现代宝石测试技术总复习（最终稿）

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现代宝石测试仪器总复习

页码 重点仪器 (80%) 仪器名称 1紫外－可见吸收光谱仪 2红外吸收光谱仪 3拉曼光谱仪 4 X荧光光谱仪 5X射线粉晶衍射仪 6 X射线衍射学 次重点仪器 (15%±) 非重点7激光诱导离解光谱仪 8阴极发光仪 9扫描电镜 10电子探针 11绪论 12热分析 13扫描探针显微镜及原1基本概念 02 06 13 18 21 23 25 26 27 28 31 36 37 2基本原理 02 06 14 18 21 24 25 26 31 3仪器的用途 03 08 15 18 21 24 25 26 28 29 32 4优缺点 04 11 15 19 21 25 28 29 33 5测试方法 04 11 16 20 22 24 26 27 30 34 6使用范围 05 12 16 20 22 27 30 7数据形式 05 12 17 20 27 （5％子力显微镜 1

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现代宝石测试仪器总复习重点部分（80%）

1紫外－可见吸收光谱仪

1.1基本概念

分子具有的三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级。分子光谱：在辐射能作用下，由分子能级间的跃迁产生的光谱。

能级跃迁:电子能级间跃迁的同时，总伴随着振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中中包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。 量子化：选择性吸收，吸收曲线与最大吸收波长入max，用不同波长的单色光照射，测吸收光度。

1.2基本理论

1.2.1基本原理

紫外—可见吸收光谱是在电磁辐射作用下，由宝石中原子、离子、分子的价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁而产生的一种分子吸收光谱。具不同晶体结构的各种彩色宝石，其内所含的致色杂质离子对不同波长的入射光具有不同程度的选择性吸收，由此构成测试基础。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外一可见分光光度法。

在宝石晶体中，电子是处在不同的状态下，并且分布在不同的能级组中，若晶体中一个杂质离子的基态能级与激发态能级之间的能量差，恰好等于穿过晶体的单色光能量时，晶体便吸收该波长的单色光，使位于基态的一个电子跃迁到激发态能级上，结果在晶体的吸收光谱中产生一个吸收带，便形

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成紫外可见吸收光谱。

1.2.2宝石测试中常见三种紫外可见吸收光谱类型：

a．d电子跃迁吸收光谱

过渡金属离子为d电子在不同d轨道能级间的跃迁，吸收紫外和可见光能量而形成紫外可见吸收光谱。这些吸收谱峰受配位场影响较大。d—d跃迁光谱有一个重要特点，即配位体场的强度对d轨道能级分裂的大小影响很大，从而也就决定了光谱峰的位置。如红宝石、祖母绿的紫外可见吸收光谱。 b．f电子跃迁吸收光谱

与过渡金属离子的吸收显著不同，镧系元素离子具有特征的吸收锐谱峰。这些锐谱峰的特征与线状光谱颇为相似。这是因为4f轨道属于较内层的轨道，由于外层轨道的屏蔽作用，使4f轨道上的厂电子所产生的f-f跃迁吸收光谱受外界影响：相对较小所致。如蓝绿色磷灰石、人造钇铝榴石(见图2-2-26)、稀土红玻璃等。

c. 电荷转移(迁移)吸收光谱

在光能激发下，分子中原定域在金属M轨道上的电荷转移到配位体L的轨道，或朝相反方向转移。这种导致宝石中的电荷发生重新分布，使电荷从宝石中的一部分转移至另一部分而产生的吸收光谱称为电荷转移光谱。电荷转移所需的能量比d—d跃迁所需的能量多，因而吸收谱带多发生在紫外区或可见光区。如山东蓝宝石。

1.3仪器的用途

可用于结构的鉴定，定量分析以及颜色成因分析。可以获取宝玉石的紫外可见吸收光谱。

1.3.1检测人工优化处理宝石

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例如，利用直接透射法或反射法，能有效地区分天然蓝色钻石与人工辐照处理蓝色钻石。前者由杂质B 原子致色，紫外可见吸收光谱表征为，从540nm至长波方向，可见吸收光谱的吸收率递增。后者则出现GR1心／741nm(辐射损伤心)，并伴有N2+N3／415nm(杂质N 原子心)吸收光谱。又例如，利用反射法，能有效地区分天然绿松石与人工染色处理绿松石，前者由Fe、Cu 水合离子致色，在可见吸收光谱中显示宽缓的吸收谱带(Cu2+：2E→2T2;Fe3+：6A1→4E+4A，)，后者则无或微弱。

