文摘gydF4y2Ba

引入现代技术和方法和宝石行业的质量分析的主要战略行动中小发展局(SMEDA)的巴基斯坦。在这方面,四个自然宝石石英,Pyrope-Almandine石榴石、黑电气石,和紫水晶从巴基斯坦的罕萨山谷被先进的光谱分析技术包括EDX、紫外和红外光谱。EDX揭示了微量的铁、镁、和Ca Pyrope-Almandine石榴石、镁和铁黑色电气石、紫晶盟和Ca。紫外可见数据显示的值Urbach能量520年,210年,460年和430年兆电子伏,和直接带隙能量的值5.14,6.12,5.54,5.74 eV,分别。更高的结构性障碍,由于铁的存在和其他杂质在石头除了石英是归因于Urbach的高值带隙能量和减少:红外光谱数据Fe-O和Si-O Pyrope-Almandine石榴石的伸缩振动,Si-O弯曲振动和地在石英伸缩振动,Si-O-Si弯曲和拉伸振动和C = O拉伸振动黑色电气石,Ca-O拉伸weak-vibrations颗粒振动和紫水晶。光致发光的结果还显示有用的信息在调查宝石的属性。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

矿床中发挥至关重要的作用在一个国家的经济发展,并在这方面,巴基斯坦是很出名的,丰富的自然资源和美丽。尤其是北方和西北地区丰富的矿物质结合珍贵和次珍贵的宝石。特别重要的,这些地区是ruby的拥有巨大的水库,蓝宝石,尖晶石,翡翠,石英、黄水晶、碧玺、海蓝宝石。上述类型/类宝石的重要意义在珠宝因其广泛使用,以及在电子、仪器和科学工具。因此,需要识别和区分天然宝石和人造同行,以避免模仿自然的。大多数的宝石在本质上是无色的,彩色的一些微量元素杂质。这些微量元素可以作为指纹识别和产地的宝石。宝石鉴定具有重要价值的商业贸易天然宝石。因此,一个健壮的定性和定量分析技术需要区分合成和天然宝石。在这方面,折射仪、旋光仪、手分光镜,显微镜在过去被用于宝石鉴定。 Nowadays, most sophisticated techniques like ultraviolet visible (UV-VIS) spectrometer, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, electron dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray fluorescence (XRF) are used for detail qualitative and quantitative analysis of natural gemstones in order to separate them from their artificial counterpart [1克ydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

天然宝石的颜色是基本因素决定的质量和商业意义,和这些颜色的起源有多种因素在宝石矿物gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。地质学家发现了以下五个机制负责宝石的颜色(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba分散金属离子导致宝石的颜色。照明光源的分散的金属离子吸收特定波长,可以使电子跳一些临时更高的状态。发光是释放能量从电子和赋予颜色的宝石。离子的识别并不是唯一的因素,会影响宝石的颜色;其他因素如价态,相邻原子的性质,离子协调也参加宝石的颜色。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba当发生吸收,电子从一个原子跳到另一个原子导致宝石的颜色。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba辐照的宝石会影响金属离子和改变他们的氧化态的颜色中心。gydF4y2Ba(iv)gydF4y2Ba吸收可以发生由于能源过渡的乐队会导致颜色。gydF4y2Ba(v)gydF4y2Ba现象的干扰,散射、衍射和夹杂物可以改变宝石的颜色。gydF4y2Ba

