为PermanentBordo的红色有机染料的拉曼光谱基本吻合。
鉴别毒品
常见毒品均有相当丰富的拉曼特征位移峰,且每个峰的信噪比较高,表明用拉曼光谱法对毒品进行成分分析方法可行,得到的谱图质量较高。由于激光拉曼光谱具有微区分析功能,即使毒品和其它白色粉末状物质混和在一起,也可以通过显微分析技术对其进行识别,得到毒品和其它白色粉末分别的拉曼光谱图。
利用拉曼光谱可以监测物质的制备:担载型硫化钼、硫化钨催化剂是由相应的担载型金属氧化物在H2和H2S气氛下程序升温制得的,在工业上主要用作加氢精制催化剂。在这样的工业条件下,二维表面金属氧化物转变为二维或三维金属硫化物。与负载金属氧化物相比,负载金属硫化物的拉曼光谱研究相对较少,这是由于黑色的硫化物相对可见光的吸收较强,导致信号较弱。然而拉曼光谱能较易检测到小的金属硫化物微晶。
在380和450cm-1处出现两个归属为晶相和的谱峰,而担载型晶相硫化钼的谱峰比晶相硫化钼的谱峰宽得多。钴助剂的加入导致硫化钼的谱峰发生位移,强度减弱,这是由于相以及黑色的相的形成造成的。
监测水果表面残留农药
不同种类的水果表面滴加植保博士后得到的拉曼谱
在处理好的水果表面撕取一小片果皮,在水果表面分别滴上一滴不同的农药,农药就会浸润到果皮上。用吸水纸擦拭果皮上的农药液体,然后把残留有农药的果皮压入铝片的小槽中,保证使残留农药的果皮表面呈现在铝片小槽的外面,然后把压出来的汁液用吸水纸擦拭干净。
不同种类的水果表面滴加植保博士后得到的拉曼谱。很明显,除了水果原本的拉曼峰外,植保博士的特征峰为993cm-1、1348cm-1、1591cm-1都出现了由于实验中模拟农药喷洒的方式比实际喷洒时的农药量少得多,尽管如此,农药的残留仍然清晰地显示出来,这表明这一方法是灵敏而适用的。定量地分析农药残留可以从农药特征谱线和水果特征谱线的相对强度比获得。
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