常見翡翠的三維熒光光譜特征研究

馬 平，沈錫田，邵 天，張志清，羅 恒

1. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)珠寶學(xué)院，湖北 武漢 430074 2. 湖北國土資源職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430090

引 言

翡翠號稱“玉石之王”,優(yōu)質(zhì)天然翡翠具有極高的經(jīng)濟(jì)和美學(xué)價值。由于天然優(yōu)質(zhì)翡翠的產(chǎn)出數(shù)量遠(yuǎn)不能滿足市場的需要,所以大量優(yōu)化處理的翡翠充斥市場,其中天然翡翠為A貨翡翠，漂白注膠翡翠為B貨翡翠，染色翡翠為C貨翡翠，漂白注膠染色翡翠為B+C貨翡翠[1]。紅外光譜與激光拉曼光譜、電子探針是鑒定B貨翡翠有效的鑒定手段[2-4],但這三種儀器對翡翠樣品的拋光程度、平整度都有較高要求。

三維熒光法是近20多年發(fā)展起來的一門新的熒光分析技術(shù),這種技術(shù)能夠獲得激發(fā)波長與發(fā)射波長或其他變量同時變化時的熒光強(qiáng)度信息[5]。由于三維熒光光譜分析技術(shù)靈敏度高，對膠等芳烴化合物具有獨特的檢測能力[6]，但該技術(shù)在翡翠鑒定方面還未得到廣泛應(yīng)用，目前主要依賴紅外光譜對處理的翡翠進(jìn)行無損檢測,其測試結(jié)果會受到樣品表面拋光程度及樣品透明度的影響,三維熒光光譜分析技術(shù)能無損、快速、準(zhǔn)確地鑒定處理翡翠,不受加工鑲嵌、拋光等條件限制。紅外光譜與激光拉曼光譜等傳統(tǒng)的寶石礦物鑒定技術(shù)對B貨翡翠鑒定研究較多，缺少對B+C貨不同顏色的翡翠、C貨翡翠鑒定，特別是B+C貨黃色、B+C貨紅色翡翠的研究，三維熒光光譜能對不同顏色B+C貨翡翠、C貨翡翠熒光特征進(jìn)行區(qū)分，則從而達(dá)到鑒定不同處理類型翡翠的目的。

1 實驗部分

1.1 樣品

選取了常見A貨、B貨、C貨、B+C貨翡翠樣品25塊，觀察測試部位均選擇在中心較均勻的區(qū)域，在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)珠寶學(xué)院寶石實驗室中，經(jīng)過珠寶常規(guī)儀器鑒定和確認(rèn)，見表1。

對25個翡翠樣品進(jìn)行三維熒光測定和研究分析,測試樣品見圖1。

表1 翡翠樣品的基本寶石學(xué)特征Table 1 The basic gemological characteristics of jadeite samples

圖1 不同類型翡翠樣品

1.2 方法

翡翠樣品熒光光譜采集在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)珠寶學(xué)院光譜與成分分析實驗室完成。三維熒光光譜采用日本Jasco FP8500型熒光光譜儀，測試條件設(shè)定如下： 激發(fā)與發(fā)射光譜的帶寬(bandwidth)均設(shè)定為5 nm，響應(yīng)時間為10 msec，檢測器掃描速度2 000 nm·min-1。激發(fā)光譜范圍設(shè)置為是220～480 nm，數(shù)據(jù)間隔5 nm； 發(fā)射光譜采集檢測范圍設(shè)為240～750 nm，數(shù)據(jù)間隔1 nm； 測試樣品前自動歸零校正，當(dāng)探測器檢測到的光子數(shù)少于儀器自動校準(zhǔn)歸零時探測到的光子數(shù)時，三維熒光光譜的相對強(qiáng)度出現(xiàn)負(fù)值，屬于正?，F(xiàn)象。