为了充分探索科学现象的本质负责给宝石颜色,各种光谱方法包括紫外可见、红外光谱、XRD、光谱仪、EDX能谱(使用gydF4y2Ba11gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。在这方面,卡塞姆et al。gydF4y2Ba14gydF4y2Ba)石英样本特征(的颜色)属于wadi的埃及沙漠东部,即。,一个raba, while using a number of techniques including SEM, XRD, UV-VIS, FTIR, XRF, and inductively coupled plasma-optical emission spectra (ICP-OES) and electron spin resonance (ESR) technique to assess the radiation treatment effect on the color of Quartz. The FTIR spectra results revealed the increased absorption bands for [Al- OH/Na]^+gydF4y2Ba和李[Al-OH /)gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba在辐照。紫外可见光谱揭示能带上的属性增加辐照而ESR谱峰强度显著增加。尽管卡塞姆et al。gydF4y2Ba14gydF4y2Ba)使用了许多技术,不幸的是,结果之间的相关性不同的实验技术缺少可靠的结论。在另一项研究中,布兰卡et al。gydF4y2Ba15gydF4y2Ba)利用SEM、x射线衍射、拉曼和红外光谱定性分析的五种翡翠样品不同的地方。他们利用高斯反褶积的识别/量化哦和Si-O内容,找出隐藏的峰值在3400 - 3800厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}和1000 - 1300厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},分别。除了高峰反褶积,他们还使用了光谱微分建立适当的中碱含量的相关水苍玉通道。然而,这个智能系统方法的主要限制是其狭隘的调查研究领域的政权而言,即。、碱的内容。最近,Izzo et al。gydF4y2Ba16gydF4y2Ba)建立了一个全面的信息银行192红外光谱谱的矿物学的社区。这个数据集提供了一个健壮的工具宝石鉴定和分类属性的基础上,如颜色和包容,射(Iso和保利)、各向异性(光学)、结晶度指数HgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}O内容,polyphysicity等等。相关官能团被用于所有上述属性的估计。然而,然而,更深入的分析需要一个准确的定性和定量分析来自不同地方的宝石。gydF4y2Ba

本文描述的四个自然宝石包括石英(无色),Pyrope-Almandine石榴石(紫红),黑色电气石,紫水晶(浅紫色)从罕萨山谷(吉尔吉特Baltistan)执行。所有四个珍贵的装饰品和EDX能谱特征主要是对微量元素进行调查。执行后续EDX,红外光谱来确定每个样本的主要官能团。此外,紫外可见光谱是找出Urbach执行的能源、直接和间接带隙能量的石头。实际上,主题是探索电子转换负责颜色起源和发展电子与分子的性质之间的相关性。此外,光致发光的研究进行了进一步探讨微量元素和有意义的信息关于宝石的鉴定。gydF4y2Ba

2。实验gydF4y2Ba

2.1。材料gydF4y2Ba

四个自然宝石在本研究调查石英(无色),Pyrope-Almandine石榴石(紫红),黑色电气石,紫水晶(浅紫色)。这些样本来自罕萨山谷(吉尔吉特Baltistan),巴基斯坦。每个石的化学成分的信息如下所示。gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba石英是地壳中含量最丰富的矿产的发现地球和四面体形式,及其化学成分是二氧化硅。gydF4y2Ba(2)gydF4y2BaPyrope-Almandine石榴石是一种混合各种镁铝榴石和铁铝榴石石榴石,和它的一般公式是(毫克、铁)3 al2 (SiO4) 3。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba电气石构成超群矿物质和它的一般公式是XYgydF4y2Ba_3gydF4y2BaZgydF4y2Ba_6gydF4y2Ba[TgydF4y2Ba_6gydF4y2BaOgydF4y2Ba_18gydF4y2Ba][博gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba]gydF4y2Ba_3gydF4y2BaVgydF4y2Ba_3gydF4y2BaW;在这gydF4y2BaXgydF4y2Ba可以钠、钾、钙、铅gydF4y2Ba^{+ 2gydF4y2Ba};Y可以李,毫克、铁gydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba}、锰gydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba}、铜gydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba}艾尔,VgydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}、铬gydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}、铁gydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}、锰gydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}、钛gydF4y2Ba^{4 +gydF4y2Ba};gydF4y2BaZgydF4y2Ba可以毫克、铁吗gydF4y2Ba^{2 +gydF4y2Ba}艾尔,VgydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}、铬gydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}、铁gydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba};可以如果T, B,基地;B = B;V可以哦,啊;W可以哦,FgydF4y2Ba^−gydF4y2Ba阿,gydF4y2Ba^{2 _gydF4y2Ba}。就是一个黑色电气石颜色各种各样的电气石集团全国女性主管协会。丝及其化学公式gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba(铝、铁)gydF4y2Ba_6gydF4y2Ba(如果gydF4y2Ba_6gydF4y2BaOgydF4y2Ba_18gydF4y2Ba][博gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba]gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba(哦)gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba哦。gydF4y2Ba(iv)gydF4y2Ba紫水晶是紫色各种石英和石英的成分是一样的。紫色的紫水晶是由铁杂质的痕迹或其他过渡元素。gydF4y2Ba

