珠寶玉石鑒定中紅外光譜技術(shù)應(yīng)用的探討

王松杰

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活品質(zhì)的提升，人民群眾購買、佩戴珠寶玉石的需求越來越強(qiáng)烈，而隨之產(chǎn)生的就是對珠寶玉石的真?zhèn)巍?yōu)劣進(jìn)行辨別的問題，急需解決老百姓想買又怕買到假貨而不敢購買珠寶玉石的困擾。紅外光譜技術(shù)就是在此背景下產(chǎn)生的，用于珠寶玉石鑒定的重要技術(shù)。紅外光譜技術(shù)能夠有效分辨珠寶玉石的種類，及鑒定珠寶玉石是否經(jīng)過優(yōu)化、處理等情況。因此文章主要對珠寶玉石鑒定中，紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究，希望能夠?yàn)橹閷氂袷b定人員提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：珠寶玉石;鑒定;紅外光譜技術(shù)

科學(xué)技術(shù)發(fā)展的同時，造假技術(shù)也在“與時俱進(jìn)”。因此寶石學(xué)較之從前受到的關(guān)注程度提高了很多，該學(xué)科的一個重要內(nèi)容便是珠寶玉石的鑒定。當(dāng)前越來越多的高新技術(shù)被應(yīng)用于珠寶玉石的加工、優(yōu)化以及合成中，使鑒定工作中出現(xiàn)了很多的難題，傳統(tǒng)的鑒定技術(shù)、手段已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展要求。目前紅外光譜技術(shù)、激光拉曼技術(shù)等的出現(xiàn)使得珠寶玉石鑒定工作得到了明顯的提升，有著極為重要的意義。

一、紅外光譜技術(shù)原理

當(dāng)前國內(nèi)外珠寶玉石鑒定和檢測工作中對于紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用相對比較廣泛，應(yīng)用該方法進(jìn)行分析所需時間較短，特征性相對較高，能夠在樣品不受損的情況下使檢測人員有據(jù)可循。利用該方法首先將一束波長不同的紅外射線照射寶石分子，寶石分子會對一些特定波長的紅外射線進(jìn)行吸收，由此可以生成對于這些特定分子的紅外吸收光譜。由于不同類別的分子在結(jié)構(gòu)和成分組成方面，有一定的差異性，因此這些特定分子生成的紅外吸收光譜也都是相對獨(dú)立的，通過對這些光譜進(jìn)行分析能夠?qū)崿F(xiàn)對特定分子結(jié)構(gòu)的分析，以及分子組成的鑒別。

并且在對寶石相應(yīng)特征紅外吸收光譜的譜帶數(shù)量，以及譜形和強(qiáng)度等信息進(jìn)行觀察的過程中，也可以對寶石的紅外吸收光譜的表征做出定性，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)寶石鑒定的重要參數(shù)進(jìn)行獲取。寶石樣品的紅外光譜檢測以分析珠寶玉石官能團(tuán)為主，并根據(jù)官能團(tuán)所表現(xiàn)出的各類參數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)珠寶玉石類型與結(jié)構(gòu)的鑒定。然而，對于解譜分析工作而言，對分析人員提出了更為嚴(yán)格的要求，如解譜人員需要具備足夠的工作經(jīng)驗(yàn)以及豐富的紅外光譜知識等。盡管解譜分析工作的難度較大，但是紅外光譜官能團(tuán)的分析仍然是最為快速、準(zhǔn)確的珠寶玉石鑒定方式，可對常規(guī)檢測中的弊端予以彌補(bǔ)，并且具有更高的分析效率，同時可以保證所鑒定珠寶玉石的完整度，操作簡單便捷。所以紅外光譜儀是目前實(shí)驗(yàn)室鑒定珠寶玉石最常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

二、珠寶玉石鑒定中應(yīng)用紅外光譜技術(shù)的優(yōu)勢

①此項(xiàng)技術(shù)可以對各種類型、結(jié)構(gòu)的珠寶玉石進(jìn)行研究分析。

②此項(xiàng)技術(shù)在幾分鐘內(nèi)便能將珠寶玉石的含量、品種以及真?zhèn)舞b定出來，其儀器操作也很簡便，其檢測的靈敏度較高。

③此項(xiàng)技術(shù)在對樣品真?zhèn)芜M(jìn)行鑒定的時候，不會對其產(chǎn)生任何的損傷。

④在應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)時，珠寶玉石隨著種類的不同，其反射的紅外光譜也不相同，從而通過與相應(yīng)光譜的對比，有效鑒定樣品真?zhèn)危淇尚哦葮O高。

三、不同紅外光譜技術(shù)在寶石鑒定中的特點(diǎn)

