紅外光譜在寶石檢測(cè)中的應(yīng)用探討

屈建海 宋楊 李洲

寶石是一種比較華麗的奢飾品，隨著人們生活水平的不斷提升，對(duì)寶石的關(guān)注度越來越高。寶石檢測(cè)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，涉及到的內(nèi)容比較多，在眾多檢測(cè)技術(shù)中，紅外光譜無疑是最佳的檢測(cè)方法，具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)精度高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用在寶石檢測(cè)中。基于此，本文結(jié)合理論實(shí)踐，在簡(jiǎn)要闡述紅外光譜檢測(cè)原理的基礎(chǔ)上，分析了常用的檢測(cè)方法，并沖琥珀真假檢測(cè)、紅寶石真假檢測(cè)、自然寶石和人工合成寶石檢測(cè)三個(gè)方面，探討了紅外光譜在寶石檢測(cè)中的具體應(yīng)用，希望對(duì)我國寶石檢測(cè)事業(yè)的發(fā)展有一定參考和借鑒。

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，人民生活水平不斷提升， 消費(fèi)觀念發(fā)生了較大改變，人們對(duì)珠寶玉石的關(guān)注度越來越高。但一些不良商家，經(jīng)常用人工合成的寶石來替代自然形成的寶石獲取利益。寶石真假很難用肉眼判斷出來，但在紅外光譜下，寶石的真假非常清楚。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，紅外光譜技術(shù)在寶石檢測(cè)中的應(yīng)用價(jià)值越來越高，寶石檢測(cè)的精度、效率顯著提升。基于此，開展紅外光譜在寶石檢測(cè)中的應(yīng)用探討就顯得尤為必要。

1 紅外光譜寶石檢測(cè)原理

紅外光譜的特性，決定了在寶石檢測(cè)中，速度比較快，而且可實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)無法比擬的，對(duì)寶石造成的影響比較小。在保護(hù)檢測(cè)中應(yīng)用紅外光譜可完成以下幾項(xiàng)工作：1）可確認(rèn)寶石的鐘屬;2）可區(qū)分寶石的類型;3）可分析寶石中水分子的存在和類型，從而鑒別出人工合成的寶石;4）可有效鑒別出人工優(yōu)化及處理后的寶石。

紅外光譜檢測(cè)寶石的主要原理為：當(dāng)紅外輻射到寶石上時(shí)，會(huì)引起寶石分子振動(dòng)，躍遷形成紅外光譜，通過判斷紅外光譜中的官能團(tuán)，就可以獲知分子結(jié)構(gòu)。世界上幾乎不存在兩種物質(zhì)的紅外光譜全部相同，因此，在寶石檢測(cè)領(lǐng)域，將紅外光譜稱之為“指紋譜”。

2 紅外光譜檢測(cè)常用的方法

2.1 IR法

IR法也就是透射光譜法，當(dāng)紅外光穿透寶石之后，可獲知寶石內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)和信息。比如：在翡翠檢測(cè)中，透射光譜通過3200～2750cm-1波段，就可以獲知翡翠中，是否存在人工合成的痕跡，如：是否存在有機(jī)樹脂填充物，同時(shí)還能快速檢測(cè)出翡翠中是否存在染色劑，從而獲知翡翠的真假，也可以以此為據(jù)，區(qū)分翡翠等級(jí)。IR紅外光譜檢測(cè)技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)效率高等優(yōu)勢(shì)，通常應(yīng)用在紅寶石、藍(lán)寶石、鉆石等寶石檢測(cè)中。

2.2 ATR

ATR也就是衰減反射光譜法，對(duì)一些厚度比較大的寶石而言，僅憑透射紅光很難穿透，也就無法獲知寶石內(nèi)部的所有信息，難以采集到透射光譜。此時(shí)就可以此漫反射光譜復(fù)檢，提升紅外的穿透力度。在寶石檢測(cè)過程中，表明的紅外反射光譜可有效解決寶石厚度過大的問題。而且采用ATR檢測(cè)技術(shù)，不但可以準(zhǔn)確檢測(cè)出寶石的填充情況、改性情況，還能獲知完整的保護(hù)結(jié)構(gòu)信息，此項(xiàng)紅外光譜檢測(cè)技術(shù)多應(yīng)用在寶石真假檢測(cè)中。

2.3傅里葉近紅外光譜法

傅里葉近紅外光譜指的是波段在12500～4000cm-1之間的紅外光譜，此波段是中紅外光譜的倍頻和組合帶區(qū)，具有很強(qiáng)的穿透力，穿透厚度可達(dá)1mm以上。如果僅憑中紅外光譜，則其穿透力最大只能達(dá)到40μm左右。比如：以翡翠B貨而言，如果商家在翡翠B貨表明打了較厚的蠟，則中紅外光譜是很難穿透蠟層，也就無法獲知蠟層下方的情況，既有可能發(fā)生誤判。而傅里葉近紅外光線則可以深入寶石1mm以上，無論是樹脂，還是石蠟，如果涂抹的厚度超過1mm，則很容易識(shí)別出來，在傅里葉近紅外光譜下，翡翠B貨的全部信息都不會(huì)發(fā)生遺漏，保證檢測(cè)精度。因此，在寶石檢測(cè)中，可通過傅里葉近紅外光譜儀，觀察在7000cm-1波段范圍內(nèi)紅外光譜區(qū)域水的結(jié)構(gòu)形態(tài)來判斷寶石的真假。

