部分常见含铁宝石的光谱特征研究

论文摘要

宝石是一些可以作为装饰用的矿物,它是自然作用和人类劳动的共同产物。自然界中可以作为宝石原料的矿物和岩石约有130余种,占宝石材料的90%,例如,钻石、蓝宝石、金绿宝石、橄榄石都是矿物,在这些矿物中,由铁致色的矿物品种占据了较大的比例。地球上铁的丰度约为5%,在经过地质作用形成的宝石材料中均会存在一定的铁离子,例如蓝色蓝宝石、橄榄石、海蓝宝石、铁铝榴石、尖晶石等。由于其含有二价铁、三价铁或者其它微量元素的原因,宝石呈现出不同程度的蓝、黄绿、紫红、黄色,从而给研究含铁宝石的呈色机理带来了困难。本文从矿物物理学角度分析、计算铁离子的能级分裂和电子轨道跃迁能量,然后通过计算机模拟分析计算常见几种含铁宝石的晶体结构和铁的吸收谱线并与实际所得测试结果进行比较、分析其致色机理。通过建立蓝宝石和尖晶石两种模拟晶体结构模型,探寻铁元素的替代置换作用对晶体场的能量的影响,并进一步探索宝石的呈色机理。本文从矿物物理学角度分析并计算铁离子能级分裂及跃迁能量,对各吸收线的进行一个合理的指派,并与样品的紫外-可见吸收光谱以及可见光吸收光谱相对比,观察三者是否吻合。应用矿物物理学的相关理论及引用文献数据对含铁宝石中铁离子电子间相互作用参量B、C进行了计算,计算结果为B=614；C=3212。结果表明,利用Dq、B、C参量对铁离子电子跃迁的理论计算值与实验测试值十分吻合,从而实现了对含铁宝石中铁离子电子跃迁吸收带的合理指派。由于含铁宝石中还含有很多其它种类的过渡金属离子,因此其光学吸收图谱通常很复杂,对于各吸收带的拟合和指派至今没有一个全面合理解释。本文从宝石中常见的铁离子入手,用晶体场理论及其方法研究光吸收谱,希望可以为研究其它过渡金属离子的吸收谱提供方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究现状
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 研究内容及方法
• 第二章 几种含铁宝石的宝石学特征
• 2.1 蓝宝石（Sapphire）
• 2.2 海蓝宝石（Aquamarine）
• 2.3 橄榄石（Peridot）
• 2.4 铁铝榴石（Almandine）
• 2.5 尖晶石（Spinel）
• 第三章 宝石样品的部分宝石学特征和含铁测试
• 3.1 测试样品
• 3.2 含铁量的测定
• 3.3 本章小结
• 第四章 计算机模拟与分析
• 4.1 蓝宝石模型的建立和计算
• 4.2 尖晶石模型建立和计算
• 4.3 本章小结
• 第五章 数据计算与分析
• 5.1 铁离子能级分裂及跃迁能量计算
• 5.2 紫外-可见光谱谱图对比分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录