拉曼Mapping研究霓石型稀土独居石矿物分布特征和取向相位

在地球科学等研究领域自动化分析,逐步取代了传统的光学观察法。然而,这些方法获得结果,过于依赖元素组成到矿物组成的转换。同时,也会破坏掉完整描述矿物材料来源和蚀变历史所需的重要信息。因此,利用合适的检测手段,对分析矿物成矿规律及成因具有重要现实性意义。研究利用拉曼Mapping、光学显微镜、自动矿物分析仪(TIMA)三种技术做对比。对具有代表性霓石型稀土矿物分布特征、化学成分、矿物结构及晶体取向等方面进行研究。通过TIMA与光学显微镜研究结果分析可知,独居石矿物多呈自形-半自形不等粒结构,粒度大小不均约为100~500μm之间,部分颗粒有被磷酸盐溶液交代痕迹,可初步判断独居石矿物经多期成矿;氟碳铈矿物呈细粒状分布较散以不规则颗粒包裹在其他矿物中,具有明显的早期成矿特征;易解石矿物以不规则团块状或放射状集合体,具有明显方向性与方解石形成时间一致。利用拉曼光谱技术在微区进行Mapping扫描,通过数据分析得到独居石矿物[PO4]3-的P—O对称伸缩模式(ν1)与P—O对称弯曲振动模式(ν2)所在峰位面积比值,得到独居石矿物不同生长取向相图。经与独居石矿物光镜特征相结合,进一步证明了浸染状霓石型铁稀土矿石中独居石矿物是多期成矿的事实,成矿期数最少为三期。该发现也为白云鄂博矿床多阶段成矿提供有力证据支撑。此外,该技术也可作为一种快速判断磷酸盐矿物不同生长取向的图像方法。该技术对于碳酸矿物、硫酸盐矿物也同样适用。由此可扩展到多种矿物类型,成为判断矿物多期成矿事实提供了重要依据。也为拉曼Mapping技术应用于复杂矿物的矿物学研究矿物的赋存特征奠定基础。

基于微波加热对纯水氢键结构的拉曼光谱研究

微波非热效应是指除了热效应以外的其他效应,如电效应和磁效应。微波化学在有机合成中起着重要的作用,其是否存在微波非热效应一直存在争议。通过对纯水在两种不同加热方法(油浴和微波)下的拉曼光谱分析,来验证微波非热效应的存在。发现,微波电场对纯水中氢键的破坏要比传统加热更加的强烈。通过分析纯水中各种氢键结构的变化,总结出微波电场对纯水的作用机理,以及微波非热效应对纯水结构的影响。

拉曼直角反射共焦腔检测空气中二氧化碳

拉曼光谱作为一种激发光谱,采用激光作为激发光源,在气体检测中可以激发所有气体分子的拉曼信号。由于气体的分子密度低、透光度高、拉曼散射截面小,导致激发光能量的利用效率低;拉曼信号散射向四周立体空间而常规收集方法只能收集较小的空间立体角,从而造成检测限较差而不能广泛应用于气体的检测。提出了一种拉曼直角反射共焦腔用来提高气体等透明样品的拉曼检测的检测灵敏度。拉曼直角反射共焦腔利用直角反射镜将入射光反射回原方向但是光路具有空间偏移的特点,采用两个相对放置、互相平行的直角反射镜,将光束直径为0.7 mm的激光在工作直径为25.4 mm的共焦腔内10次来回反射,并采用共焦点相对放置的两个透镜将激发光聚焦到焦点,从而提高激发光能量的使用效率。拉曼散射向激光传输方向的信号被直角反射镜反射向原方向,经过透镜聚焦到焦点后和拉曼散射向激光入射方向的信号一起经过长通滤光片后传输向拉曼光谱仪,从而提高了拉曼散射信号的收集效率。以空气作为测试对象进行实验,300 s内可以获得清晰的CO 2的拉曼光谱和N 2,O 2的精细拉曼光谱并对其强度比进行了分析,其中N 2的2332 cm-1,O 2的1557 cm-1,CO 2的1388 cm-1的拉曼峰的峰高比是785∶257∶1。拉曼直角反射共焦腔在常规拉曼散射激发收集光路的基础上增加了两个直角反射镜和一个聚焦镜,具有体积小,结构简单,易于调节的特点。拉曼散射向周围空间的信号强度分布与入射光的入射方向有关,在沿入射光方向及其相反方向散射信号强度最大,拉曼直角反射共焦腔设计的收集散射信号的角度与散射信号强度分布最强方向一致,并且利用了光学景深的优势,最大化的提高了拉曼散射信号收集效率。拉曼直角反射镜腔可以拓展拉曼光谱技术在气体检测中的应用,例如用于气相化学反应的原位监控、发动机燃烧过程及排放物检测、未知污染物气体分析等气体成分复杂的领域。