2 結(jié)果與討論

通過對比不同類型翡翠樣品的熒光峰位以及最佳激發(fā)波長，可以得到如下信息：

A貨翡翠三維熒光測試無明顯熒光反應(yīng)，這與A貨翡翠在紫外燈長短波下無明顯熒光反應(yīng)對應(yīng)，如圖2。

如圖3(B-01)，B貨翡翠樣品三維熒光光譜中均出現(xiàn)一個特征熒光峰，其熒光主峰在λex380 nm/λem440 nm，位于藍(lán)光區(qū)，B貨翡翠充填環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂具有共軛體系的芳環(huán)或雜環(huán)化合物[6]，電子共軛程度大，易產(chǎn)生熒光，因此B貨翡翠熒光強(qiáng)度大。如圖3(C-01)，C貨翡翠三維熒光光譜中均出現(xiàn)一個特征熒光峰，其中熒光主峰在λex385 nm/λem443 nm，位于藍(lán)光區(qū)。C貨翡翠僅Cr鹽充填，過渡金屬離子Cr化合物能發(fā)熒光。B+C貨翡翠樣品選取綠色，紫色，黃色，及紅色四種顏色，如圖3(BCL-01)，B+C綠色翡翠熒光峰主峰在λex290 nm/λem308 nm，位于紫光區(qū)。如圖3(BCZ-01),B+C紫色翡翠最強(qiáng)熒光峰位于λex365 nm/λem444 nm，位于藍(lán)光區(qū)。如圖3(BCH-01),除去干擾峰值，B+C黃色翡翠最強(qiáng)熒光峰位于λex335 nm/λem377 nm，位于紫光區(qū)。如圖3(BCH-03),B+C紅色翡翠最強(qiáng)熒光峰位于λex290 nm/λem308 nm，位于紫光區(qū)。B+C貨翡翠中無機(jī)離子與具有吸光結(jié)構(gòu)的有機(jī)試劑發(fā)生配合作用，生成會發(fā)熒光的螯合物[6]。

圖2 A貨翡翠三維熒光光譜Fig.2 Three dimensional fluorescence spectra of A jadeite

三維熒光光譜顯示，樣品在255 nm(短波紫外)激發(fā)時，弱的熒光峰出現(xiàn)在可見光區(qū)(380～600 nm)內(nèi)，有熒光顯示的主要為B+C綠色翡翠、B貨翡翠、C貨翡翠，如圖4(BCL-01、BCL-04),B+C綠色翡翠在255 nm(短波紫外)激發(fā)下，熒光峰位于485 nm附近，但發(fā)光范圍寬，熒光中心集中在藍(lán)白區(qū)，故短波紫外燈下呈弱藍(lán)白色熒光。如圖4(B-02，

圖3 不同處理類型翡翠的三維熒光光譜特征B貨翡翠熒光光譜: B-01; C貨翡翠熒光光譜： C-01; B+C綠色翡翠熒光光譜: BCL-01;B+C紫色翡翠熒光光譜: BCZ-01; B+C黃色翡翠熒光光譜: BCH-01; B+C紅色翡翠熒光光譜: BCH-03Fig.3 Three-dimensional fluorescence spectrum characteristics of jadeite with different processing types

Fluorescence spectrum of Bjadeite Jade: B-01; Fluorescence spectrum of C jadeite jade: C-01; Fluorescence spectrum of B+C green jadeite jade: BCL-01; Fluorescence spectrum of B+C purple jadeite jade: BCZ-01; Fluorescence spectrum of B+C yellow jadeite jade: BCH-01; Fluorescence spectrum of B+C red jadeite jade： BCH-03

B-03),B貨翡翠在255 nm(短波紫外)激發(fā)下，熒光峰位于438 nm附近，發(fā)光范圍寬，熒光中心集中在藍(lán)區(qū)，故在短波紫外燈下呈弱藍(lán)色熒光。如圖4(C-01，C-04),C貨翡翠在255 nm(短波紫外)激發(fā)下，熒光峰位于410 nm附近，熒光中心集中在紫區(qū)，故短波紫外燈下呈弱紫色熒光。在255 nm激發(fā)光源下時，不同處理類型翡翠發(fā)光中心波長呈B+C綠色翡翠>B貨翡翠>C貨翡翠。