所有的石头都被用作接受没有任何进一步的治疗。gydF4y2Ba

2.2。样品描述gydF4y2Ba

2.2.1。EDX测试gydF4y2Ba

观察的微量元素在每个石头,一小块每个石头压碎和扫描电子显微镜下检查模型房子- 5910扫描电镜(JEOL公司、日本)。样品的基本组成是通过EDS分析利用场发射枪的扫描电子显微镜(FEG-SEM, se - 4300、日立有限公司东京,日本),这是配备一个电子色散x射线衍射(EDS)探针和cathodoluminescent (CL)。加速电压是5 kV和2000 x 70000 x之间的放大。gydF4y2Ba

2.2.2。红外光谱测试gydF4y2Ba

总减反射红外光谱(模式)的纯石头都是在实验室里进行的那些时光- 6700采用nicolet傅里叶变换红外分光光度计(热电子公司,沃尔瑟姆,妈,美国)4厘米的一项决议gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}从400厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}到6000厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。红外光谱是标准化和重要的振动组识别和与主要的化工集团。为了减少信噪比(信噪比),光谱从三/四分拍摄,然后平均为每个样本有一个光谱(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

2.2.3。常用的测试gydF4y2Ba

石头在调查中被测试了珀金埃尔默DRS设置模型λ950装备有150毫米积分球,可以在国家物理中心,伊斯兰堡,巴基斯坦。反射率测量进行了光谱范围250 - 100 nm和进一步处理提取光谱和隙属性。的细节处理下面的反射率数据。gydF4y2Ba

感兴趣的波长的吸收系数是用于确定Urbach能源和能带能量(例如)[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。吸收系数的值在一个特定的波长吸收样品厚度的比值,表示为gydF4y2Baα,gydF4y2Ba也就是说,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaαgydF4y2Ba吸收系数,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba是吸收,gydF4y2BadgydF4y2Ba样品的厚度。gydF4y2Ba

计算Urbach能源用欧盟,使用下面的关系(所有相关ref)。gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba吸收系数,gydF4y2Ba是光子能量。gydF4y2Ba

ln的斜率(gydF4y2Ba )gydF4y2Bavs。gydF4y2Ba光子能量较低地区的情节是用来计算每个样本的欧盟。能带的计算能量直接和/或间接,修改莫特和戴维斯在文献中报道gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba使用)。gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba如gydF4y2Ba能带能量,要么直接或间接的价值取决于gydF4y2BaxgydF4y2Ba,如果gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 1/2,然后上面的方程给出的值允许直接过渡,如果gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 2,那么上面的方程给出了间接的价值转换,和gydF4y2BaKgydF4y2Ba在给定的频率范围是一个常数。gydF4y2Ba

的直接和间接过渡,使用图形化的方法,推断的线性区域(gydF4y2BaαgydF4y2Ba ]2 [gydF4y2BaαgydF4y2Ba 块)1/2gydF4y2BaYgydF4y2Ba轴能源= 0轴给的值直接和间接能量带缺口。作为gydF4y2BaαgydF4y2BaKulekha-Munk函数成正比吗gydF4y2BaFgydF4y2Ba(gydF4y2BaRgydF4y2Ba)给出如下:gydF4y2Ba (在哪里gydF4y2BaFgydF4y2Ba(gydF4y2BaRgydF4y2Ba)是缓解或Kubelka-Munk函数(KMF),gydF4y2BaRgydF4y2Ba是反射,gydF4y2BaKgydF4y2Ba是吸收,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba分别是来自样品的散射。gydF4y2Ba

