X熒光光譜儀在珠寶玉石檢測中的應(yīng)用

孟慶夷

大連市產(chǎn)品質(zhì)量檢測研究院

X熒光光譜儀在珠寶玉石檢測中的應(yīng)用

孟慶夷

大連市產(chǎn)品質(zhì)量檢測研究院

隨著經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，市場上的珠寶玉石品種和樣式越來越多。寶石的優(yōu)化處理、合成技術(shù)的進步，使得寶石的鑒定難度也越來越大，傳統(tǒng)常規(guī)的鑒定工具已難以解決問題。因為有些不同種類的寶石其光學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)非常相似，通過測定寶石的光學(xué)性質(zhì)及其他物理性質(zhì)來進行辨別并不非常準確。為了攻破這些鑒定難題，一些現(xiàn)代化的先進檢測技術(shù)被引入到珠寶鑒定領(lǐng)域來，X射線熒光光譜技術(shù)在寶石鑒定中的應(yīng)用隨之產(chǎn)生，這大大豐富了珠寶玉石的檢測方法，也提高了我國珠寶玉石鑒定的技術(shù)水平。

紅外光譜技術(shù)；珠寶玉石；鑒定

X射線熒光光譜技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于對樣品的主要成分進行無損定量和定性分析，多用于貴金屬飾品的檢測，但隨著X射線熒光技術(shù)的不斷發(fā)展，其在珠寶玉石檢測領(lǐng)域作為輔助手段，發(fā)揮著越來越重要的作用。

1 原理與思路

X射線是一種電磁輻射，其波長介于紫外線和射線之間。它的波長沒有一個嚴格的界限，一般來說是指波長為的電磁輻射。當能量高于原子內(nèi)層電子結(jié)合能的高能射線與原子發(fā)生碰撞時，驅(qū)逐一個內(nèi)層電子而出現(xiàn)一個空穴，使整個原子體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，然后自發(fā)地由能量高的狀態(tài)躍遷到能量低的狀態(tài)。這個過程稱為馳豫過程。當較外層的電子躍遷到空穴時，所逐出的次級光電子稱為俄歇電子。它的能量是特征的，與入射輻射的能量無關(guān)。當較外層的電子躍入內(nèi)層空穴所釋放的能量不在原子內(nèi)被吸收，而是以輻射形式放出，便產(chǎn)生X射線熒光，其能量等于兩能級之間的能量差。因此，X射線熒光的能量或波長是特征性的，與元素有一一對應(yīng)的關(guān)系。此時我們用能量或波長探測器接受物質(zhì)的X熒光，即可得知物質(zhì)的組成元素，若能量可計數(shù)，我們更可以對其相對定量。

2 X射線熒光光譜技術(shù)的應(yīng)用

2.1 相似寶玉石的鑒別

鑒于X射線熒光光譜技術(shù)在貴金屬飾品無損檢測方面的高效性，采用該技術(shù)對珠寶玉石的元素組成進行鑒定，對于輔助判斷分析是行之有效的。當前，寶石原料種類達到兩百多種，甚中存在很多性質(zhì)相似的種類，應(yīng)用傳統(tǒng)的檢測工具要嚴格區(qū)分存在一定的困難。如區(qū)分無色水晶和無色長石時，兩個品種都是無色透明的，并且存在相似的折射率值和密度。應(yīng)用X射線熒光技術(shù)進行分析可以發(fā)現(xiàn)，水晶的主要成分為二氧化硅，在X射線熒光光譜中表現(xiàn)為硅元素；長石的主要成分為鈉、鈣、鉀和鋁硅酸鹽等，在X射線熒光光譜中表現(xiàn)為鈣、鉀、硅元素，則根據(jù)X射線熒光光譜圖，能實現(xiàn)對二者的輕松區(qū)分。同樣，采用該技術(shù)可以鑒別紫晶和紫色方柱石、矽線石貓眼和輝石貓眼等一些類型相似的寶石。