1.3.2区分某些天然与合成宝石

例如，水热法合成红色绿柱石显示特征的Co、Fe元素致可见吸收光谱。反之，天然红色绿柱石仅显示Fe及Mn元素致可见吸收光谱。

1.3.3探讨宝石呈色机理

例如,山东黄色蓝宝石中Fe3+为主要的致色离子，在其紫外可见吸收光谱中，O2-→Fe3+电荷转移带尾部明显位移至可见光紫区内，并与Fe3+晶体场谱带部分叠加。据此认为，山东黄色蓝宝石的颜色，主要归因为O2-→Fe3+电荷转移与Fe3+的d—d电子跃迁联合作用所致。

1.4优缺点

简单，廉价，无损。

1.5测试方法

用于宝石的测试方法可分为两类，即直接透射法和反射法。

1.5.1直接透射法

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将宝石样品的光面或戒面(让光束从宝石戒面的腰部一侧穿过)直接置于样品台上，获取天然宝石或某些人工处理宝石的紫外可见吸收光谱。直接透射法虽属无损测试方法，但从中获得有关宝玉石的相关信息十分有限，特别在遇到不透明宝石或底部包镶的宝石饰品时，则难以测其吸收光谱。由此限制了紫外可见吸收光谱的进一步应用。

1.5.2反射法

利用紫外一可见分光光度计的反射附件(如镜反射和积分球装置)，有助于解决直接透射法在测试过程中所遇到的问题，由此拓展紫外可见吸收光谱的应用范围。

1.6使用范围

紫外吸收光谱:：分子间电子能级跃迁。波长范围：100-800nm。远紫外区：100-200nm，近紫外区：200-400nm。可见光区：400-800nm。

1.7数据形式

物质对光的选择性吸收及吸收曲线。以吸收曲线的形式表示出来。关于吸收曲线的讨论： a) 同一种物质对不同波长光的吸收光度不同，吸收最大处对应的波长称为最大吸收波长入max。

b) 不同浓度的同一物质，其吸收曲线形状相似，入max不变。而对于不同物质，他们的吸收曲线形状和入max则不同。 c) 吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。

d) 不同浓度的同一物质，在某一定的波长下吸收光度A有差异。在入max处吸光度A的差异度最大，此特性可以作为物质定量分析的依据。

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带分裂状态等特征，极易将它们区分开。

2.3.5仿古玉的红外吸收光谱

一些仿古玉器在制作过程中，常采用诸如强酸(如HF酸)腐蚀或高温烘烤等方法进行老化做旧处理。经上述方法处理的玉器表面或呈白(渣)化、或酸蚀残化(斑)、或呈牛毛网纹状，对其玉质的正确鉴别往往带来一定的难度。利用“漫反射红外附件”有助于对这类老化做旧处理玉器进行鉴别。图2-2-21 显示，由指纹区内Si—O、Si—O—Si的伸缩振动和弯曲振动致红外吸收谱带，足以证实该玉器的主矿物成分为透闪石(标识为软玉)。

2.4优缺点

扫描速度快，适合仪器连用；不需要分光，信号强，灵敏度很高。简捷、准确、无损。

2.5测试方法

用于宝石的红外吸收光谱的测试方法可分为两类，即透射法和反射法。

2.5.1透射法

透射法又可分为粉末透射法和直接透射法。粉末透射法属一种有损测试方法，具体方法是将样品研磨成2FAm以下的粒径，用溴化钾以1：100—1：200的比例与样品混合并压制成薄片，即可测定宝石矿物的透射红外吸收光谱。直接透射法是将宝石样品直接置于样品台上，由于宝石样品厚度较大，表现出2000cm-’以外波数范围的全吸收，因而难以得到宝石指纹区这一重要的信息。直接透射技术虽属无损测试方法(见图2-2—16)，但从中获得有关宝玉石的结构信息十分有限，由此限制丁红外吸收光谱的进一步应用。特别对于一些不透明宝玉石、图章石和底部包镶的宝玉石饰品进行鉴定时，则难以具