（一）近紅外光譜

它是介于可見光和中紅外光之間的一種光波，它是人們發(fā)現(xiàn)的第一個非可見光區(qū)，在掃描珠寶玉石過程中，可以得到珠寶玉石的各種分子結(jié)構(gòu)，所以鑒定起來比較方便，鑒定效率較高。而且這種技術(shù)準(zhǔn)確率高、成本比較低，在鑒定過程中對珠寶玉石還起到一定的保護(hù)作用。

（二）中紅外光譜

大多數(shù)的珠寶玉石中的無機(jī)物的基頻振動出現(xiàn)在中紅外光譜區(qū)，中紅外光譜主要反映物質(zhì)的指紋頻率，中紅外光譜與遠(yuǎn)紅外光譜結(jié)合成為鑒定寶石種屬的關(guān)鍵指紋區(qū)。

（三）遠(yuǎn)紅外光譜

它是指物質(zhì)在遠(yuǎn)離紅外區(qū)的地方吸收到的光譜，這種光譜對珠寶玉石的分子結(jié)構(gòu)具有吸附現(xiàn)象，所以可以很好的對其進(jìn)行鑒定。但是這種遠(yuǎn)紅外光譜吸收光的能力較弱，所以在鑒定珠寶玉石方面應(yīng)用不是特別廣泛。

四、常見的紅外光譜技術(shù)

（一）直接投射法

投射技術(shù)主要是用來鑒定珠寶玉石中的組成元素及結(jié)構(gòu)，自然界中天然形成的寶石都是由硅、磷酸鈉等元素構(gòu)成的，寶石的大小、切工的優(yōu)劣、雕琢形態(tài)、透明度，是否進(jìn)行了鑲嵌等都可以影響投射技術(shù)。

此方法如今在應(yīng)用中有兩個很難被克服的難點(diǎn)，一個是由于珠寶玉石擁有較大硬度，折射的效果雖然良好，然而紅外光譜儀很難順利穿透，所以最終獲得的光譜并不完整;另一個是天然的珠寶玉石與人工合成的珠寶玉石并不相同，這就會使得紅外光譜會出現(xiàn)不同程度的散射，最終使得光譜信號較差。

（二）低溫技術(shù)

此項(xiàng)技術(shù)能夠在一定程度上提升分辨率，并且有效抑制珠寶玉石躍遷譜線熱現(xiàn)象，但對操作環(huán)境及設(shè)備要求較高，一般很難達(dá)到。

（三）衰減全反射

相比于鏡面反射，衰減全反射技術(shù)能夠做到其無法做到一些工作。此項(xiàng)技術(shù)獲得的透射譜相對較為完整，同時還可以對珠寶玉石種類及其內(nèi)部有機(jī)物進(jìn)行鑒定和測量。

（四）漫反射

鏡面反射的原理是光投射到粗糙表面上向各個方向發(fā)生反射，在珠寶玉石上透射的光在透明區(qū)域，它是有一定頻率的，但是頻率的變化較慢，由于漫反射光與入射光的光強(qiáng)之比與折射率是函數(shù)關(guān)系，所以反射率也會發(fā)生變化，一般來說，透射吸收越強(qiáng)的頻率位置附近，鏡面反射率也就越大，漫反射技術(shù)主要用來研究珠寶玉石的種類以及頻率特征，漫反射技術(shù)的特點(diǎn)是對有機(jī)化合物以及無機(jī)化合物都有很好的鑒定效果，這也是鑒定寶石的主要手段。

五、紅外光譜技術(shù)在珠寶玉石鑒定中的應(yīng)用

（一）天然與合成寶石的鑒定

由于珠寶玉石的產(chǎn)量較低，在一定程度上提升了其經(jīng)濟(jì)價值。珠寶玉石的銷售價格提升，為珠寶玉石合成行業(yè)的存在提供了空間。此外，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，合成寶石與天然寶石的區(qū)分難度急劇增加，使得珠寶玉石的鑒別難以通過常規(guī)的鑒定方法來實(shí)現(xiàn)。隨著紅外光譜技術(shù)的不斷完善，將其應(yīng)用在珠寶玉石鑒定中由于有著良好的鑒定效果，所以其在現(xiàn)階段鑒定珠寶玉石過程中有著廣泛的應(yīng)用。在對天然祖母綠與合成祖母綠鑒定過程中，由于其物理特性近乎一致，如折射率與密度等，所以常規(guī)鑒定手段無法對兩者進(jìn)行有效的鑒別。運(yùn)用紅外光譜技術(shù)可以準(zhǔn)確地對祖母綠中的水分子伸縮振動與強(qiáng)度等方面進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果準(zhǔn)確地對天然與合成祖母綠進(jìn)行鑒別，同時不會對祖母綠有任何程度的破壞。在合成祖母綠過程中，主要會應(yīng)用到助溶劑法以及水熱法。利用紅外光譜技術(shù)，可對祖母綠中結(jié)晶水吸收峰進(jìn)行鑒別，以此得到更為真實(shí)的鑒定結(jié)果。另外，以天然的祖母綠為例，通常其結(jié)晶水吸收峰介于3500cm-1～3700cm-1范圍內(nèi)，如果祖母綠由助溶劑法所合成，其結(jié)晶水吸收峰則不存在，所以這可作為區(qū)分祖母綠是天然還是人工合成的必要條件。在紅外光譜技術(shù)的幫助下，對祖母綠的結(jié)晶水吸收峰加以檢測，可以使鑒定準(zhǔn)確率大幅度提升。另外，對于鑒別水熱法以及助溶劑法合成的紅寶石而言，紅外光譜技術(shù)同樣可以對其進(jìn)行準(zhǔn)確的鑒定。

