作为常见碳酸盐矿物, 方解石形成于多种地质环境, 在地球上广泛分布, 在地球深部随着温度压力的改变可转变为不同的相态, 其在不同的温压条件下的物理化学性质对于研究地球深部碳循环可具有一定的指示意义。 由于方解石在1 164 K附近发生分解, 目前关于方解石在高温下的相变研究还相对较少, 尤其是CaCO3-Ⅰ到CaCO3-Ⅳ的相变, 需要更多的实验数据加以佐证。 在通CO2气氛条件下, 采用高温Raman(298～1 323 K)和高温XRD(298～1 223 K)实验技术对方解石在不同温度条件下的行为进行了研究。 高温Raman实验发现: 随着温度的升高, 拉曼峰逐渐向低频率方向移动, 峰的半高宽随之增加, 峰强基本呈现逐渐降低的趋势； 随着温度的升高, 276 cm-1峰向低频方向移动, 当温度升高至973 K时, 该峰频率出现反常行为, 移向高频265 cm-1, 在1 023～1 223 K范围内频率基本保持在265 cm-1不变, 温度升高至1 248 K时, 再次移向高频266 cm-1, 并在1 248～1 298 K范围保持不变； 706和1 430 cm-1谱峰频移在1 223 K附近也发生了同样的异常行为； 谱峰频移的异常现象推测与CaCO3-Ⅰ到CaCO3-Ⅳ、 CaCO3-Ⅴ相变相关, 与相关报道的相变温度点十分接近。 高温XRD实验发现: 随着温度的升高, 一些衍射峰移向高角度, 一些衍射峰移向低角度, 部分相邻的衍射峰发生合并并逐步分离的现象； 衍射峰(211)在1 123～1 173 K 附近消失, 推测与CaCO3-Ⅰ到CaCO3-Ⅴ的相变相关； 方解石a轴呈现出负热膨胀, c轴呈现出正热膨胀； 通过热膨胀方程对CaCO3-Ⅰ在不同温度下的晶胞参数进行拟合, 获得a轴方向在常温下的热膨胀系数α0(a)为-0.60(2)×10-5/K, c轴方向在常温下的热膨胀系数α0(c)为2.42(4)×10-5/K, 体积V在常温下的热膨胀系数α0(V)为1.21(2)×10-5/K; 然而1 000 K附近XRD图谱没有发生明显的改变, 即未发现CaCO3-Ⅳ的存在。

波罗的海琥珀是松科松属或雪松属、 南洋杉科贝壳杉属或金松科金松属古植物的液态树脂经过多种地质作用后形成的石化树脂, 其主要化学成分为具有“规则构型”的半日花烷型双萜化合物的聚合物, 同时含有大量琥珀酸（丁二酸）。 多种原因导致波罗的海琥珀的原材料价格发生波动, 其热优化品在市场上不断涌现。 热优化波罗的海琥珀与天然波罗的海琥珀在市场价格、 收藏价值等方面存在较大差异, 已引起琥珀爱好者和研究者的广泛注意。 选取具有代表性外观的天然波罗的海琥珀样品, 将其分切成尺寸相同的两套, 每套6块。 其中一套通过不同实验条件得到了热优化波罗的海琥珀样品（金包蜜、 金珀、 花珀、 血珀、 老蜜蜡和白蜡）。 通过红外光谱测试分析, 获得了热优化波罗的海琥珀的红外光谱特征。 将其与天然波罗的海琥珀进行区分, 结果显示, 氮气环境或有氧环境中热优化的波罗的海琥珀样品发生了聚合反应和酯化反应, 弱酸性水溶液中热优化的琥珀样品发生了聚合反应和水解反应。 可通过公式Ratio(I1)=A羧酸羰基CO伸缩振动1 710 cm-1/ACH不对称弯曲振动1 456 cm-1来判定波罗的海琥珀是否经过热优化, 此方法只适用于鉴别金包蜜、 金珀、 花珀、 老蜜蜡和血珀。 当I1值≥1时, 样品未经过热优化; 当I1值＜1时, 样品经过热优化。 白蜡不可通过计算I1值来判定是否经过热优化。 拉曼光谱测试结果显示, 热优化后的波罗的海琥珀成熟度有不同程度的增高, 成熟度由高至低的是老蜜蜡、 血珀、 花珀、 金珀、 白蜡和金包蜜。 研究结果可为鉴别热优化波罗的海琥珀、 提高琥珀原石利用率及琥珀博物馆预防性保护技术的发展提供科学依据。