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体实施。

2.5.2反射法

红外反射光谱是红外光谱测试技术中一个重要的分支，目前在宝玉石的测试与研究中备受关注，根据采用的反射光的类型和附件分为：镜反射、漫反射、衰减全反射和红外显微镜反射法。红外反射光谱(镜、漫反射)在宝石鉴定与研究领域中具有较广．阔的应用前景。根据透明或不透明宝石的红外反射光谱表征，有助于获取宝石矿物晶体结构中羟基、水分子内、外振动，阴离子、络阴离子的伸缩或弯曲振动，分子基团结构单元及配位体对称性等重要的信息，特别是为某些充填处理的宝玉石中有机高分子充填材料的鉴定提供了一种便捷、准确、无损的测试方法。

考虑到宝石的红外反射光谱中，由于折射率在红外光谱频率范围的变化(异常色散作用)而导致红外反射谱带产生畸变(似微分谱形)，要将这种畸变的红外反射光谱校正为正常的并为珠宝鉴定人员所熟悉的红外吸收光谱，可通过Dispersion校正或KramersKronig变换的程序予以消除。（多限于4000—400cm-1范围）。

2.6使用范围

透射法：光、戒面，波数范围：2000-8000cm-1、KBr压片，波数范围：4000-400 cm-1。。 反射法：具有一抛光面的任何性质样品，镜、漫反射，波数范围：4000-400 cm-1。 测试对象：适应于几乎所有的不透明或透明宝玉石，

2.7数据形式

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红外光谱仪测定的是分子或基团振动、转动的能量吸收特征。以红外光谱吸收或透过曲线图谱形式表示，纵座标用透过率或吸光度表示，横座标常用波数表示。

3激光拉曼光谱仪

3.1基本概念

1928年，印度物理学家C. V. Raman发现：当光照射到物体时，有按几何规律（反射、折射、吸收）传播的光线；还有散射光，包括瑞利散射、拉曼散射等；激光光子和分子碰撞过程中，除了被分子吸收以外，还会发生散射。由于碰撞方式不同，光子和分子之间存在多种散射形式：

瑞利(Rayleigh)散射：又称弹性散射；散射光强与入射光的波长成反比；频率不变；光子和分子之间没有能量交换，仅改变了光子的运动方向，其散射频率等于入射频率，这种类型的散射在光谱上称为瑞利(Rayleigh)散射。

拉曼(Raman)散射：光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，即改变了光子的运动方向，也改变了能量，使散射频率和入射频率有所不同。散射光的能量与入射光能量相比发生改变，光强很弱，反映分子振动频率的信息，散射谱为发射谱。此类散射在光谱上被称为拉曼(Raman)散射。

拉曼位移：拉曼散射光与入射光频率△ν。△ν取决于分子振动能级的改变，所以他是特征的，对不同物质：△ν不同。对同一物质：△ν与入射光频率无关，表征分振动转动能级的特征物理量，定性与结构分析的依据。

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拉曼散射的产生：拉曼光谱强渡与分子极化率的成正比关系。分子在光电场E中,分子产生诱导偶极矩u。u=aE。a为极化率。

去偏正度：绝大多数的光谱只有两个基本参数，即频率和强度。但拉曼光谱还有一个参数，即去偏正度。在入射激光的垂直与平行方向置偏振器，分别测得散射光强，两者之比为去偏正度。

红外活性和拉曼活性振动及三大原则。红外活性振动：伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收光谱带。拉曼活性振动：伴有极化率变化的振动。 互排原则：有对称中心的分子其分子振动对红外和拉曼一有活性，则另一非活性。互允原则：无对称中心的分子其分子振动对红外和拉曼都是活性的。互禁原则：少数分子的振动器红外和拉曼都是非活性的。

