沸石群礦物之拉曼光譜研究

Abstract

沸石礦物普遍存在於火成岩的裂隙和孔洞中，在台灣東部海岸山脈即含有分佈廣泛的沸石群(陳培源，1998；陳培源等人，2004)。雖然沸石礦物在台灣東部分布廣泛，卻缺乏詳盡的礦物學研究。本研究主要在常溫常壓下，對不同系列的沸石礦物進行拉曼光譜量測，並以電子顯微分析確定其化學成分。針對沸石礦物拉曼光譜之振動模(vibration mode)進行初步比對與探討頻譜的變化，並進一步找出拉曼光譜與化學成分之關連性，繼而建立沸石礦物之拉曼光譜資料庫。 本研究共分析21件天然沸石與10件合成沸石樣本，並依據Gottardi and Galli (1985)分類法，分為五個部份進行討論：一、纖維質沸石(fibrous zeolites)；二、單連結四環鏈(single 4-ring chains)；三、雙連結四環鏈(doubly 4-ring chains)；四、六環(6-ring)；五、片沸石群(heulandite group)。分析結果顯示，相同二級構造單元(SBU)連接方式之沸石，擁有相似之拉曼光譜，再隨化學成分之不同，而有差異。拉曼譜線以範圍390~530 cm-1最明顯，為T-O-T (T=Si, Al)氧原子運動所造成，再配合低頻M-O振動模(M為陽離子，如Ca、Na、K等)，以及較高頻之T-O振動模即可區分不同系列之沸石。 由於沸石礦物主要架構是由SiO4與AlO4連結而成，隨著Al取代Si對拉曼位移有一定程度的影響。纖維質沸石之拉曼光譜在~440 cm-1 、~530cm-1，會隨Al含量增加而輕微往高頻方向移動，是由於T-O-T角度變小所致。單連結四環鏈、雙連結四環鏈沸石最明顯之拉曼振動模，分別出現在400cm-1、480cm-1、490cm-1左右，會隨Al含量增加而往低頻方向移動，表示T-O-T角度變大。六環系列最明顯之拉曼振動模，分別出現在495 cm-1、480 cm-1和491 cm-1，三者與Al含量之間沒有固定的趨勢。片沸石群中，片沸石最明顯的T-O-T拉曼振動模出現在405 cm-1和482 cm-1左右；輝沸石最明顯的T-O-T拉曼振動模出現在410 cm-1和497 cm-1左右。由於Al含量的變化很小，因此對拉曼頻譜的影響並不是很顯著。