血珀是琥珀中红色透明的品种, 因其色红如血而深受消费者喜爱。 天然血珀产量少, 价格一直较外观相似的其他颜色琥珀高。 由此, 一些本来颜色非红或者红色浓度不足者, 被人为技术变红或者更红。 现今消费市场中有许多通过一种烤色技术而成的“血珀”用来冒充天然血珀, 被用来迷惑消费者以达到追求高额利润的目的。 因此, 对天然血珀和烤色血珀的谱学特征分析并将其作为鉴定依据有重要的理论意义和实际意义。 通过对天然血珀（4件）和烤色血琥珀（9件）采用常规宝石学测试方法、 傅里叶变换红外光谱仪、 紫外-可见分光光度计等分析, 给出了二者谱学特征, 并总结和探讨了天然与烤色血珀的鉴别特征。 宝石学测试、 红外光谱测试及紫外可见光谱分析均在河北地质大学珠宝学院完成。 红外光谱测试采用NICOLET is5型傅里叶变换红外光谱仪, 紫外-可见光光谱测试运用型号为GEM-3000的紫外-可见分光光度计。 结果表明: 烤色及天然血珀在相对密度、 紫外荧光、 表面及内含物特征等方面有明显不同。 烤色血珀平均相对密度略小, 天然血珀的平均相对密度在1.075左右; 而烤色血珀平均相对密度在1.045附近。 烤色琥珀长波、 短波紫外光下均无荧光, 天然血珀在长波紫外灯下有较弱的蓝色荧光。 烤色血珀内部流体包裹体不完整, 几乎全部爆破成树枝状、 圆盘状。 烤色血珀表面广泛发育龟裂纹且裂隙中颜色更深, 并伴有红色的斑点、 流纹, 颜色呆板附在表面; 天然血珀气泡很少全部爆破, 红色分布均匀且过渡自然, 表面有风化纹。 经烤色后琥珀基本分子骨架虽未遭到严重破坏, 但烤色血珀与天然血珀在2 930, 1 724, 994和1 157 cm-1等处红外光谱吸收峰的强度与位置存在一定的差异, 如: 烤色血珀在2 930 cm-1处指示C—H饱和不对称伸缩振动的吸收峰的峰强度与天然血珀相比明显较弱; 烤色琥珀在1 724 cm-1指示CO波段的峰的峰强度较天然琥珀明显增强, 而且吸收峰的峰位较天然血珀吸收峰位偏大; 1 029与975 cm-1处的峰指示酯中C—O伸缩振动, 烤色琥珀的两峰在此趋于合并呈现单峰且吸收峰宽而强, 而天然血珀在此两处的吸收峰窄而弱; 并且, 相比于天然血珀, 烤色血珀的975 cm-1峰明显向大波数处移动至997 cm-1附近。 天然血珀有1 158和1 227 cm-1次强峰及1 180 cm-1附近的弱吸收峰; 烤色琥珀此处的吸收峰趋于单峰化, 吸收峰位置在1 160 cm-1附近, 吸收峰的强度较天然血珀明显增加。 天然血珀在1 457 cm-1处和1 376 cm-1处两处吸收峰的强度远远大于烤色血珀, 且天然血珀峰的最高点从1 457到1 376 cm-1呈下倾趋势, 烤色血珀呈水平与水平向上趋势。 烤色血珀在975～1 029 cm-1处的峰合并成宽的单峰。 在紫外可见光谱中, 天然血珀在660 nm处转折幅度明显大于烤色血珀。 以上特征可以考虑作为鉴别天然与烤色血珀的关键证据。 烤色与天然琥珀的谱学特征差异, 推测主要是因为含C—H, CC键的耗减, C—O, CO键等含氧结构的增加所致。