拉曼与红外光谱之间的关系：

红外：适用于研究不同原子的极性键振动。拉曼：适用于研究同原子的非极性键振动。互补：对分子的问题可以更周密的研究。

3.2基本理论

3.2.1基本原理

根据拉曼效应对分子结构进行研究，由此确定矿物成分。激光拉曼光谱是一种激光光子与宝石分子发生非弹性碰撞后，改变了原有入射频率的一种分子联合散射光谱，通常将这种非弹性碰撞的散射光谱称之为拉曼光谱。

3.2.2拉曼散射的两种跃迁能量差

当散射光的频率低于入射光的频率，分子能量损失，这种类型的散射线称为斯托克斯(Stokes)线；若散射光的频率高于入射光的频率，分子能量增加，将这类散射线称之为反斯托克斯线。前者是分子吸收能量跃迁到较高能级，后者是分子放出能量跃迁到较低能级。由于常温下分子通常都处在振动

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基态，所以拉曼散射中以斯托克斯线为主，反斯托克斯线的强度很低，一般很难观察到。斯托克斯线和反斯托克斯线统称为拉曼光谱。一般情况下，拉曼位移由宝石分子结构中的振动能级所决定，而与其辐射光源无关。

3.2.3拉曼光谱的分析方向

定性分析：不同的物质具有不同的特征光谱，因此可以通过光谱进行定性分析。 结构分析：对光谱谱带的分析，又是进行物质结果分析的基础。

定量分析：根据物质对光谱的吸收光特点，可以对物质的量有很好的分析能力。

3.3仪器的用途

拉曼光谱能迅速定出分子振动的固有频率，判断分子的对称性、分子内部作用力的大小及一般分子动力学的性质。作为红外光谱的互补技术，LRM能过提供分子成分（非元素成分）、分子配位体结构及对称性、分子集团结构单元、矿物中粒子的有序—无序占位和缺位及缺陷等精细结构。

其主要用途有： a、鉴定宝石种（特征基团）。

b、包裹体成分（固、气、液相）研究, 确定其矿物相；特别对气液相包裹体测试有独特优势。 c、检测人工优化处理宝石—填充处理，裂隙中成分的确定； d、检测人工和天然致色因子。

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现代宝石测试仪器总复习（非重点部分5%）

12热分析

1．定义：研究物质的物理、化学性质与温度关系的一门学科。（国际定义：在程度控温下测定物质及反应产物的物理性质与温度的一系列关系的技术。） 2．分类：差热分析、热重分析、差示扫描热量

3．差热分析：将被测物质与另一在加热的过程中不会吸热的物质放在同一条件的测温热电偶上，由于被测物体与参照物的吸热放热情况不同，于是在两者之间产生了一个温差电动势，，经放大形成连续的曲线。 4． 样品在加热的过程中的热效应

热活物质：在加热的过程中，物理化学性质随温度的变化而变换，伴随吸热放热反应。 热惰物质：在加热的过程中，物理化学性质不随温度的变化而变换，没有吸热放热反应。 5． 热差分析曲线要素

a基线b始温度c最大值d终止温度e热效应的幅度f热效应的面积g热效应峰谷的半高宽h热效应的形态指数i基线漂移 6． 品的制备与送样

A对于块状样品，纯度较高且没有变价元素的矿物，直接用玛瑙研钵研磨至无颗粒感即可，研磨时间不宜过长，以免样品失真。 B对于纤维状、片状、矿物最好用剪刀剪碎

C对与粘土矿物如果矿物单一直接研磨，如果含有有机物，应用双氧水处理。含石英等杂质粘土应提纯。

送样：对于纯净块状样品课直接送样；不纯的块状样品需要挑选后才可送样；送样量100-150mg,粘土送样200mg.