拉曼Mapping研究白云鄂博萤石型稀土矿物赋存特征及分布规律

白云鄂博矿以资源丰富、储量巨大而闻名。其中独居石矿物是主要稀土原料之一,在冶金、军事、化工材料等领域都有广泛的应用。前人已经对白云鄂博矿物学特征进行了充分的研究,随着开采深度的增加,原生矿物增多,对现阶段稀土矿物赋存状态有待深入了解。利用拉曼Mapping成像技术结合扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)与能谱议(energy dispersive spectrometer,EDS)方法,能够对白云鄂博共伴生矿物赋存特征进行更深的研究。EDS与能谱结果显示:矿物扫描区由萤石、重晶石、独居石、磷灰石和铁矿物构成。拉曼Mapping分析显示:显微共聚焦图下扫描基底为萤石矿物(CaF 2),拉曼特征峰普遍出现在220~650 cm^(-1),与已知文献报道的萤石拉曼峰略有不同。较大颗粒为重晶石矿物(BaSO 4),为典型的硫酸盐矿物。中等颗粒大小为独居石矿物(Ce,La,Nd)PO 4,细小颗粒集中区为磷灰石矿物(Ca 5[PO 4]3F)。虽然独居石与磷灰石都为典型的磷酸盐矿物且具有相同磷酸根结构,但由于外部金属阳离子的结合种类不同,其拉曼峰位也不相同。拉曼Mapping结合EDS分析矿物的赋存特征及分布规律关系为:独居石呈板状或块状分布在重晶石与磷灰石中间或磷灰石与萤石矿物之间,粒度约为50~120μm。重晶石矿物颗粒较粗呈块状集合体分布,颗粒大小为50~200μm,常与独居石共生,矿物颗粒紧密生长。磷灰石呈细粒状或块状,星散分布在独居石与重晶石周围,类似侵染分布在萤石中。少量磷灰石颗粒与独居石相互交代成不规则共生体,大部分磷灰石呈单体分布在矿物之间。萤石矿物中富集最多,占比约55%,与独居石、重晶石、磷灰石、铁矿物伴生。从赋存状态上判断形成时期应早于其他伴生矿物。对矿物成因复杂,共伴生矿物极多白云鄂博矿床。EDS虽能分析矿物学基本关系,但独居石与重晶石矿物中的能谱图部分重合。是由于能谱扫描Ba,S与稀土元素Ce,La,Nd时激发能量线系太相近以及能谱分辨率较低。利用Mapping成像技术对于矿物鉴定上具有简单、可靠的优点,可以弥补EDS分析误判拉曼Mapping为矿物学分析提供一种新的鉴别思路,同时也为白云鄂博矿物的鉴定提供了参考性的拉曼光谱。

二甲基亚砜水溶液表面张力及粘度与氢键的拉曼光谱研究

利用ZL-10型全自动界面张力仪(柏金环法)和NDJ-5S型数显粘度计测量体积分数为5%~100%的二甲基亚砜(DMSO)水溶液及超纯水,得到表面张力和粘度的变化规律。用拉曼光谱仪测量不同浓度DMSO水溶液的拉曼光谱,得到体系中含氢键作用的拉曼频移变化规律。实验结果表明,DMSO水溶液的表面张力随浓度的变化受DMSO水溶液中氢键作用的影响,且与氢键强度成反相关。DMSO与水的氢键作用对粘度的影响较表面张力更为复杂,粘度随浓度的变化呈二次函数的反常现象,影响因素包含氢键强度,氢键网络结构和空间方向性多个方面。该研究探索一种利用拉曼光谱研究水溶液微观结构与宏观物理性质关系的实验方法。

Spectra of Linear Polyene Molecule-canthaxanthin

Raman spectra and ultraviolet-visible（UV-Vis） absorption spectra of linear polyene molecule-canthaxan-thin in n-hexane are measured and analyzed.In addition,the optimized structure of canthaxanthin was calculated via density functional theory（DFT） functional B3LYP.With decreasing the concentration,Raman scattering cross section （RSCS） of fundamental frequency is extremely high,and the UV-Vis absorption bands become narrower.The results of coherent weakly damped electron-Lattice vibration model were analyzed.

Using Raman Spectroscopy and ab initio Calculations to Investigate Intermolecular Hydrogen Bonds in Binary Mixture (Tetrahydrofuran+Water)

We analyzed the properties and structures of the hydrogen-bonded complexes of tetrahydrofuran（THF） and water by means of experimental Raman spectra and ab initio calculations.The optimized geometries and vibrational frequencies of the neat THF molecule and its hydrogen-bonded complexes with water（THF/H2O） were calculated at the MP2/6-311＋G（d,p） level of theory.We found that the intermolecular hydrogen bonds which are formed from the binary mixtures of the neat THF and water with different molar ratios could explain the changes in wavenumber position and linewidth very well.The combination of ab initio calculations and experimental Raman spectral data provides an insight into the hydrogen bonds leading to the concentration dependent changes in the spectral features.