青碧为碧玉系列中外观类似青玉的称呼。 二者虽外观相似, 但青碧价格高很多, 故市场上出现了以青玉充青碧售卖的现象。 此外, 一些出土玉文物中也出现了这类外观的玉石材质, 但无法准确判别其类型。 这使得快速准确鉴别二者有十分重要的意义。 采用紫外-可见光谱、 傅里叶变换红外光谱和电子探针分析方法, 给出了青碧和青玉样品的谱学特征和矿物的化学组成等特征, 并进行了对比分析。 二者在紫外-可见反射光谱上没有明显差异, 然而, 二者的红外光谱特征存在可识别的差异。 为了探讨出更有效的鉴别特征, 采用了反射和透射两种方法来获取红外光谱。 二者的红外光谱总体上一致, 有以下可区分差异特征: 青碧的红外反射光谱中出现了青玉光谱中未出现的1 050和1 018 cm-1附近吸收峰、 肩峰及411 cm-1附近宽肩峰; 青玉的红外透射光谱中出现了青碧光谱中未出现的453 cm-1附近肩峰和401 cm-1附近吸收峰。 以上可作为快速鉴别青碧和青玉的谱学特征标志。 红外透射光谱经朗伯-比尔定律（A=log(1/T))转换后, 在3 674, 3 661和3 643 cm-1附近处的OH伸缩振动谱带的强度与M1, M3位的Mg及Fe2+含量有很好的相关性。 利用以上二者关系计算的Mg(M1+M3)#（在M1和M3位的Mg/(Mg+Fe2+)）值可用于鉴别青碧和青玉。 青碧的Mg(M1+M3)#值为0.871～0.892, 小于青玉0.927～0.949。 另外, 电子探针分析结果显示青碧和青玉的化学成分存在一定差异: 青碧Mg含量（a.p.f.u）为4.45～4.53, 比青玉的4.66～4.78小; 青碧Fe2+含量为0.28～0.49, 大于青玉的0.10～0.23。 但部分青碧和青玉间的Mg和Fe2+含量差异不大, 说明红外光谱差异除了与成分有一定的关联性外, 可能还与结晶时的物理化学条件有关（青碧和青玉的成因类型分别为超基性岩型和白云质大理岩型）。 以上红外光谱识别特征不仅在鉴别青碧和青玉上具有重要的宝石学意义, 还在古代玉制品源区的判别、 产状分析等方面具有潜在的应用价值。

琥珀是古植物的液态树脂经过多种地质作用后形成的石化树脂。 柯巴树脂是形成年代较短且成熟度较低的半石化树脂, 其外观与琥珀较为相似。 柯巴树脂与琥珀都是天然树脂在石化过程中的产物, 两者的化学成分存在过渡、 重叠, 具有较多的相似性, 导致二者的鉴别有一定难度。 近期市场上出现两个产地的柯巴树脂, 其中棕红色-棕色的婆罗洲柯巴树脂常被误认为缅甸琥珀, 淡金色-金色的马达加斯加柯巴树脂常与波罗的海琥珀混淆, 已引起较为广泛的注意。 为此, 以外观相似的婆罗洲柯巴树脂与缅甸琥珀, 马达加斯加柯巴树脂与波罗的海琥珀, 为研究对象每类选取四块代表性样品, 共16块。 红外光谱测试在中国地质大学(北京)珠宝学院宝石研究实验室完成。 测试仪器为BRUKER TENSOR 27型傅里叶变换红外光谱仪, 扫描16次, 分辨率为4 cm-1, 扫描范围为4 000~400 cm-1, 室温。 研究结果显示, 外观相似的柯巴树脂和琥珀红外光谱吸收峰位置和吸收强度存在可识别的差异, 因此可以利用红外光谱特征对其进行科学有效的鉴别。 婆罗洲柯巴树脂的红外光谱主要特征为3 000~2 800 cm-1范围内的4处吸收峰和1 710 cm-1处较强吸收峰, 1 730 cm-1处肩峰、 887与824 cm-1处弱吸收峰。 马达加斯加柯巴树脂的红外光谱主要特征为与CC双键相关的3处组合吸收峰、 1 697 cm-1处强吸收峰, 1 724 cm-1处肩峰和由1 271与1 176 cm-1吸收峰组成的“W 图形”。 