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13扫描探针显微镜及原子力显微镜

13.1扫描探针显微镜（SPM）

原理：当探针与样品表面间距小到纳米级时，按照近代量子力学的观点，由于探针尖端的原子和样品表面的原子具有特殊的作用力，并且该作用力随着距离的变化非常显著，当探针在样品表面来回扫描的过程中，顺着样品表面的形状而上下移动，独特的反馈系统始终保持探针的力和高度恒定，一束激光从悬臂梁上反射到感知器，这样就能实时给出高度的偏移值，样品表面就能记录下来，最终构建出三维的表面图。

特点：1、可观察三维图像——表面扩散等动态研究。2、可观察单个原子层的局部表面结构——表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置以及重构。3、可在真空、大气、常温等不同环境工作。——生物样品的研究。4、配合扫描隧道谱，得到有关表面结构信息。5、在技术方面，SPM设备相对简单、体积小、价格便宜、环境要求低、对样品无特殊要求、制作容易、检测快、操作简单的优点。

应用：纳米材料、催化新材料、生命科学、半导体科学等。

13.2原子力显微镜(AFM)

利用光学检测法和隧道电流检测法，可以测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品形貌信息。 AFM三大特点：原子级的高分辨率、观察活的生命样品、加工样品的力行为。 宝石学应用：研究宝石晶体nm级的晶格缺陷和微观结构及生长机理。

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严重影响强度与浓度的关系。

4.5测试方法

样品要求

1． 样品必须有足够的厚度。粉末样品粒度一般200-400目。比重差异太大的品需要加入少量挥发性的试剂润湿搅拌。 2． 表面必须无污染。如果上述方法到不到平正面，可以将样品溶于溶剂，或熔化冷却得到平面。

4.6使用范围

波长10-0.001nm

4.7数据形式

波长-强度谱图：横坐标波长，纵坐标特征X 射线荧光强度

5粉晶X射线分析方法

5.1基本概念：

照相法和衍射仪法

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5.2基本原理：

X射线照射样品晶体，样品产生的次级X射线——相干散射，相干波长与入射X射线相等，相干散射的光程差等于波长的整数倍时发生叠加形成干涉现象，其他情况相互抵消，振动减弱，而次级X射线的光程差只在某些方向等波长的整数倍，因此晶体只在某些方向上产生叠加的次级X射线，称为衍射，测出衍射的方向和强度可以得到晶体中的原子的位置，从而探讨一系列晶体的结构问题。

5.3样品要求：

1． 样品要磨到一定的粒度，一般1-10um，高对称的晶体可以比低对称晶体粗一点。 2． 粉末照相法样品要求直径0.2-0.5mm，长约15mm的主体。

3． 粉末衍射的样品要求平板状（粉末倒入样槽，压实括平，对于择优取向强烈的样品制样又分为定向样和非定向样）

5.4衍射仪的优缺点：

优点：简单、快速。灵敏度高，分辨力强。直接获得衍射数据。角度区的测量范围大。 缺点：样品用量大，一般为0.5g左右。样品择优取向影响大。以其成本高，设备复杂，昂贵。

5.5衍射图的构成要素：

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衍射峰位位置、最大衍射强度、半高宽、对称性、衍射峰形态

5.6衍射仪的用处

1． 测定矿物物象 2． 矿物成分的定量分析 3． 确定晶胞参数

4． 测定晶体结构，修正晶体的原子坐标

6 X射线衍射学

6.1基本概念

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6.1.1X射线的发现及其历史：

X射线是1895年伦琴发现的。Barkla曾先后于1905年和1909年发现了x射线的偏振现象和特征射线谱。1908-1909年间，德国汉堡Walter和Pohl将用x射线得到模糊的刷子状条纹。1910年Koch发现并证实了x射线是一种电磁波。1912年Laue和ewald，在Friedrich和Knipping的协助下，给出了三维光栅（晶体）的衍射的数学表达式.既著名的Laue方程，奠定了X射线衍射学的基础。X射线发现不久，Bragg父子导出了著名的Bragg方程。与Laue方程一起构成了X射线衍射的动力学理论。

6.1.2X射线的一般性质

肉眼不可见，可是照相底片感光。能透过可见光不能透过的物质。直线传播，不发生偏转。对生物有强烈的辐射作用。

6.1.3X射线的产生及X光源的类型

X射线是由于阴极发出的电子束在阳极突然停止，一部分能级转变成热能，另一部分能量变成X射线的能量。主要类型：

1、连续X射线：是由于击中了靶的高速电子，在与靶原子多次碰撞时，迅速减速而产生的。产生的X射线是连续的，具有各种波长，结果形成一个连续X射线谱，其能谱从零延伸到入射电子束的能量。

