紅外光譜儀在優(yōu)化處理祖母綠鑒定中的應(yīng)用*

陸曉穎 湯紅云 涂 彩 / 上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

祖母綠與鉆石、紅寶石、藍寶石、貓眼同為大自然賦予人類的“五大珍寶” ，被世人稱為“綠色寶石之王”[1]。隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人民群眾對奢侈品品種的需求越來越多，對品質(zhì)的要求也越來越高。艷麗、清澈、深邃的祖母綠深受消費者的喜愛，佩戴及收藏祖母綠已成為當(dāng)今的一種時尚。祖母綠主要的產(chǎn)地集中在哥倫比亞、巴西、俄羅斯、津巴布韋等，產(chǎn)量多且品質(zhì)相對比較高。相對于其他國家，我國只在云南和新疆有少量產(chǎn)出，且品質(zhì)也比較差。隨著祖母綠礦產(chǎn)的日漸枯竭，其稀缺性和名貴性日漸顯現(xiàn)。

眾所周知，祖母綠具有內(nèi)含物眾多、裂隙發(fā)育等特點。裂隙在祖母綠的開采以及加工過程中會變得更加嚴重，常通達到寶石表面。這些裂隙的存在大大降低了成品祖母綠的亮度和光澤，嚴重影響到寶石的觀賞性和耐久性[4]。由于祖母綠的價格昂貴，購買者對其顏色和凈度就有了很高的期望，所以在當(dāng)今的珠寶首飾市場上，就出現(xiàn)了很多優(yōu)化處理來改善祖母綠顏色和凈度的方法。由于裂隙發(fā)育，使拋磨成飾品的祖母綠不夠美觀，這些開放裂隙可用多種與祖母綠折射率相近的液體或熔體充填（如油、樹脂、綠色染料等），來降低裂隙的可見度和提高耐久性。雖然這些充填物質(zhì)呈現(xiàn)出與天然祖母綠極其相似的外觀特征，但缺乏必要的穩(wěn)定性和耐久性。許多品質(zhì)較低的祖母綠經(jīng)過人工處理后其外觀品質(zhì)得到很大提高，甚至與高品質(zhì)祖母綠難分上下。目前市場上絕大多數(shù)的祖母綠都是經(jīng)過優(yōu)化處理的，如果消費者購買這樣的飾品，其經(jīng)濟利益會受到極大的損害。因此對優(yōu)化處理過的祖母綠準確、高效的檢測手段就顯得十分必要。

在對祖母綠的充填物分類、充填物鑒定特征等作了大量研究和分析以及各種檢測手段實驗驗證的基礎(chǔ)上，得出了紅外光譜可以很好地解決這一問題的結(jié)論。

1 儀器設(shè)備、樣品及常用充填物

紅外光譜儀是利用物質(zhì)對不同波長的紅外輻射的吸收特性，進行分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析的儀器。不同的充填物質(zhì)有著不同的紅外吸收光譜特征，因此可利用紅外光譜儀對充填物的成分進行分類和分析。

祖母綠樣品由隆勝珠寶公司及來自哥倫比亞的默蒂克（上海）國家貿(mào)易有限公司提供，樣品共67件，其中15件為祖母綠原石晶體，52件成品。樣品中除3件產(chǎn)自贊比亞，其余54件都產(chǎn)自哥倫比亞。由于樣品數(shù)量較多，本次選用比較典型的11件（圖1）。

祖母綠在加工過程中主要是充填各類油和環(huán)氧樹脂，來提高品質(zhì)和增加牢固度。本文介紹行業(yè)內(nèi)比較常用的4種充填物質(zhì)的特征（表1）。

圖1 祖母綠樣品

表1 充填物質(zhì)的分類

2 祖母綠樣品的顯微放大觀察

利用顯微放大，可觀察到絕大多數(shù)的祖母綠樣品具較明顯的色帶、氣液包體和裂隙，少數(shù)樣品可觀察到礦物包體和表面染色等特征。

選取8件比較典型樣品作顯微放大觀察：1號樣品（圖2）可見明顯的綠色平直色帶，5號樣品（圖3）可見明顯的深綠色的色塊；3號樣品（圖4）可見內(nèi)部含有綠色、紅色等礦物包體，7號樣品（圖5）可見內(nèi)部含有豐富的黑色礦物包體；24號樣品（圖6）可見豐富的氣液包體； 36號樣品（圖7）可見表面沿裂隙處有綠色染料富集；21號樣品（圖8）和40號樣品（圖9）可見明顯的裂隙。

圖2 深綠色平直色帶

圖3 深綠色的色塊

圖4 綠色、紅色礦物包體

圖5 黑色礦物包體

通過顯微放大觀察樣品，可以十分清晰直觀地看到祖母綠的色帶，氣液、礦物包體和裂隙等特征，對于鑒別表面染色處理十分有用。但對于裂隙由何種物質(zhì)充填的鑒別，有一定的局限性。顯微放大不能確定所觀察到的裂隙中的充填物為何種物質(zhì)成分，從而就無法判定是優(yōu)化還是處理。采用紅外光譜儀對充填物質(zhì)成分作進一步分析和研究。

