光谱仪在宝石鉴定方面的应用

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光谱仪在宝石鉴定方面的应用
? ?顶尖科仪（中国）股份有限公司技术支持部
; A( ?3 u$ ?/ |0 |4 H$ S9 K? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 发布日期：2011-8-3
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! T$ `- A0 S3 m7 |4 G& X8 Y天然的宝石色泽独特、珍贵稀少，价格自然不菲，为人争宠。然而，由于利益驱使，不法分子从来没有停止过仿制与伪造宝石。随着科技的不断进步，仿制的手法愈来愈高明，以致能蒙混许多检测设备。相对而言，使用光谱仪来鉴定宝石，具有操作简便，鉴定准确，过程迅速等优点。以下实例将向您展示海洋光学的光谱仪在宝石鉴定方面的优势：

+ X6 a; f8 u% s: h6 G橙黄色蓝宝石的鉴别
橙色或黄色蓝宝石极为罕见，不法分子通过对刚玉进行铍散射（Be-diffusion）处理，可制成高仿真度的橙黄蓝宝石，以前常用LA-ICP-MS(激光消融感应等离子体质谱分析法)或SIMS(次级粒子质谱法)方法来鉴别蓝宝石真伪，但是这种鉴别实验只能在很少有的专业宝石鉴定实验室进行，且对样品具有一定破坏性,既耗时又昂贵。
6 W) n5 o" D; C: W! Q瑞士宝石协会第一个使用OceanOptics为其特制的SSEF GemLIBSTM系统，分别对天然的与经过铍散射处理的蓝宝石进行测试,通过将脉冲式Nd:YAG激光器输出的波长为1064nm，脉宽为7ns，单脉冲能量为100mJ的激光聚焦到样品上，诱导其毁伤产生等离子体，再采用多通道光谱仪收集光谱数据，实现了光谱仪在覆盖200-980nm的波长范围内分辨率达到0.1nm的光谱测量。实验结果表明，根据铍在313.042与313.107nm处的波峰测量样品中铍的含量对比，天然的黄色蓝宝石中铍含量很低（<2ppm），而经过铍散射处理的伪蓝宝石中铍的含量却很高（>5ppm）。该协会还同时应用LA-ICP-MS和SIMS法对宝石进行铍含量测量,对比以上两种方法，SSEF GemLIBSTM系统可以通过控制激光能量减小对样品的破坏程度，获得宽光谱范围(200-980nm)下的高分辨率(0.1nm)探测，简单的样品备置及快捷的光谱分析(仅滞后激光几微秒的时间)，同时更方便，更廉价。
因此，应用LIBS系统在定量检测铍的含量，实现蓝宝石的真伪鉴别方面具有很大的发展空间。

塔希提黑珍珠的鉴别
人工染色的黑珍珠与塔希提黑珍珠的外观相似，使用海洋光学USB2000光谱仪测定样品的可见吸收光谱与相对激光拉曼光谱，能快速、简便地鉴定黑珍珠的真伪。天然塔希提珍珠无论色相如何，都具有三条位置固定的特征吸收谱带（a带407-412nm，b带495-498nm，c带702nm），每个特征吸收谱带的宽度决定于珍珠的色相与伴色；而人工染色的黑珍珠由于其原材料不同，因此其可见吸收光谱特征无规律可循。
! r: w. S. i! w* K5 N9 ?对人工染色黑珍珠与塔希提黑珍珠进行显微激光拉曼光谱测定，实验结果如下：由于两者的主要成分都为文石，因此其拉曼光谱都具有显着的文石拉曼谱峰，而塔希提黑珍珠由于其含有黑色有机色素，致其在1100-1650cm-1处出现一组相互包络的复杂拉曼谱线，而染色处理黑珍珠多采用淡水珍珠，不具备上述包络谱线，且由于其含有类胡萝卜素， 于是显现相应的拉曼峰（1130,1523cm-1），其特征与塔希提黑珍珠明显不同。
. r. Y* r  F% T5 w; \3 d由此可见，根据可见吸收光谱和激光拉曼光谱能鉴定塔希提黑珍珠的真伪。
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$ Y- t; n& f, z9 f6 Q5 y蓝色托帕石的鉴别
蓝色托帕石是一种珍贵的宝石，但无色托帕石产量丰富。通过辐照改色方法（伽玛射线、带电粒子、快中子），可将无色托帕石改为蓝色，改色的托帕石颜色稳定，其硬度、密度、折射率等物理化学性质几乎与改色前一致。目前采用紫外荧光测试可初步区分天然与改色托帕石：天然托帕石的紫外荧光强弱不定，而所有改色托帕石在紫外光照射下都没有肉眼可识别的荧光。
5 ^& w8 I- H' M" S鉴于上述结果，采用激发力更强的阴极射线代替紫外，并使用海洋光学USB2000光谱仪收集阴极发光光谱。实验表明，天然蓝色的托帕石的荧光发光强度是改色托帕石的三倍，天然无色托帕石的发光强度也明显高于改色托帕石(20-30counts：15counts)。
由此研究人员可通过以下步骤来鉴别蓝色托帕石的真伪：先测紫外荧光强
% y4 a  C# R- {1 G+ k+ q( J6 S+ O% [度，强度高的为天然托帕石，否则再用阴极发光测定，对比天然托帕石的阴极发光光谱，即可鉴定样品托帕石的真伪（采用一个真的天然蓝色托帕石的光谱定标）。
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! p: l7 O; K6 a) ]参考文献：
  q# U- c" K2 f! j- \, n2 V1）Michael S. Krzemnicki, Henry A. H&auml;nni, Roy Walters，New detection method for Bediffusion treated sapphires.aserinduced breakdown spectroscopy (LIBS)
2）黄艺兰，塔希提黑珍珠和处理珍珠的可见吸收光谱表处，宝石和宝石杂志，VOL.8 NO.1 Mar. 2006
' F, f: r& B) ]: `* E; K/ B3）袁心强、宋鹰、陆永庆，应用阴极发光鉴定蓝色托帕石，宝石和宝石学杂志，VOL.8,NO.2.June,2006
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