2、特征X射线：特征X射线的产生是当电压提高到某一临界值后，由于电子与阳极原子作用时，把能量传给这些原子中的电子，把这些电子抬到更高能级上，使内电子层出现了空位，原子处于不稳定状态，外层电子立即落到内层填补空位。多余的能量作为X射线发射出来。如果回到K成空位产生的X射线，则称为K系射线。特征X射线的波长与阳极材料的原子序数有关：（1\\入）1\\2=K（Z-S）。K和S为常数，

6.1.4二次X射线

从X射线衍射的角度，我们主要关心的是二次X射线。其产生如下几种情况：相干散射（X射线衍射结果分析）、荧光散射（光谱定量、定性分析基

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础）、非相干散射（产生不利影响）。

X射线吸收：如果X射线的强度和试样厚度一定，X射线的吸收主要取决于物质的吸收系数，关系式：Tm=K入Z (K为常数)。因此，X射线波长越长，吸收体的Z越大，X射线越易被吸收。倒易点阵：把正点阵按照几何多面体的规则转换出的新的点阵称为倒易点阵。

3

2

6．2基本理论

晶体结果分析原理：不同晶体由于晶格常数不同，面网间距不同，原子种类不同，因此衍射方向和强度都不同。翻过来可以通过测定晶体衍射的方向和强度，经过计算，找出晶体中的原子的位置，探讨一些列的结构系数。这就是所谓的晶体结果分析。布拉格方程：nλ=2dsinθ(n为整数=1) 单晶X射线分析方法送样要求：单晶法要求选择均匀、无裂隙、没有包裹体的晶体碎块，形状近于等轴状为宜。一般在0.1-1.0nm之间。

6.3仪器的用途

宝石学应用：1、当X射线源为普通X射线，劳埃射线图用于观察对称和晶体定向。2、当X射线源为同步辐射发生器，观察晶体结构缺陷。无损测试。

6.5测试方法

劳埃法原理：用连续X射线入射晶体，由于波长连续变化，使得不同d值的面网都能满足衍射条件产生衍射。其他方法：旋转法、回摆法、魏森堡法、四园单晶衍射仪法。

现代宝石测试仪器总复习（次重点部分15%±）

7激光诱导离解光谱仪（LIBS）

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7.1基本概念

? LIBS是激光技术和光谱技术相结合的一种基于激光诱导离解光谱的物质化学元素分析技术。 ? 激光诱导离解光谱仪，英文全称Laser—Induced Breakdown spectroscopy(简称LIBS)。

7.2基本理论

高能脉冲激光束会聚于物质表面、在极短时间内便会使聚点处的微量物质气化、电离形成高温高压的等离子体。等离子体中被激发到高能态的离子在衰变过程中辐射出等离子光谱。把这些谱线收集起来做高分辨率光谱分析就可以提取各种元素的原子谱线和离子谱线。各种元素都具有与其对应的原子谱线和离子谱线，通过分析原子谱线和离子谱线的波长，就可以确定元素的种类。

7.3仪器的用途

1、LIBS可以进行任意物理状态（固液气）物质的非破坏性、非侵入性、多元素同步探测。 2、依据谱线的信号强度可以进行半定量化探测，并具有ppm量级的探测限

3、优化处理宝石的鉴别：LIBS系统可以检测出大部分元素，包括Be等轻元素，因此，结合分析软件的自动元素分析功能，可鉴别镀膜、染色、充填及扩散等优化处理宝石进行鉴别。

7.4优缺点

优点：LIBS无需样品制备，可以实现远距离快速遥感探测。不足之处：LIBS不能定量测定物质。

7.5测试方法

元素识别

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8.7阴极发光仪（CL）

8.1基本概念

阴极发光是物质在电子束轰击下产生的一种发光现象。通常发出的是可见光，也可以是紫外光或红外光，其余光波波长和强度与该物质成分、结构、微量杂质和束流密度等有关。

8.2基本理论

阴极发光是通过电子束轰击矿物晶体致使其内部产生电子空穴形成易于激发的域或中心，由于激发中心多处于能量的亚稳定状态，它们可俘获电子增大能带的能量最终成为发光中心。

8.3仪器的用途

应用最成功的领域是地质学。主要用于系统研究方解石、白云石、石英、长石、硅灰石等矿物的发光性，矿物的环带构造及其形成机理。 1、矿物种类及成因鉴别（不同物质、或相同物质不同成因，会发出不同颜色、不同强度的光） 2、晶体生长环境研究（一些与晶体生长环境相关的晶体结构或生长纹也可得以显示）、

