拉曼光譜

1、拉曼光譜拉曼光譜—寶玉石鑒定的重要手段寶玉石鑒定的重要手段郭碧君中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院摘要：拉曼光譜是近代迅速發(fā)展起來(lái)的物理譜學(xué)分析技術(shù)它是反映物質(zhì)的分子特征不同物種由于分子基因不同、結(jié)構(gòu)不同其拉曼峰特征不同據(jù)此可以獲取有用信息達(dá)到測(cè)定、鑒別的目的。拉曼光譜技術(shù)作為一種客觀、準(zhǔn)確、定量的甄別寶石真?zhèn)蝺?yōu)劣級(jí)別的測(cè)試方法在寶石鑒定領(lǐng)域有著不可替代的重要作用。關(guān)鍵詞：拉曼光譜；寶石鑒定；天然寶石；人工寶石引言隨著人們物質(zhì)文化生活的不斷提

2、高，對(duì)外交往程度的擴(kuò)大。精美華麗的各種珠寶集裝飾和保值于一身引起越來(lái)越多的興趣和關(guān)注。隨著珠寶市場(chǎng)的擴(kuò)大，越來(lái)越多的人工寶石出現(xiàn)在各種場(chǎng)合，各種各樣的造假手段令人眼花繚亂，防不勝防，然而傳統(tǒng)的鑒定技術(shù)卻顯得力不從心。因此在我國(guó)珠寶首飾市場(chǎng)以次充好、以假亂真的情況屢有報(bào)道。無(wú)損、準(zhǔn)確、快速鑒定寶石的組成和含量顯得十分迫切。因此各種鑒定手段分析儀器應(yīng)運(yùn)而生。近年來(lái)顯微拉曼光譜的問世使其在寶石鑒定領(lǐng)域內(nèi)成為強(qiáng)有力、有時(shí)是獨(dú)到的檢測(cè)分析工具。從

3、拉曼光譜的原理可知它所完成的鑒定工作要比其它傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段可靠得多且速度快可以做原位的非破壞性測(cè)量。目前世界上幾個(gè)較大的寶石研究實(shí)驗(yàn)室均用它作為權(quán)威性的分析工具。本文首先簡(jiǎn)介現(xiàn)今傳統(tǒng)寶石鑒定所面臨的問題及其新科技的發(fā)展然后概述拉曼光譜原理著重論述拉曼光譜技術(shù)對(duì)幾種常見寶玉石的分析和鑒定最后總結(jié)拉曼光譜技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)。一、寶石鑒定技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展傳統(tǒng)的寶玉石鑒定主要靠鑒定人員的經(jīng)驗(yàn)使用放大鏡、顯微鏡、折射儀、比重計(jì)等非破壞性手

4、段。但是隨著高新科技的發(fā)展，促進(jìn)了新的合成及人造寶石及優(yōu)化處理寶石品種的相繼面市。當(dāng)前寶玉石界面臨的一項(xiàng)迫切任務(wù)是天然寶玉石和人工合成、優(yōu)化寶玉石的鑒別。一些傳統(tǒng)、常規(guī)的寶石鑒定儀器及鑒定方法已難以滿足珠寶鑒定的要求。困難在于，合成寶石具有同天然寶石一樣的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)因此也具有同天然寶石一樣的物理性質(zhì)。從化學(xué)成分和物理性質(zhì)上講它們是真正的寶石(一些物理性質(zhì)還優(yōu)于天然寶石)只是寶石其價(jià)值不僅取決于其品質(zhì)還與產(chǎn)出量及不可再生性有關(guān)。合

5、成寶石生產(chǎn)的途徑不同因而價(jià)值亦大不相同。一些經(jīng)人工處理(包括致色和改善)的寶玉石與合成寶石的情況類似即它們?cè)谥饕瘜W(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)上與它們對(duì)應(yīng)的天然寶玉石基本一致。上述合成寶石和經(jīng)改善的寶玉石就很難用常規(guī)的寶玉石鑒定儀器與天然寶玉石區(qū)別開來(lái)。為了解決這些寶玉石鑒定中的一些疑難、熱點(diǎn)問題，一些新的方法和技術(shù)不斷地被引入寶石學(xué)研究領(lǐng)域，為鑒定人工合成寶石和優(yōu)化處理寶石提供了一種新的研究方法和分析方法，大大地推動(dòng)了寶石鑒定技術(shù)和研究

