珊瑚成分结构特点研究(上)①

冯亮,卢慧,张倩怡

(1.天津市地质矿产测试中心,天津300191;2.中国地质大学珠宝检测中心,广东深圳518020; 3.陕西国际商贸学院珠宝学院,陕西西安,712046)

珊瑚成分结构特点研究(上)①

冯亮1,卢慧2,张倩怡3

(1.天津市地质矿产测试中心,天津300191;2.中国地质大学珠宝检测中心,广东深圳518020; 3.陕西国际商贸学院珠宝学院,陕西西安,712046)

文章通过红外光谱仪、激光诱导等离子体击穿光谱仪(LIBS)、环境扫描电子显微镜等大型仪器对珊瑚样品进行测试分析对比,确定样品的基本性质及成分、结构的特点。结果显示,珊瑚主要成分为方解石和烃类有机物,横切面同心状结构与放射状结构交替出现,方解石呈层状排列,底部有机物及无机物粒度均比样品顶部大。

珊瑚;成分;结构

1 引言

珊瑚作为生物成因的一种有机宝石,是珊瑚虫吸收大海的精华生长成的海中瑰宝,具有稀有、美丽等特质,是值得珍藏的宝石之一。

珊瑚中含有多种药物成分,并且某些珊瑚骨骼在人类骨骼康复治疗中有重要作用,因此,在医学上的研究较多。在宝石学上,珊瑚的鉴定、颜色成因等通常作为研究目的,而对其结构特点的研究却并不多见[1,7]。

笔者测试的珊瑚为表皮染成红色的一种钙质型珊瑚,其质地坚韧,呈树枝状。取珊瑚样品的顶部和底部的横截面,利用红外光谱仪、激光诱导等离子体击穿光谱仪(LIBS)、偏光显微镜、环境扫描电子显微镜进行测试分析,得到珊瑚成分及结构等方面的特征。

2 实验样品的基本特征

实验所用样品为表皮染成红色的珊瑚枝。

珊瑚枝原长为14.5cm,树枝状,表面有很清晰的弯曲纵纹。

图1中五颗小样品均取自上面的珊瑚枝。左边的三个样品为W4、W3、W1,取自珊瑚的顶部;右边两个Z3、Z1,取自珊瑚的底部。

图1 珊瑚枝及样品Fig.1 The coral branch and samples

3 样品成分分析

3.1 激光诱导等离子体击穿光谱仪定性测试

样品的测试位置均为珊瑚样品的横截面,未触及表皮,因此表皮的染色处理对测试结果无影响。

LIBS测试结果:样品含有的元素有Ca、Mg、C、Na、Sr,以Ca、Mg元素为主,且W1、Z1样品化学成分一致。

图2 W1样品的LIBS测试光谱Fig.2 LIBS spectrum of sample W1

图3 Z1样品的LIBS测试光谱Fig.3 LIBS spectrum of sample Z1

3.2 傅里叶变换红外光谱仪测试

本次测试采用的是KBr粉末压片法。为了避免表皮染色对测试的影响,避开Z1、W1样品表皮位置,取一定量样品,制成粉末,与KBr按照1∶100的比例混合,再研磨成极细的粉末并置入压片机中压成透明的薄片。

图4 W1、Z1样品的红外光谱图Fig.4 Infrared spectrogram of samples W1 and Z1

对红外光谱谱图(图4)分析,1080.2 cm-1、715.2 cm-1、872.8cm-1说明有方解石和球方解石的吸收峰,由此可以确定实验样品为方解石型的珊瑚,非文石型。3440.1 cm-1吸收峰是碳酸钙和有机物醇糖的吸收峰的叠加,2511.1 cm-1为有机物的吸收峰。W1中的2880.2 cm-1和Z1的2884.3 cm-1为烃类有机物存在的吸收峰[2],[3]。