3、矿物生长过程中的热事件研究（在矿物生长过程中，由于流体介质成分尤其是一些作为矿物阴极发光“激活剂”的微量元素，Mn、Ag、Mo、Gr、等含量上的变化，导致矿物发光性的差异。

4、矿物先后形成世代研究（通过发光图像分析，即可以区分不同世代的矿物以及不规则生长的晶体内部微形貌，取得一般岩石显微镜无法得到的地质信息）

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8.4测试方法

改变电子束斑的大小及加速电压/电子束流等参数，观察并拍摄阴极发光的变化，找出与本矿物有关的特征信息。

7.5使用范围

1、翡翠的阴极发光结构、不同颜色天然翡翠的阴极发光颜色和光谱特征、优化处理翡翠。 2、鉴别天然和辐照处理蓝色托帕石。

3、天然与合成宝石的区别：紫晶、红宝石、钻石。 4、HPHT处理钻石的CL分析。

8.6数据形式

观察照相系统拍出的照片

9扫描电镜（SEM）

9.1基本理论

1、像衬原理

就是像的各部分（即各像元）强度相对于其平均强度的变化。SEM可以通过样品上方的电子检测器检测到具有不同能量的信号电子有背散射电子、二次电子、吸收电子、俄歇电子等。

9.2仪器的用途

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1、观察程度较差、颗粒较小的物相。 2、用于某些矿物的微形貌研究。

9.3优缺点

优点：

1、景深大（比实际显微镜大50倍，比偏光显微镜大500多倍），图像立体感强。 2、二次电子图像分辨率优于6nm，比实体显微镜高200多倍。 3、图像放大倍数在大范围内连续可调。 4、制样方法简单，样品可动范围大，便于观察。 5、样品的辐照损伤及污染程度小。

6、可实现多功能分析，通过配备其他装置，在观察形貌的同时，还可利用样品发出的多种信号进行其他多种分析，如成分分析和动态分析等。

10电子探针

10.1基本理论

1、入射电子与样品原子相互作用，经过弹性和非弹性散射又逸出样品表面的电子，其能量从零直到等于原始入射的一次电子能量。 2、二次电子：常指能量小于50eV的电子。

3、背散射电子：把能量大于50eV，包括弹性散射（即低散射背散射电子）和多次非弹性散射的一次电子（即高散射背散射电子）统称为背散射电子（实

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际上还包括俄歇电子）。

10.3仪器的用途

在矿物材料研究方面的应用

1、进行样品成分的定性和定量分析。2、微粒微量物相的鉴定和新物相的发现。3、物相成分分布的研究。4、各种蚀变交代作用和物相转变的研究。 5、固溶体和双晶的研究。6、硅酸盐岩项学研究。7、晶体结构的某些研究。

宝石学应用

1、充填处理红宝石中高铅玻璃充填物的EMPA背散射电子像。2、Be扩散处理蓝宝石3、水热法合成红色绿柱石化学成分 4、翡翠环带结构二次电子像5、EMPA背散射电子像

10.4优缺点

优点

1、可以在光薄片上直接测定矿物材料物相化学成分

2、分析时可以不破坏样品，可以进行多次重复分析和多种信息的测量，这对细小量微及珍贵的样品极为重要 3、分析区小，样品用量少，其最小分析体积可达1 ，这是普通化学分析无法相比的。

4、可以进行点线面的实体分析，以便了解岩矿样品中化学成分的微小变化。这对于揭露矿物内部化学性质的变化特点提供了新的手段。 5、用同一仪器、相同方法可方便地分析Be-U之间的元素，速度快、成本低。 6、对化学分析比较困难的稀土族元素和铂族元素，电子探针比较容易区分。 局限性

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