因此,这里使用的计算Urbach能源和带隙特性。gydF4y2Ba

2.2.4。光致发光测试gydF4y2Ba

光致发光的过程是一个物质吸收电磁辐射光子的形式,再反射光子。量子机械,它被定义为电子的激发到更高的能级,然后放松低能量状态伴随着光线发射。光致发光光谱测量发射光谱,这只揭示了低能量特性。在这项研究中,分析了宝石的光致发光光谱仪DONGWOO光电有限公司激光激动人心的波长为325 nm。gydF4y2Ba

3所示。结果与讨论gydF4y2Ba

化学分析的样本是由SEM / EDX显示每个组件元素和杂质的浓度痕迹。EDX结果列在下表中gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba它可以看到如下:gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba少量的钙、镁和铁Pyrope-Almandine石榴石gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba镁和铁黑色电气石的痕迹gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba在紫晶盟和Ca的痕迹gydF4y2Ba(iv)gydF4y2Ba没有观察到石英微量元素或杂质内容。gydF4y2Ba

在紫外可见光谱,样品由紫外线辐照和可见光谱的一部分。当一个特定频带的紫外可见光谱匹配样本的某些电子跃迁,那么它会被吸收。电子的能量吸收一定等于两个层次之间的能隙;由于上述电子跃迁现象,获得吸收光谱,紫外可见吸收光谱。在晶体材料的情况下,紫外光谱揭示了有趣的特性的地区样本由于乐队乐队过渡。在这些特性中,吸收边缘接近短吸收波长是特别重要的,因为这是由于激发电子从价带导带(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。这种转变从valance-to-conduction乐队。,absorption edge in the shorter wavelength region, has meticulous importance in the field of electronic structure. In addition to such absorption in the shorter wavelength or UV regions, the absorption in the visible region is responsible for the coloration of an object, and the color is the most attractive characteristic of gemstones that arise at different wavelengths. In most of the cases, transition metals (Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Ti, Cr, V) are responsible for the coloration of gemstones due to the absorption of visible light. These transition metals can be present as part of impurities or as part of the chemical composition of gemstones. The transition metals have the partially filled d-orbital. When the wavelength having suitable energy raises the unpaired electron to higher energy states, the energy of such wavelength is completely absorbed by electrons, thus giving the absorption spectrum in gems due to d-orbital’s transition. These transition metals are identified by the UV-VIS spectrum of gemstones in accordance with their specific absorption bands [23gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Ba显示了Pyrope-Almandine石榴石的紫外可见光谱中吸收峰的铁观察可见区域,Mg和Ca在紫外区域。以下是确定吸收波段的紫外可见光谱图所示gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba。gydF4y2Ba(我)gydF4y2BaPyrope-almandine石榴石透露的紫外可见光谱吸收带的Ca 266, 243, 228,和205海里,虽然毫克371,336,318,和292纳米铁在701、574、507和426海里。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba铁在701 nm分配给乐队gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{1克gydF4y2Ba}(S)⟶gydF4y2Ba^4gydF4y2BaTgydF4y2Ba_{1克gydF4y2Ba}(G)过渡,乐队574 nm和507 nm)被分配到gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{1克gydF4y2Ba}(S)⟶gydF4y2Ba^4gydF4y2BaTgydF4y2Ba_{2 ggydF4y2Ba}(G)的转换,而分配给乐队426海里gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{1克gydF4y2Ba}(S)⟶gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{1克gydF4y2Ba}(G),gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba如ydF4y2Ba_ggydF4y2Ba(G)过渡。gydF4y2Ba

