第33卷，第6期 2013年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
高温高压下文石和方解石的拉曼光谱研究
付培歌，郑海飞“
北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京100871
Vol.33,No.6,pp1557-1561
June，2013
摘要利用金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术，研究了文石在18~388℃，71～2014MPa，以及方解石在19～351℃，96～1823MPa条件下的拉曼光谱待征，并得到文石和方解石的拉曼位移与温度、压力三者之间的关系式。研究结果表明，文石和方解石的拉受位移随温度压力的变化规律相似，都随压力升高向高频移动，除文石的704cm-1外均随温度升高向低频移动。二者的晶格报动3w/aT值均大于[CO,］基团内报动的值，说明CaO,八面体的热影胀性大于[CO,]基团的热膨账性。二者的对称伸缩报动ay/aT及3v/aP值不同，由于该振动拉曼位移和C—O键的键长有关，方解石的C一O键的热膨胀性比文石小而可压缩性比文石大。另外升温升压过程中文石和方解石可以相互转化，伴随该过程发生的[CO,基团旋转变形等动力学因素也可以造成二者a/aT和a/aP值差异，
关键调文石；方解石；拉受光谱；高温高压；金刚石压腔
DOI; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2013)06-1557-05
中图分类号：P578.6；P575.4
引言
文献标识码：A
间科学学院激光拉曼光谐实验室进行，所用仪器为英国产 Renishaw1000型激光拉曼光谐仪，光源为Ar*激光，波长 514.5nm，激光发射功率20mW，样品接收功率5mW，狭
文石和方解石是自然界中CaCO,最常见的同质多像变体，碳酸盐是地壳地慢的重要组成矿物。国内外学者对文石和方解石开展了很多研究，例如文石和方解石的热力学性质、方解石高压相变和高温相变、文石-方解石相变及其转变机制、溶解度等[1-8)。Gillet等[9]研究了温度压力分别达450 C和30GPa条件下文石以及温度800℃条件下方解石的拉曼光谱，但其研究是以常压条件下升温和温条件下加压的方式分别研究温度和压力的影响，还没有同时研究温度和压力对二者拉曼位移影响的实验报道。因此本工作利用金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术，研究同时升高温度和压力对文石和方解石拉曼光谱位移的影响，并尝试解释其存在差异的原因。
实验部分 1
实验装置采用水热金刚石压腔(HDAC)[]。压砧顶面直径为0.8mm，垫片为0.25mm厚的片，样品孔直径为0.2 mm，传压介质为Na;CO，溶液，采用石英作为压标，实验样品为天然文石和方解石。拉曼光谱测试在北京大学地球与空
收稿日期：2012-10-21，修订日期：2013-01-30 基金项目：国家自然科学基金项目(40873047)资助
缝宽度50μm，分辨率1cm1.扫捕波数范围为50~4000 cm1，扫描时间为10s，扫描次数为1次。
实验体系的温度由K型热电偶测得，并利用硬脂酸（熔点69.5℃)和酚酸(熔点260℃)进行校正，误差为士1℃。
实验体系的压力根据石英的拉曼位移确定[) P = 0. 360 79[(,)ss4J* + 110. 86(%)464
式中，P为压力，MPa；（A%）s为待测压力条件下石英的拉曼位移与其在常温常压条件下拉曼位移之差。该公式适用条件为0cm1<(A%）≤20cm-1，温度范围—50℃ (A/r)44, =0.1 MP = 2. 501 36 × 10-11 T + 1. 464 54 × 10* T 1. 801 × 10# Tt 0. 012 16T+ 0. 29
(1)
由于常压下文石在450℃时将迅速转变为方解石{})，而方解石在高温高压条件下也将发生相变[3,5]，因此实验设计温度记录到400℃，并采用不同初始压力逐步升温的方式，从室温开始每次升温20℃，直到设计温度或样品发生相变为止，实验过程中每升温一次等待10min后再进行拉曼光谱测试，以保证样品处于平衡状态。
作者简介：付培歌，女，1986年生，北京大学地球与空间科学学院博士研究生
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万方数据
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