6、水平的提高。近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的波譜分析技術(shù)便是現(xiàn)今寶石研究中應(yīng)用最多的測(cè)試技術(shù)，該技術(shù)已成功地應(yīng)用于包括寶玉石在內(nèi)的礦物學(xué)研究并為鑒別人工合成寶玉石和致色改善的寶玉石提供了一種新的手段，為寶石鑒定工作的客觀性、準(zhǔn)確性、定量性提供有力的科學(xué)保障。二、基本工作原理拉曼光譜是近代迅速發(fā)展起來(lái)的物理譜學(xué)分析技術(shù)其基于光的非彈性散射，通過作用提供分子振動(dòng)的相關(guān)信息，可以反映物質(zhì)的分子特征不同物種由于分子基因不同、結(jié)構(gòu)不同其拉曼峰特征不同，據(jù)此可

7、以對(duì)測(cè)試樣品的組成成分和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，獲取有用信息達(dá)到測(cè)定、鑒別的目的。光照射到物質(zhì)上發(fā)生彈性散射和非彈性散射，彈性散射的散射光是與激發(fā)光波長(zhǎng)相同的成分，非彈性散射的散射光有比激發(fā)光波長(zhǎng)長(zhǎng)的和短的成分，統(tǒng)稱為拉曼效應(yīng)。由于拉曼譜線的數(shù)目，位移的大小，譜線的長(zhǎng)度直接與試樣分子振動(dòng)或圖1天然和人造藍(lán)寶石拉曼譜圖a—天然藍(lán)寶石特征譜b—人造藍(lán)寶石特征譜（2）紅寶石及其合成、處理紅寶石的鑒定1、樣品：R1（天然，桃紅，完整晶形），R2（天然

8、，玫瑰紅），R3（處理，玫瑰紅，肉眼可見裂紋），R4（合成，紅色，刻面），其他為紅色寶石、鐵鋁榴石和尖晶石。2、儀器：顯微共焦拉曼光譜儀3、剛玉族寶石的特征光譜在378、417、430、447、576、645和750cm1附近，其中417cm1顯示最強(qiáng)光譜特征。一些礦物包體可根據(jù)其特征拉曼位移面被檢測(cè)出。R1、R2寶石均可顯示紅寶石的特征譜線，即說明該寶石為天然寶石。R3寶石在1353cm1附近具有一強(qiáng)且寬的拉曼峰，通過定量分析可測(cè)得高

9、含量的鉛；在2331、2874和3285cm1附近有拉曼位移，定量分析為有機(jī)膠，即說明R3寶石中被充填了鉛和有機(jī)膠，為處理寶石。R4寶石存在一強(qiáng)且對(duì)稱的熒光背景，是由于含有過渡族或稀土離子的助熔劑引起，故該寶石為合成紅寶；其他寶石有明顯不同于紅寶石的特征拉曼光譜，故可輕易與紅寶石區(qū)分開來(lái)。（3）翡翠翡翠主要成分為NaAlSi2O6。翡翠商貿(mào)中將其區(qū)分為:A貨指除切磨拋光外未經(jīng)過任何人工改善處理的天然翡翠顏色和透明度都為真。B貨指經(jīng)過酸溶

10、液浸泡除雜質(zhì)和充填處理以提高透明度、凈度和原生綠色的艷度的翡翠即顏色為真透明度為假。C貨指強(qiáng)酸清洗后染色的翡翠即顏色為假的翡翠。D貨是指假翡翠成分可能是合成玻璃、水晶、綠瑪瑙及市場(chǎng)上常見的“馬來(lái)玉”和“澳玉”等。硬玉的拉曼光譜其前四強(qiáng)特征峰:1040cm1、989cm1屬于[Si2O6]4基團(tuán)的SiO對(duì)稱振動(dòng)698cm1屬于SiOSi的對(duì)稱彎曲振動(dòng)373cm1屬于SiOSi的不對(duì)稱振動(dòng)。因此借助硬玉的前四強(qiáng)特征峰可以鑒別出翡翠真假。環(huán)氧