谱数据表所示gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba和记录结果在文献[gydF4y2Ba24gydF4y2Ba,gydF4y2Ba25gydF4y2Ba与我们的研究结果一致。此外,铁的浓度越高,即。,20.% by weight within the matrix of this gem stone, is the reason for the purplish-red color of Pyrope-Almandine Garnet (see Figure2 gydF4y2Ba)。如图gydF4y2Ba1 (b)gydF4y2Ba是石英的紫外可见光谱。它只显示了一个吸收峰在321.9 nm,属于二氧化硅的吸光度,从而补充EDX结果表gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba。从图gydF4y2Ba1 (c)gydF4y2Ba,观察到的黑色电气石揭示了紫外可见光谱吸收带的Mg波长的263年,301年,340年,351年,和381纳米铁在437,469,532,701海里。铁带分配701海里gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{1克gydF4y2Ba}(S)⟶gydF4y2Ba^4gydF4y2BaTgydF4y2Ba_{1克gydF4y2Ba}(G)过渡,分配给乐队532海里gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{1克gydF4y2Ba}(S)⟶gydF4y2Ba^4gydF4y2BaTgydF4y2Ba_{2 ggydF4y2Ba}(G)过渡,而乐队469 nm和437 nm)被分配到gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{1克gydF4y2Ba}(S)⟶gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_{1克gydF4y2Ba}(G),gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba如ydF4y2Ba_ggydF4y2Ba分别(G)的转换。紫水晶的光谱图所示gydF4y2Ba1 (d)gydF4y2Ba,揭示了非盟的吸收带在550 nm,分配到gydF4y2Ba^{2 gydF4y2Ba}如ydF4y2Ba_ggydF4y2Ba(2 d)⟶gydF4y2Ba^{2 gydF4y2Ba}TgydF4y2Ba_{2 ggydF4y2Ba}(2 d)过渡和Ca乐队透露在344年,309年,272年和256海里。作为杂质的铁改变了紫水晶紫色,但紫水晶在这项研究中有一种轻微的紫色和揭示了非盟的弱吸收杂质在550海里。因此,这意味着很弱的吸收非盟在可见区域可能会导致光线在紫水晶紫色,因此,在这种情况下,非盟杂质导致紫晶光紫色。EDX表所示的结果gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba与紫外可见光谱总协议。gydF4y2Ba

Urbach能量(欧盟)或宝石的光激活能量,从紫外可见吸收光谱,计算给出了表gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba。Urbach能量计算从ln的情节gydF4y2BaFgydF4y2Ba(gydF4y2BargydF4y2Ba))(如图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2BaygydF4y2Ba轴与上的光子能量gydF4y2BaxgydF4y2Ba设在而计算线性部分的斜率的倒数波长较短的地区。的原因选择Kublekha蒙克函数计算Urbach能量是线性相关的gydF4y2BaFgydF4y2Ba(gydF4y2BaRgydF4y2Ba吸收系数)gydF4y2BaαgydF4y2Ba。Urbach能源是重要的参数之一光学转换而言,相关材料的结构性障碍进行调查。这意味着Urbach能源的高价值揭示了一个低晶体结构在一个较小的值显示更高的晶体结构。因此,Urbach能源表示材料的结构性障碍或缺陷。这些结构性缺陷产生原因的形成局部能量状态接近边界的能量差距。Urbach能源也成反比的光学带隙能量(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。Urbach能量的值Pyrope-Almandine石榴石、石英、黑电气石,和紫水晶是0.52 eV, 0.21 eV, 0.46 eV,分别和0.43 eV。石英的Urbach能源值越小,即。,0。21 eV reveals the fact that Quartz sample used in this study has the high crystalline structure with almost negligible traces of impurities. Further, the observation is consistent with the recently reported Urbach energy range of SiOx forxgydF4y2Ba< 2,即。,0。172- - - - - -0。523 eV depending upon the contents of oxygen [26gydF4y2Ba]。Pyrope-Almandine石榴石具有更高价值的Urbach能量显示较低的石英晶体结构相比,也是更高的杂质含量的证据。Pyrope-Almandine石榴石的谱数据也同意我们找到更高的价值观Urbach能源和结构性障碍。Urbach Pyrope-Almandine石榴石的能量价值的发现在这个研究是520伏。也就是说,可能是因为菲按重量百分比越高,即。,∼20%体重(见表gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba)。Urbach能源的报告结果为铁氧化物赵et al。gydF4y2Ba27gydF4y2Ba)是在良好的协议与我们寻找宝石。Urbach能源黑色电气石和紫水晶的价值是0.46和0.43 eV,分别。这些值也越来越明显的杂质在这些样品。Urbach能源黑色电气石的价值可能属于Mg内容出现在这个示例是最近报道,辛格et al。gydF4y2Ba28gydF4y2Ba],包含50%的样本内容Mg + 2 0.46 eV Urbach能源的价值。Urbach能量紫水晶的价值可能是由于Ca。gydF4y2Ba