（二）類質(zhì)同象珠寶玉石的研究

類質(zhì)同象珠寶玉石所指的是晶體結(jié)構(gòu)之中的一些分子、原子以及離子位置在部分性質(zhì)，與一些其他分子和原子以及離子等較為相似的珠寶玉石，晶胞參數(shù)和密度以及折射率等物理性質(zhì)會在置換數(shù)量發(fā)生改變的情況下而出現(xiàn)一定的線性變化情況。對于珠寶玉石而言類質(zhì)同象則具有較大的意義，例如在對類質(zhì)同象系列中的寶石種類與名稱進(jìn)行確定的過程中，較為典型的是鎂鋁-鐵鋁榴石系列、長石類的鈉鈣長石系列以及方柱石類的鈣柱石-鈉柱石系列等。對各個不同序列的寶石種類名稱進(jìn)行確定的過程中，應(yīng)用紅外光譜技術(shù)可以使鑒別的準(zhǔn)確性得到明顯的提高。

（三）寶石及其仿制品的鑒定

除了對合成與天然珠寶玉石進(jìn)行鑒定外，紅外光譜技術(shù)同樣可在珠寶玉石與仿制品之間的鑒定中予以應(yīng)用。通常來講，天然珠寶玉石與其仿制品在性質(zhì)與外觀中存在較多的相似，所以通過經(jīng)驗(yàn)以及常規(guī)鑒定措施難以準(zhǔn)確的進(jìn)行分辨，需要在鑒別真?zhèn)芜^程中運(yùn)用紅外光譜技術(shù)。比如，在對鉆石與合成立方氧化鋯鑒定過程中，盡管合成立方氧化鋯與鉆石在外觀與物理特性上的區(qū)別微乎其微，但是通過合理運(yùn)用紅外光譜技術(shù)，其可以對鉆石與合成立方氧化鋯進(jìn)行紅外反射，以此來對紅外反射結(jié)果進(jìn)行分析，最終實(shí)現(xiàn)鉆石與合成立方氧化鋯的準(zhǔn)確鑒別。另外，在鑒別紫晶與紫色方柱石、琥珀與硬樹脂仿制品時，同樣可以通過運(yùn)用紅外光譜技術(shù)得到準(zhǔn)確且有效的鑒定結(jié)果。

（四）鑒別優(yōu)化處理的珠寶玉石

在對使用樹脂等高分子材料浸染或者填充的寶玉石，進(jìn)行鑒別的過程中，應(yīng)用紅外光譜法鑒別更加高效、準(zhǔn)確，并且可以實(shí)現(xiàn)無損檢測。應(yīng)用該技術(shù)對一些B貨翡翠的鑒別較為常見，在2600到3200cm-1這一區(qū)間天然A貨翡翠的透過率相對較好，而在2800cm-1到3100cm-1區(qū)間之中B貨充填的環(huán)氧脂屬芳烴類有機(jī)物則有一組具有典型特征的吸收峰，應(yīng)用紅外光譜法檢測不同區(qū)間的吸收峰，可以對A貨翡翠進(jìn)行有效的區(qū)分。利用紅外光譜技術(shù)來得到翡翠中羥基吸收峰的光譜圖，并進(jìn)行分析，以此來對翡翠是否經(jīng)過漂白填充處理進(jìn)行區(qū)分，最終實(shí)現(xiàn)對天然翡翠以及優(yōu)化處理的翡翠的鑒定工作（如圖1所示）。

六、結(jié)束語

綜上所述，對關(guān)于珠寶玉石鑒定中紅外光譜技術(shù)應(yīng)用方法及效果的觀察，能夠?yàn)槲覈閷氂袷b定領(lǐng)域提供參考。使其能夠借助紅外光譜技術(shù)，對各類型玉石的吸收峰等光譜特征進(jìn)行測定，進(jìn)而鑒別出玉石的類型。未來，建議我國珠寶玉石研究領(lǐng)域，積極應(yīng)用該技術(shù)，對珠寶玉石進(jìn)行鑒定。最終達(dá)到提高珠寶玉石市場商品質(zhì)量、優(yōu)化市場環(huán)境的目的。

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