一、研究背景

随着我国矿产资源的不断开发与利用，矿石品质的检测显得尤为重要。矿石的反射率作为评价矿石品质的一项重要指标，直接关系到矿产资源的高效利用和矿产企业的经济效益。然而，传统的矿石反射率检测方法存在操作复杂、精度低、效率低下等问题，严重制约了我国矿产资源开发利用的进程。

在这样的背景下，地物光谱仪作为一种新兴的检测技术，逐渐受到业内人士的关注。地物光谱仪具有快速、准确、无损等优点，能够对矿石的反射率进行高效测试。如海光电为满足客户对矿石、谷物、土壤、遥感、海洋、内陆水质、林业与生态等的测量与研究，自主研发并生产了宽光谱OFS系列地物检测系统。光谱仪采用先进处理器，使用节电设计，并缩小了设备体积，客户不必送检操作，工作人员可以到工地等现场抽检，从而能够对现场样品进行便携测量。本次研究旨在利用OFS地物光谱仪对天然矿物晶体进行反射率测试，以期为我国矿石品质检测提供一种新的技术手段，推动矿产资源开发利用的可持续发展。

二、测试样品及实验仪器设备

1. 测试样品

2. 设备搭建

使用OFS2500地物光谱仪和地物反射式探头搭建一套地物光谱-矿石反射率测量系统（如下图）。测试时可直接将矿石放置在反射探头出光口处采集样品的反射率光谱。

图2 OFS地物光谱仪设备搭建及样品测试过程

三、测试结果

图3矿石总光谱图

图3展示了六种不同矿石的反射率光谱图。实验光谱测量范围从波长350nm到2500nm，覆盖了可见光和近红外区域，测得的光谱曲线很平滑，无明显噪声波动。从总光谱图中可以看出，每种矿石的反射率随波长的变化呈现出独特的光谱特征，这些特征峰的位置和强度是矿石识别和分类的重要依据。为了更详细地了解这些矿石的性质，对矿石的单个光谱图进行了详细的分析。

3.1磷灰石

图4磷灰石反射率图谱

磷灰石（Apatite)是一种含钙的磷酸盐矿物，以晶质磷灰石的形式存在于火成岩和变质岩中。从上图中可以看出磷灰石在1000~1300nm有强吸收峰，该峰归属于Ca-OH 的特征吸收。

3.2孔雀石

孔雀石（Malachite）是一种含铜的碳酸盐，颜色的变化主要是由于铜含量的不同。从上图中看出孔雀石在2200~2300nm有明显吸收峰，而碳酸盐矿物的CO3^2-特征吸收峰一般都出现在此范围内，这与孔雀石的矿物属性相吻合。

3.3铬云母

铬云母(Fuchsite)是一种含有铬的云母矿物，属于单斜晶系，具有云母典型的层状结构。铬云母在1000~1300nm有明显的吸收峰，是由于铬云母中的铬离子发生了电子跃迁，从低能级跃迁到高能级，导致对光的吸收增加，可作为判别铬云母的光谱特征。

3.4红碧玺

红碧玺是一种复杂的硅酸盐矿物，颜色的深浅和色调取决于矿物中含有的不同金属离子。从图中看出在1350nm-1500nm有明显的特征峰，该峰归属于红碧玺中的铁(Fe)、锰(Mn)等过渡金属离子的特征吸收，由于金属离子产生d-d电子跃迁，这种跃迁导致了红碧玺所特有的红色，可用来判别红碧玺。

3.5黄欧珀

黄欧珀是一种天然的硬化的二氧化硅胶凝体，其光学性质主要来源于其内部周期性排列的SiO₂颗粒构成的三维光子带隙结构。黄欧珀在700~1000nm有宽吸收峰，该峰的形成是由于其内部三维光子带隙结构，可用来判别黄欧珀。

3.6黄线石

黄线石主要由碳酸钙组成，通常包含有机质，有时还包含其他矿物质，如硅、铁和镁。黄线石的外观通常是层状或波纹状的，具有明显的层理结构。从图中看出在450nm-600nm有明显的特征峰，该峰是由黄线石中的某些过渡金属离子（如铁、钛等）的电子跃迁产生的，可用来判别黄线石。

四、实验结论

1. 使用OFS2500地物光谱仪和地物反射式探头搭建的地物光谱-矿石反射率测量系统，测得的光谱曲线很平滑，无明显噪声波动。

2. 根据矿石的地物反射光谱间的差异和特征吸收可初步推断矿石的组成，进而将其归类。

五、仪器推荐