直接带隙能量的宝石被绘制(计算gydF4y2BaFgydF4y2Ba(gydF4y2BargydF4y2Ba)gydF4y2BaxhѵgydF4y2Ba)2 hѵ光子能量的函数。之后,额外的策划阴谋的垂直段拦截gydF4y2BaxgydF4y2Ba相互重合了能带能量图所示gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。随着吸收系数成正比的吸光度gydF4y2BaFgydF4y2Ba(gydF4y2BargydF4y2Ba);因此,在这项研究中,F (R)是用于计算的能量带隙。能带的计算值能量的宝石都是给定的表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。Pyrope-Almandine石榴石隙5.14电动汽车的能量,这是由于二氧化矽,石榴石的主要组成部分。能带能量的减少是由于杂质的存在的铁、镁、和Ca,发现从谱数据。本研究中的石英的带隙值是6.12 eV(见表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),与文献报道值总协议,即。6.3 eV (gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba,gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。黑色电气石透露的能带隙能量5.54 eV。二氧化硅是黑色电气石的主要成分;因此这隙5.54 eV是由于二氧化矽。紫水晶透露能带能量5.74 eV。紫水晶紫色各种石英是由于铁杂质的存在。在这项研究中,紫晶盟和Ca的杂质透露,紫水晶的带隙能量的减少造成的。Urbach能量的比例直接带隙能量与文献[也在协议gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

红外光谱谱的宝石在调查中在图所示gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。Pyrope-Almandine石榴石透露FTIR-vibrational乐队在424、657、1034、2351、2630和2925厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。除了这些乐队,非常小的吸收乐队在3673和3740厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}也在Pyrope-Almandine石榴石的红外光谱谱(见图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。振动峰观察到424厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}和657厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是归因于Fe-O。峰值为1034厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}因为Si-O伸缩振动。的伸缩振动C = O观察到2334厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},而在2820年达到顶峰,2925厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}可能会导致由于地伸展振动或可能造成的其他杂质gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。较小的观察到3673年达到顶峰,3740厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}可能是因为Fe-OH-vibrations [gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba显示了石英的红外光谱谱,吸收高峰在430年,496年,677厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是归因于Si-O弯曲振动,而峰值在1113厘米吗gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是由于Si-O的伸缩振动gydF4y2Ba32gydF4y2Ba,gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]。乐队出现在2260和2327厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是由于弱Si-OH-vibrations [gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]。强大的乐队在2488、2592和2677厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}观察是由于Si-O伸展。此外,强大的乐队在2924年和3066年观察到厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},它总是存在于石英根据以往文献[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。这些乐队的起源可能是地伸缩振动。观察到的乐队在3190年和3310年归因于Si-O拉伸,乐队在3379厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}和3381厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}分别被归结为Al-OH和AlSi-OH / Li-vibrations [gydF4y2Ba36gydF4y2Ba),因为与和Fe3 +取代Si4 + SiO4四面体的中心和指定为AlSi3 +或FeSi3 +,电荷缺陷得到间隙单价离子(H +,李+和Na +)视为电荷补偿器。乐队在3597厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是归因于AL-OH / Na伸缩振动[gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]。观察典型噪声区域之间的3600和4000厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}按照先前的文献[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba]。也有可能乐队出现在3730和3796厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}和在这个区域可能造成由于Fe-OH-vibration的存在。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba4 (c)gydF4y2Ba显示黑色电气石的光谱,观察到的主要乐队在422年,467年,545年,639厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是由于Si-O-Si弯曲振动,这弯曲振动,M-O伸展振动(M可以铁或铝)。乐队at782厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是由于Si-O-Si伸缩振动;观察到的乐队在953、1076和1171厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是由于Si-O伸展振动。乐队出现在1303和1397厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是由于这伸展振动。乐队在1597年和1767厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}可能是由于C = O伸展振动,当乐队在3313厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是归因于地伸缩振动。乐队在3465年和3531厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是由于M-OH3债券的伸展振动gydF4y2Ba^ygydF4y2Ba菲gydF4y2Ba^zgydF4y2Ba艾尔gydF4y2Ba^zgydF4y2Ba基地环境(M代表铁和铝)。乐队在3796厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是归因于强烈M-OH键的伸缩振动gydF4y2Ba^ygydF4y2Ba菲gydF4y2Ba^ygydF4y2Ba菲gydF4y2Ba^ygydF4y2Ba铁环境(M代表铁)。这些振动的黑色电气石是在良好的协议与先前的文献[gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba4 (d)gydF4y2Ba显示了紫水晶的光谱。紫水晶是紫色各种石英由于铁杂质的存在,因此,其红外光谱波段可以与石英和乐队10 - 20厘米内可能会有所不同gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。越强烈的乐队在449年、496年、582年、678年和725年厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是归因于Si-O弯曲和一些乐队可能是因为Ca-O伸展振动,而强烈的乐队在953和1123厘米吗gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}归因于Si-O强烈伸展振动,乐队在1285和1389厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是由于颗粒weak-vibrations,乐队在1625厘米吗gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}可能会导致由于C = O伸缩振动,乐队出现在2289厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}归因于颗粒微弱震动,乐队在2412年、2517年和2924厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是由于Si-O伸展振动。乐队在3332厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}是由于铝gydF4y2Ba_{如果gydF4y2Ba}-OH-vibration,乐队在3455厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}由于阿尔gydF4y2Ba_{如果gydF4y2Ba}-哦/ Na-vibration,乐队在3579.1到3580.5厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},3395.2 - 3415.4厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}和3351.5 - 3354.4厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}根据以前的文献[可能是与铁gydF4y2Ba37gydF4y2Ba),但这些乐队不是观察到紫水晶样品。乐队在3787年和3920厘米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}可能归因于Fe-OH伸展振动。gydF4y2Ba