圖6 氣液包體

圖7 沿裂隙處綠色染料富集

圖8 裂隙

圖9 裂隙

3 樣品及充填物的紅外光譜

3.1 祖母綠樣品的紅外光譜

選取了4件比較典型的祖母綠樣品進行分析。由紅外光譜可以觀察到7號樣品（圖10）的特征峰為 2 851 cm-1、2 925 cm-1、2 956 cm-1、3 010 cm-1；9號樣品（圖11）的特征峰為2 848 cm-1、2 920 cm-1、2 954 cm-1；62號樣品（圖12）的特征峰為2 870 cm-1、2 927 cm-1、2 963 cm-1、3 034 cm-1、3 055 cm-1；64號樣品（圖13）的特征峰為2 869 cm-1、2 927 cm-1、2 964 cm-1、3 033 cm-1、3 053 cm-1。

3.2 充填物的紅外光譜

選取了業(yè)內(nèi)比較常用的4種充填物質(zhì)：橄欖油（圖14）、雪松油(圖15)、棕櫚油（圖16）、環(huán)氧樹脂（圖17）。由紅外圖譜可以觀察到橄欖油的特征峰為2 854 cm-1、2 924 cm-1；雪松油的特征峰為 2 833 cm-1、2 876 cm-1、2 918 cm-1、2 983 cm-1、3 022 cm-1；棕櫚油的特征峰為2 852 cm-1、2 920 cm-1、3 004 cm-1；環(huán)氧樹脂的特征峰為2 870 cm-1、2 925 cm-1、2 964 cm-1、3 034 cm-1、3 053 cm-1。

圖10 7號樣品特征峰

圖11 9號樣品特征峰

圖12 62號樣品特征峰

圖13 64號樣品特征峰

圖14 橄欖油特征峰

圖15 雪松油特征峰

圖16 棕櫚油特征峰

圖17 環(huán)氧樹脂特征峰

通過紅外光譜儀的測試、分析，可以看出祖母綠的充填物質(zhì)主要分為兩大類：油和樹脂，油類比較常用的是橄欖油、雪松油、棕櫚油；樹脂類常用的主要是環(huán)氧樹脂。不同的充填物質(zhì)，有著不同紅外特征吸收譜。根據(jù)GB/T 16553-2010《珠寶玉石鑒定》、GB/T 16552-2010《珠寶玉石名稱》規(guī)定，當(dāng)祖母綠中的充填物質(zhì)為環(huán)氧樹脂時，即可得出判定結(jié)果為祖母綠（處理）[2、3]。通過紅外光譜對充填物紅外特征峰和祖母綠樣品裂隙的充填物紅外特征峰進行對比，當(dāng)充填物為環(huán)氧樹脂時，祖母綠綠樣品在3 034 cm-1、3 053 cm-1具有紅外特征峰，從而可判定樣品為祖母綠（處理）。需要指出的是，對刻面型的樣品而言，其對光的折射會影響測試效果，須更細心地操作。

4 結(jié)語

通過對大量的祖母綠樣品進行測試、分析及研究，可知顯微放大觀察的方法，能觀察到樣品內(nèi)部的色帶，生長紋以及氣液、礦物包體和裂隙；同時還可以觀察到表面的裂隙以及裂隙中的染色劑，由此可將祖母綠和合成祖母綠以及染色處理的祖母綠區(qū)分開來。利用紅外光譜儀可對充填物進行分類和成分的分析，不同的充填物質(zhì)有其不同的紅外特征吸收譜。將充填物質(zhì)和祖母綠樣品裂隙的充填物質(zhì)紅外光譜圖進行對比分析得出：紅外光譜中有無3 034 cm-1、3 053 cm-1這兩個特征峰，可作為判定祖母綠是優(yōu)化還是處理的重要依據(jù)。

[1]張蓓莉.系統(tǒng)寶石學(xué)，2版[M].北京：地質(zhì)出版社，2006.

[2]全國珠寶玉石標準化技術(shù)委員會.GB/T 16552-2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

[3]全國珠寶玉石標準化技術(shù)委員會.GB/T 16553-2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

[4]蘇雋，沈美冬，陸太進，等.祖母綠充填物的分類及鑒定[C].//2009中國珠寶首飾學(xué)術(shù)交流會論文集.北京：2009，49-53.

[5]James E Shigley，Taijin Lu，Wuyi Wang.在珠寶首飾界準確鑒定寶石的重要性[J].寶石和寶石學(xué)雜志，2004，6（2）：14-17.

[6]蘇雋，沈美冬，陸太進，等.祖母綠充填物的紅外光譜鑒定特征[J]. 中國寶石,2010,3：181-182.