与婆罗洲柯巴树脂外观相似的缅甸琥珀可以通过3 000~2 800 cm-1范围内的2处吸收峰、 1 724 cm-1处强吸收峰、 1 300~1 100 cm-1范围内的一个“W图形”进行快速鉴别。 与马达加斯加柯巴树脂易混淆的波罗的海琥珀可以通过“波罗的肩”进行快速区分。 另外, 婆罗洲柯巴树脂R (A1 383 cm-1/A1 464 cm-1)值为0.823~0.860, 大于缅甸琥珀0.605~0.643; 马达加斯加柯巴树脂R值为0.900~0.985, 大于波罗的海琥珀0.704~0.783, 该值也可作为区分特征。 国内有关琥珀和柯巴树脂的研究主要为气相色谱质谱(GC-MS)划分的Ⅰ类琥珀和柯巴树脂(主要化学成分为半日花烷型双萜化合物的聚合物), 柯巴树脂针对新西兰和哥伦比亚这两个产地, 缺乏婆罗洲和马达加斯加柯巴树脂的红外光谱分析。 该研究对外观相似的婆罗洲柯巴树脂和缅甸琥珀, 马达加斯加柯巴树脂和波罗的海琥珀进行红外光谱的对比分析, 揭示了婆罗洲和马达加斯加柯巴树脂的红外光谱特征, 并为快速区分外观相似的柯巴树脂与琥珀提供科学依据。 结合前人研究, 认为红外光谱在不同产地柯巴树脂的分类及外观相似的柯巴树脂和琥珀的快速鉴别提供了重要的科学依据。

近年来, 市场对高品质绿松石的产地识别需求愈加迫切, 然而, 相应的研究尚少。 湖北秦古、 文峰和安徽笔架山产有结构致密细腻、 光洁坚韧, 蓝色的绿松石。 它们的谱学特征基本一致, 但在峰位或强度上存在可以识别的差异。 红外光谱特征中, 由δ(OH)弯曲振动引起的783 cm-1附近谱带在秦古样品中表现为797和779 cm-1分裂峰, 在文峰样品中表现为787 cm-1峰, 在笔架山样品中表现为783 cm-1峰。 不同产地的R=I783 cm-1/I837 cm-1值不同, 秦古样品R值在0.98以上, 文峰样品R值在0.85左右, 笔架山样品R值集中在0.91～0.94。 属于ν4(PO4)伸缩振动内的609 cm-1附近谱带在文峰样品中较明显且强度大, 在秦古样品中峰形略宽、 强度稍弱, 笔架山样品在该处吸收平缓且强度很小。 拉曼光谱中在3 500 cm-1附近笔架山样品的峰位波数明显较湖北秦古和文峰样品的大(为3 506和3 505 cm-1), 而湖北所有样品的此峰均低于3 500 cm-1(3 495～3 500 cm-1), 可能由水组分的不同造成的, 且其在3 472 cm-1附近的峰强度明显偏大。 同样情况发生在由ν4(PO4)弯曲振动引起的551 cm-1峰, 可能为微量元素Zn的含量差别所致。 以上特征可作为识别湖北和安徽两产地绿松石的重要谱学标志, 结合其外观特征, 可以将二者有效区分。 以上研究结果还具有潜在的考古学价值。

硬水铝石（α-AlOOH）是铝土矿的主要组成矿物之一, 常用于工业提炼铝以及制作耐火材料。 近年来, 一种具有变色效应的硬水铝石晶体开始在市场中出现。 采用X射线荧光能谱仪、 红外光谱仪、 拉曼光谱仪、 紫外可见近红外分光光度计以及测量颜色参数等方法获得了变色硬水铝石和无变色效应硬水铝石的光谱学特征, 并探讨了其变色效应的成因。 变色硬水铝石在日光下常呈黄绿色而在白炽灯下呈褐红色, 其红外光谱与拉曼光谱与普通硬水铝石的特征峰较为一致, 其中红外光谱中的特征峰主要集中在400~1 200, 1 800~2 110和2 900~3 000 cm-1三个范围内, 拉曼特征峰则主要位于154, 331, 448, 665和1 189 cm-1附近。 对比化学成分分析和紫外可见吸收光谱的测试结果, 认为Fe3+和Cr3+的d—d电子跃迁导致变色硬水铝石在可见光绿-黄绿色光区（500~560 nm）和橙黄-红色光区（600~780 nm）的透射程度较为接近, 环境光源中红光和绿光相对功率分布的差异使硬水铝石产生变色效应。 对变色硬水铝石在模拟日光和白炽灯光条件下的颜色参数进行了测定, 结果显示不同光源下样品颜色参数a*和h0的变化, 可定量地描述变色硬水铝石的变色效应。 为硬水铝石的应用拓展、 性能改善以及氢氧化物材料光学性质的深入探讨提供了科学依据和数据支持。