吸收光谱测量时吸收能量的电子从低能级到高能级,当发射光谱测量时释放能量的电子从高能级跳到低能量状态的吸收光谱遇到当电子从基态激发能gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_0gydF4y2Ba更高的能量状态gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_1,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_2,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_3,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_4,gydF4y2Ba等等。因此,它显示了更高的吸收能量状态和较低的能量状态和公开详细信息样品的光学性质和杂质含量。另一方面,PL光谱发射光的情况下,由于转换能量最低的状态gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_1克ydF4y2Ba到基态gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{0。gydF4y2Ba}当一个原子或分子兴奋地更高的能量状态,它最终在能量最低的状态gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_1克ydF4y2Ba而发出辐射,那么发射和吸收光谱是相同的。然而,如果一个原子基态没有直接去最终在能量最低状态,则只揭示了能量最低的特性。吸收光谱显示了gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_0gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_1克ydF4y2Ba,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_0gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_2,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_0gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba乐队而发射光谱显示gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_0gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_1克ydF4y2Ba乐队(gydF4y2Ba40gydF4y2Ba,gydF4y2Ba41gydF4y2Ba]。主要是宝石的颜色是由过渡元素由于可见光的吸收,和这些过渡金属可以作为杂质或宝石的组成部分。因此,我们的紫外可见吸收光谱的所有四个宝石:pyrope-almandine石榴石、石英、黑电气石,和紫水晶Ca的吸收带,镁、铁、非盟作为杂质和组成成分(见图gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba1 (d)gydF4y2Ba)。然而,对于PL光谱,情况是不同的,因为它只遇到发射光由于电子从低能级的跃迁gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_1克ydF4y2Ba到基态gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_ogydF4y2Ba。乐队的钙,镁,铁pyrope-almandine石榴石、镁和铁黑色电气石、紫水晶和Ca不是出现在PL光谱尽管事实上面都发现作为创作元素从紫外可见光谱图所示gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba,如铁和Mg pyrope-almandine石榴石、钙和铁黑色电气石,而镁和钙在紫晶。PL光谱只遇到电子的发射光由于放松能量最低的状态gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_1克ydF4y2Ba到基态gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_ogydF4y2Ba和揭示了较低的能量特性,也直接从高能量状态过渡到基态PL光谱无法衡量。此外,一些分子吸收辐射,但不发光。因此,乐队的钙、镁、铁pyrope-almandine石榴石,Mg和铁黑色电气石、紫水晶和Ca不是在PL光谱。然而,非盟的发射波段的波长有522和544海里PL光谱的紫水晶作为杂质由于非盟的低能量特征(见图gydF4y2Ba6(一)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba6 (d)gydF4y2Ba)。计算能带能量由低波长转换发射波长发生侧电子伏特。这里值得一提的是,能带PL光谱获得的能量总是小于原来的带隙,只有最低的能源过渡措施gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_1克ydF4y2Ba来gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_{o。gydF4y2Ba}因此,它只显示较低的能量特征。光致发光光谱的所有四个宝石:pyrope-almandine,石英、黑电气石、紫水晶,主要排放乐队是观察到在同一波长325.89 nm,稍微转向一个更长的波长比吸收光谱如图gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba1 (d)gydF4y2Ba。主要发射光谱带为325.89 nm还负责宝石的能带和归因于SiOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}所有的样品含有SiOgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}作为一个主要组件。325.89纳米波长转化成能量的gydF4y2Ba如ydF4y2Ba= hc /gydF4y2BaʎgydF4y2Ba给的带隙能量为每个示例3.805 eV。所有的宝石显示相同由于SiO能带能量gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}作为主要成分。最重要的观察是,发射能带能量小于吸收能带能量是由于能量吸收和释放的辐射之间的差异。在这种情况下,发射和吸收光谱不同于彼此由于不同的转换。发射光谱和吸收光谱可以是相同的只有一个分子激动更高的能量状态,往往会在最低能量状态gydF4y2Ba_1克ydF4y2Ba然后返回到基态与光的发射。gydF4y2Ba

