鉴定珠宝必备仪器:激光拉曼光谱仪

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鉴定珠宝必备仪器:激光拉曼光谱仪一、原  理

激光拉曼光谱是一种测定物质分子成分的微观分析技术,是激光光子与宝石分子发生非弹性碰撞后,改变原有入射频率的一种分子联合散射光谱,通常将这种非弹性碰撞的散射光谱称之为拉曼光谱。波数的改变量即为拉曼位移,拉曼位移由宝石分子结构的振动能级所决定,而与辐射光源无关,这即为拉曼效应的基本内涵。

二、拉曼光谱的优点

1、无损检测。

2、可进行微区分析(可细小到1~2μm)。

3、高分辨率及高稳定性,十分适合于对宝玉石的重复检测。

4、适用于测定晶体、熔体、液体和气体各态物质。

5、拉曼谱图频率和强度方面的特征是晶体结晶程度的反映,可用于鉴别部分天然与处理宝石。

三、宝石学中的应用

1、鉴定宝石种属

任何物质都有其特定的原子组成、结构、对称性,因而有一系列独有的振动,称为声子谱或振动谱,这种谱实际上就是相应晶体的“指纹”,准确测量物质的振动谱就为识别晶体提供了坚实的基础。

2、鉴定天然与合成宝石

天然钻石的光致发光光谱(PL)中常出现由塑性变形及点缺陷导致的谱峰,而合成钻石中常可检测到由Ni等溶媒导致的谱峰。

3、鉴定人工优化处理宝石

1)相似颜色的钻石可能有不同的颜色成因,利用钻石的光致发光光谱(PL)可确定部分钻石的颜色成因。例如光致发光测试(液氮温度下),如果钻石中出现575nm峰和637nm峰,未经处理的天然钻石多为575nm峰占主导地位;当637nm峰的强度大于575nm峰时,钻石可能经HPHT处理,需根据样品情况综合分析。

2)利用拉曼光谱能分析宝玉石中细小包裹体和人工充填物的成分,可区别部分天然宝石与处理宝石。例如可利用拉曼光谱分析红宝石表面裂隙中的物质为充填的玻璃物质,还是矿物包体。

3)拉曼光谱可以分析祖母绿中注油及充填物的存在。瑞士宝石学院(SSEF)等检测机构利用激光拉曼光谱对注入祖母绿裂隙中的油及有机充填物进行了系统鉴定。(各种充填物的具体拉曼峰值请查阅文献)

4)塔希提黑珍珠的光致发光光谱(PL)比较特征,三个特征吸收带分别以680nm,650nm及620nm为中心。染色黑珍珠的光致发光光谱(PL)不特征,随染色剂不同变化较大。

5)红珊瑚的拉曼光谱在1520cm-1和1130cm-1附近存在致色物质特征峰;染色红珊瑚的拉曼光谱不出现这两个特征峰,仅显示珊瑚特有的1085cm-1谱峰及随染料成分不同而出现的大量复杂的成套谱峰。

4、宝石中包体的成分及成因类型

激光拉曼微探针测试的微区可细小到1~2μm,能检测宝玉石中极微小的包裹体和人工充填物,准确测定包裹体的成分、结构、对称性。例如绿柱石中存在大量的固、液、气三相包裹体,使用拉曼光谱能实现对此类包裹体的无损分析。对三相包裹体内部液体及气体分别进行测试,得出其与绿柱石本底的叠加谱线。可通过计算机剥离技术,得到液体及气体部分的指纹拉曼光谱,进而可确定其成分。

四、拉曼光谱技术在宝石学研究中的局限性

1、拉曼光谱易受荧光的影响、因此对发荧光宝石的检测会产生一定的影响。

2、对于不透明或透明度差的宝石,利用拉曼光谱技术进行检测可能会在宝石表面留下痕迹而成为有损检测。

3、应用拉曼光谱鉴定宝石,是一种类比法,有时会受到标准拉曼图谱库的限制,尤其是对一些罕见宝石更是如此。此外对于某些颗粒细小的多晶集合体类玉石,很难得到有效的拉曼图谱。

 

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