湖北十堰是世界著名优质绿松石产地, 所产松石颜色鲜艳、 质地细腻。 距十堰绿松石矿区直线距离300 km的河南偃师二里头遗址于2002年以来出土了大量绿松石器。 有学者推测二者存在供与用玉的关系, 即存在古老的“绿松石之路”。 然而, 为了考证该推测, 并试图给出二里头松石的矿源地, 本次研究以十堰地区三个矿区(秦古、 文峰和云盖寺)的三组样品、 及一组二里头出土样品为研究对象, 通过对获得的红外光谱特征进行比对与分析。 谱学特征显示, 秦古、 文峰和云盖寺样品红外光谱于1 200～950和700～400 cm-1峰位存在细微的, 但可以识别的差异。 在1 174 cm-1处, 文峰样品中出现吸收峰, 而秦古和云盖寺样品均没有出现。 在700～400 cm-1范围内, 文峰样品出现5个吸收峰, 而秦古和云盖寺样品出现7个相似的吸收峰。 二里头样品的红外光谱特征在以上峰位上与文峰绿松石差异较大, 而与秦古、 云盖寺松石的谱学特征相似。 在1 159 cm-1附近, 其吸收峰特征与云盖寺样品更加吻合。 利用公式A=lg(1/T), 将透射光谱值转换为吸光度光谱值, 计算出二峰值相对吸收强度比值(R=A783 cm-1/A837 cm-1)。 文峰、 秦古、 云盖寺及二里头绿松石的比值范围依次为0.819～0.920, 0.870～1.010, 0.806～0.860和0.827～0.878。 显然, 二里头与云盖寺样品重合率最高。 综上, 我们认为所测二里头绿松石来自于云盖寺的可能性最大, 并认为用红外光谱示踪出土文物来源有一定的参考或诊断意义。

采用镜面反射法和溴化钾压片透射法对波罗的海、多米尼加和缅甸琥珀进行红外光谱测试,获得了不同产地的红外光谱鉴别特征.经仔细分析认为,尽管不同产地琥珀的红外光谱具有共同特征,但某些吸收峰位置或相对强度仍存在差异.3 000~2 800 cm-1范围内,波罗的海琥珀有两个明显的吸收峰和一个弱肩峰,多米尼加琥珀有两个吸收峰,缅甸琥珀具有三个特征吸收峰;1 740~1 690 cm-1范围内,波罗的海琥珀出现1 732 cm-1附近强吸收峰,多尼米加和缅甸琥珀有两个吸收峰,分别位于1 730和1 695 cm-1附近,但是多米尼加琥珀1 730 cm-1峰强度小于1 695 cm-1,与缅甸琥珀相反;1 300~1 000 cm-1范围内,波罗的海琥珀具有典型的“波罗的海肩峰”及1 163 cm-1附近的强吸收,多米尼加琥珀出现1 240 cm-1附近吸收峰,缅甸琥珀在此范围内的强吸收峰组成“山”字型;波罗的海琥珀R(A1　381 cm-1/A1　456 cm-1)值约为0.9,多米尼加琥珀约0.8,而缅甸为0.7.上述差异可以作为判断琥珀产地的鉴别依据.不同产地琥珀的红外光谱出现差异,可能与其形成年代、植物种源和地质环境不同有关.根据红外光谱中与环外C=C双键有关的吸收峰的存在和强度,推断三个产地的琥珀形成时间由早到晚分别为缅甸、波罗的海、多米尼加.红外光谱在识别琥珀产地方面具有重要的宝石学意义,同时在考古学研究与应用中有潜在意义.