光致发光排放峰值的黄金在400 - 653纳米的范围取决于干扰介质(配体)和激动人心的波长。配体诱导小黄金的电子结构的变化,导致配体金属电荷转移跃迁由于排放从根本上源自从原子分子黄金和一些。有两个主要接受关于光致发光机理的解释:gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba一个是纯金属量子限制效应光致发光排放的纯金属起源于sp-sp和sp-d转换。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba另一个解释是电荷转移由于功能配体和金属之间的相互作用,即。金属的配位体电荷转移(LMCT)和配体-金属电荷转移(LMMCT)。gydF4y2Ba

发光主要是归因于LMCT效应而不是LMMCT效应。然而,增加金属的电积极性可以促进配体和金属之间的相互作用。光致发光发射峰的位置可以改变由于配体金属电荷转移跃迁(LMCT)或金属配体电荷转移(MLCT)。费用可以从配体转移到金属如果配体场轨道和金属具有空轨道,而在其他情况下,可以从金属转移到配体电荷如果金属配体具有空轨道和轨道。在这里,在这项研究中,对紫水晶的情况下,光致发光光谱发射峰的黄金被观察到由于SiO 522和544海里gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}是这种情况下的配体,它包含负电子的氧原子。因此,黄金的排放峰值在522和544海里可能会分配到配体金属电荷转移跃迁,即。,电子转移从氧到黄金gydF4y2Ba42gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

4所示。结论gydF4y2Ba

SEM / EDX被用来评估化学成分,因此所有宝石的微量元素。SEM / EDX结果显示微量的铁、镁、和Ca Pyrope-Almandine石榴石、镁和铁黑色电气石、紫晶盟和Ca,而未发现杂质在石英。紫外技术被成功地用来确认所有样品的微量元素通过与相应的吸收峰,其吸收光谱和确认的正派EDX特别重要的数据,数据Urbach和能带能量是首次报道,我们最好的知识,探索杂质的影响/微量元素的结构和电子结构,这些宝石。此外,红外光谱还成功地用来描述宝石识别官能团和分子振动通过各自带的位置更可靠的值。光致发光成功地解释结果与紫外可见光谱相关性,而且它也表现出有意义的信息关于宝石的鉴定。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

数据将根据要求提供相应的作者。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

马利克博士萨贾德Mehmood要感谢大学的工程和技术、Taxila和巴基斯坦工程和应用科学学院,伊斯兰堡,巴基斯坦,提供平台来完成这个研究工作。gydF4y2Ba