3 紅外光譜在寶石檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1琥珀的真假檢測(cè)

在自然界中，難免會(huì)存在一些和琥珀相似的物質(zhì)，如塑料、硬樹脂等，僅憑肉眼很難判斷，但通過紅外光譜真假立判。比如：一些經(jīng)過特殊處理的塑料，在加入一些添加劑，就具有類似琥珀的特性，無論是化學(xué)性質(zhì)，還是物理性，通過簡(jiǎn)單的試驗(yàn)和肉眼無法準(zhǔn)確判斷。在紅外光譜下，即便塑料怎么處理，和真琥珀之間都存在較大差異，在具體檢測(cè)中，可采用紅外光譜對(duì)二者的真假進(jìn)行檢測(cè)。

硬樹脂雖然也屬于一種半化石樹脂，但存在的年代比較近，在一些化學(xué)方面和琥珀擁有類似的特性，硬樹脂的表明更加粗糙，并且在紅外光譜下，會(huì)發(fā)出刺眼的光芒，而真琥珀則不會(huì)有刺眼的光芒，這是判斷真琥珀和硬樹脂的主要依據(jù)之一。此外，二者的石化程度也不相同，通過判斷腐蝕程度，也可以判斷真假。

3.2寶石的真假檢測(cè)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，雖然方便了人們生活和生產(chǎn)，但一些不良商家，經(jīng)常利用科學(xué)技術(shù)造假，造假的產(chǎn)品和真正的寶石在性質(zhì)、外觀上幾乎沒有任何差別，使得寶石市場(chǎng)混亂不堪，假貨盛行。傳統(tǒng)的寶石檢測(cè)方法，很難判斷出寶石的真假。但應(yīng)用紅外光譜，則可以快速、高效、準(zhǔn)確的將寶石的真假判斷出來。比如：人工合成的立方氧化鋯和鉆石在檢測(cè)中，雖然人工合成的立方氧化鋯和真鉆石相比，特征、外觀都沒有太大差別，但通過紅外光譜反射的檢測(cè)結(jié)果，就可以快速識(shí)別出二者的區(qū)別。此外，紅外光譜技術(shù)也可以應(yīng)用在其他寶石真假檢測(cè)中，如紫晶和紫色方柱石等寶石檢測(cè)中。

3.3人工合成寶石和天然寶石檢測(cè)

天然寶石形成過程復(fù)雜，涉及到很多方面，因此，天然寶石的產(chǎn)量非常小，一些不法分子為獲得經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)常人工合成寶石。其和天然寶石在理化性能、外觀、特性等方面非常接近，僅憑常規(guī)的手段很難準(zhǔn)確檢測(cè)出，而利用紅外光譜就可以實(shí)現(xiàn)有效檢測(cè)。比如：僅從密度、折射率等方面來看，天然祖母綠和人工合成的祖母綠都非常相似，但通過紅外光譜技術(shù)，可精確檢測(cè)出樣品的強(qiáng)度、水分子伸縮振動(dòng)等性質(zhì)，通過分析監(jiān)測(cè)結(jié)果，就可以準(zhǔn)確獲二者真假區(qū)別。并且紅外光譜還不會(huì)破壞祖母綠。人工合成祖母綠的方法多為水熱法和助溶劑法，無論哪種方法，都離不開水。因此，檢測(cè)人員可借助紅外光譜技術(shù)對(duì) 樣品的結(jié)晶水吸收峰進(jìn)行檢測(cè)，就可以快速準(zhǔn)確獲知樣品的真假。此外，紅外光譜技術(shù)還可以寶石是否經(jīng)過人工處理、改善等進(jìn)行鑒別，比如：可檢測(cè)翡翠羥基吸收峰來確定翡翠是否經(jīng)過漂白、填充等處理，從而檢測(cè)出是天然翡翠還是人工出來過的翡翠。

【結(jié)束語】

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，探討了紅外光譜在寶石檢測(cè)中的應(yīng)用，探討結(jié)果表明，紅外光譜是一種全新的檢測(cè)技術(shù)，將其應(yīng)用到寶石檢測(cè)中，可快速、準(zhǔn)確、有效的獲知寶石組分、種類等，從而判斷出寶石的真假，及是否經(jīng)過人工處理和改善，而且不會(huì)對(duì)寶石造成任何破壞，是一種先進(jìn)的無損檢測(cè)技術(shù)，值得大范圍推廣應(yīng)用。