通过红外谱图对比分析可知,该珊瑚样品底部和顶部的成分基本一致,同处吸收峰的吸收强度略有不同。

4 样品结构分析

4.1 偏光显微镜下薄片观察

两个薄片分别取自样品顶部横截面和底部横截面,取自顶部薄片为W2,取自底部薄片为Z2。

观察薄片样品中的方解石的排列结构为同心齿轮环状和放射状结构,中心颜色较淡。

图5和图6分别为W2、Z2薄片同心结构中心在偏光显微镜下观察到的单偏光图片,可见其中心均呈放射状结构。

图5 W2偏光显微镜照片Fig5 Polarizing microscope image of W2

图6 Z2偏光显微镜照片Fig.6 Polarizing microscope photos of Z2

图7和图8分别为W2、Z2薄片放大到100倍下所观察到的显微结构。均可见方解石颗粒,排列相对比较整齐。

图7 W2放大100倍Fig.7 Image of W2 magnified by 100 times

图8 Z2放大100倍Fig.8 Image of Z2 magnified by 100 times

以下四张图片为W2、Z2薄片放大到500倍所观察到的形貌。

图9 W2放大500倍照片Fig.9 Image of W2 magnified by 500 times

图10 Z2放大500倍照片Fig.10 Image of Z2 magnified by 500 times

图11 W2放大500倍照片Fig.11 Image of W2 magnified by 500 times

图12 Z2放大500倍照片Fig.12 Image of Z2 magnified by 500 times

通过对以上偏光显微镜下的图片对比分析,W2样品薄片中方解石颗粒均大于Z2,方解石与方解石之间的物质颜色与方解石不同,推断可能是有机物或者无机物。

(下期续完)

[1] 周佩玲,杨忠耀.有机宝石学[M].武汉:中国地质大学出版社, 2004:95-114.

[2] 彭文世,刘高魁.矿物红外光谱图集[M].北京:科学出版社, 1982.

[3] 张蓓莉.系统宝石学[M].北京:地质出版社,2006.

[4] 张欣,杨明星,付静,闫凯.台湾瘦长红珊瑚的纳微结构特征[J].宝石和宝石学杂志,2012(2).1-7.

[5] 范陆薇,杨明星,王方正.瘦长红珊瑚的微尺度结构特征[J].宝石和宝石学杂志,2008(2).9-12.

[6] 施祺,孙东怀,张叶春.珊瑚骨骼生长特征的数字影像分析[J].海洋通报,2004(4):19-24.

[7] 匡永红,廖宝丽,张良钜.一种海南黑珊瑚的结构特征的初步研究[J]..矿产与地质,2006(3):324-326.

[8] B.Kaczorowska·A,Hacura·T.Kupka·R.Wrzalik·E.Talik· G.Spectroscopic categorization of natural corals[J].Anal Bioanal Chem(2003)377;DOI 10.1007/ s00216-003-2153-1.

Research of Characteristics of Coral Composition and Structure

FENG Liang1,LU Hui2,ZHANG Qian-yi3
(1.Tian Jin Geological Mineral Testing Center,Tianjin,300191; 2.Gem testing Center of China University of Geosciences,ShenZhen,Guangdong,518020; 3.Shaanxi Institute of International Trade And Commerce,Xi'An,Shaanxi 712046,China)

This article confirms the basicproperty and the characteristic of the composition and structure of the coral samples by giving a test and analysis and comparative analysis to them through large-scale instrument such as infrared spectrometer,laser induced plasma breakdown spectrometer(LIBS),environmental scanning electron microscope(ESEM). The result shows that the major components of coral are calcite and Hydrocarbon organics.Concentric structure and radial structure have their presence alternately in the cross section.The calcite is in a layered arrangement and both of the organic and inorganic grains at the bottom are coarser than those at the top.

coral;composition;structure

TS933

A

1673-1433(2014)02-0050-05

2014-06-28

冯亮(1984—),男,国家注册珠宝玉石质量检验师(CGC),天津市地质矿产测试中心助理工程师。研究方向:珠宝鉴定与评估。E-mail:287454370@qq.com