圖4 不同處理類型翡翠在255 nm 激發(fā)光下的熒光光譜特征

在長波紫外光照射下，翡翠樣品的熒光明顯強(qiáng)于短波，發(fā)光范圍集中在紫-綠區(qū)域。當(dāng)固定激發(fā)波長為365 nm時，如圖5(B-01，B-02，B-05),B貨翡翠樣品熒光峰位于440 nm，熒光中心集中在藍(lán)區(qū)，長波紫外燈下呈強(qiáng)藍(lán)白色熒光。如圖5(BCZ-02),B+C紫色翡翠熒光峰位于藍(lán)區(qū)448 nm，長波紫外光下呈藍(lán)色熒光。如圖5(C-01),C貨翡翠熒光峰位于藍(lán)區(qū)443 nm,長波紫外光下呈淡藍(lán)色熒光。如圖5(BCH-02),B+C黃色翡翠熒光峰位于綠區(qū)539 nm，長波紫外光下呈淺綠色熒光。如圖5(BCL-04),B+C綠色翡翠熒光峰位于藍(lán)青區(qū)488 nm，長波紫外光下呈弱藍(lán)白色熒光，這與我們在長波紫外燈下觀察到的現(xiàn)象一致。在365 nm的激發(fā)光源下，不同處理類型翡翠發(fā)光中心波長呈B+C黃色翡翠>B+C綠色翡翠>B+C紫色翡翠>C貨翡翠>B貨翡翠的大小關(guān)系。

圖5 不同處理類型翡翠在365 nm 激發(fā)光下的熒光光譜特征

B貨翡翠在酸洗后必須進(jìn)行有機(jī)膠的充填,以提高翡翠的抗沖擊強(qiáng)度,有機(jī)膠的充填一般使用環(huán)氧樹脂。不同型號的環(huán)氧樹脂都屬芳烴類，熒光強(qiáng)度往往也較強(qiáng),B貨翡翠在長波下具有中強(qiáng)藍(lán)白色熒光[6]。

C貨翡翠僅金屬有機(jī)染劑染色，在長短波下的熒光較弱[6]，不同顏色B+C翡翠由于染劑不同，呈現(xiàn)熒光強(qiáng)度也有差別，B+C貨所用染劑中含有金屬離子和有機(jī)染料，有機(jī)試劑配合物中取代金屬離子或有機(jī)試劑，組成更穩(wěn)定的不發(fā)熒光配合物或難溶化合物，而導(dǎo)致溶液熒光強(qiáng)度的降低[6]，B+C紫色翡翠中有機(jī)染劑與環(huán)氧樹脂反應(yīng)形成聚合物，使翡翠樣品熒光降低，長波紫外光下具有藍(lán)紫色熒光。B+C綠色翡翠鉻鹽染色，染劑中鉻離子與能發(fā)熒光樹脂反應(yīng)，生成會發(fā)熒光的螯合物，短波紫外光下具有藍(lán)白色熒光。B+C黃色翡翠由于加入了鐵染色劑，因此呈現(xiàn)極弱熒光，而紅色B+C貨翡翠鐵染色劑添加更多，長波紫外光下熒光峰值位于紫區(qū)，熒光強(qiáng)度低，用紫外熒光燈觀察時，長波下呈弱綠色熒光[6]。

3 結(jié) 論

采集了不同處理類型翡翠品種的三維熒光光譜特征，通過仔細(xì)對比分析后得出如下結(jié)論：

(1) 除了天然A貨翡翠無三維熒光光譜特征，B貨翡翠熒光中心多集中在380 nm(λex)/440 nm(λem)。C貨翡翠熒光中心集中在365 nm(λex)/443 nm(λem)，B+C紫色翡翠熒光中心集中在365(λex)/443 nm(λem)。B+C綠色翡翠熒光峰值主要集中在290(λex)/308 nm(λem)。B+C黃色翡翠熒光峰值集中在335(λex)/377 nm(λem。B+C紅色翡翠熒光峰值為290(λex)/308 nm(λem)。

(2) 在255 nm激發(fā)光源下時，發(fā)光中心波長呈B+C綠色翡翠>B貨翡翠>C貨翡翠，在365 nm的激發(fā)光源下，發(fā)光中心波長呈B+C黃色翡翠>B+C綠色翡翠>B+C紫色翡翠>C貨翡翠>B貨翡翠的大小關(guān)系。

利用三維熒光光譜技術(shù)可以區(qū)分B，C和B+C貨翡翠，至于無機(jī)物充填，無熒光反應(yīng)的B和B+C翡翠，并未在市場大量出現(xiàn)[1]，因此三維熒光光譜技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于不同類型處理翡翠的鑒定。隨著技術(shù)日趨完善，今后可進(jìn)一步實現(xiàn)寶玉石充填物成分鑒定方面的應(yīng)用，使三維熒光光譜技術(shù)在寶石學(xué)的研究運(yùn)用中得到更廣泛、更深入的結(jié)合。