2.2 優(yōu)化處理寶玉石的鑒別

X射線熒光光譜技術(shù)也能分析優(yōu)化處理后的寶石，檢測分析天然寶石和人工合成品、仿制品。如紅寶石制作過程中有一種鉛玻璃充填的處理方法，通過鉛元素的加入量來改變玻璃的折射率，使其折射率提高，從而達到與紅寶石相似的折射率。一般通過放大觀察紅寶石的表面很難觀察到裂隙的存在，通過X射線熒光光譜儀可以發(fā)現(xiàn)，紅寶石只含有鐵、鉻等元素的峰，若經(jīng)過充填處理的紅寶石則有很明顯的鉛元素峰出現(xiàn)，從而鑒別出是天然的還是充填處理過的紅寶石。同樣，利用X射線熒光光譜儀可以輔助分析、鑒別合成祖母綠、合成翡翠以及一些珊瑚、珍珠等。

2.3 類質(zhì)同象寶玉石的研究

類質(zhì)同象是指晶體結(jié)構(gòu)中的某些離子、原子或分子的位置一部分被性質(zhì)相近的其他離子、原子或分子所占有，但是晶體的結(jié)構(gòu)類型、化學(xué)鍵類型等保持不變或基本不變，僅晶胞參數(shù)和折射率、密度等物理性質(zhì)隨置換數(shù)量的改變而作線性變化的現(xiàn)象。類質(zhì)同象對于寶玉石具有重要的意義，如研究確定類質(zhì)同象系列中寶石種的名稱，典型的有石榴石類的鐵鋁-鎂鋁榴石系列、方柱石類的鈉柱石-鈣柱石系列、長石類的鈉鈣長石系列和鉀鈉長石系列，使用紅外光譜儀可進一步來準確確定各系列的寶石種名稱。

3 HXRFS的輻射比較

隨著時間的推移，人們逐漸淡忘了美國三里島、前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故。然而2011年的日本福島核事故，讓人們再次繃緊了核輻射這根弦。2016年在美國華盛頓舉行的第四屆核安全峰會引起廣泛關(guān)注。其實，人類賴以生存的自然環(huán)境中，輻射無處不在，有的來自宇宙射線、有的來自地球的天然放射性物質(zhì)等。這些自然界中原本就存在的輻射，稱之為“天然輻射”或“本底輻射”，全球本底輻射平均為2.4mSv/a，少數(shù)地區(qū)高達13mSv/a，但看不見、摸不著，也感受不到，因此，人們并未在意。輻射與人們的日常生活也日益密切，如食物輻照、安全檢查、診斷檢查等。盡管CT檢查時X射線直接照射人體，一次胸部CT的輻射劑量約為5～8mSv，腰椎間盤CT軸位掃描每個系列的容積劑量指數(shù)（CTDIvol）約為23.8mGy，但這不僅沒有引發(fā)人們的擔憂或恐懼，反而樂于接受它。CT與HXRFS的X射線管的典型工作參數(shù)分別為120kV、180mA和40kV、10A，根據(jù)關(guān)系式，靶材相同時，CT的X射線總強度是HXRFS的162000倍，且短波限更小，因此，HXRFS的生物效應(yīng)遠遠低于CT。實踐中，HXRFS檢測金屬材料時，對人體產(chǎn)生的額外年累積有效輻射劑量低于本底輻射，其X射線管和正常運行操作均符合國家標準規(guī)定的豁免要求，但還是要認真對待這個輻射危險足夠低的輻射源，仍需科學(xué)組織、實施檢測，使操作者受照劑量保持在“可合理達到的盡量低水平”，同時盡量縮短連續(xù)作業(yè)時間，以利于人體自我修復(fù)，將輻射危害減至最小。當然，操作者也可以佩帶個人劑量計，監(jiān)測使用過程中實際的受照劑量。

X射線熒光光譜技術(shù)在寶石檢測中的應(yīng)用還在不斷發(fā)展、完善，未來該檢測技術(shù)將能更好地解決寶石檢測中的難點和疑點問題，使寶石鑒定更準確、高效、快捷。

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[2]李鵬.X射線熒光光譜技術(shù)在珠寶玉石鑒定中的應(yīng)用[J].商情（財經(jīng)研究），2008（4）.

[3]劉世敏.現(xiàn)代測試技術(shù)在寶玉石檢測中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景[J].巖礦測試，2006（1）.