宝石分析与鉴定

有一些技术工具可以帮助打击造假者。拉曼光谱和相关技术是一种有效的无需样品制备、无破坏性地快速、轻松地鉴别许多天然石材和人造石材的技术。

出身背景

最常见的伪造和替代宝石包括钻石、翡翠、红宝石和翡翠等宝石，以及琥珀、珊瑚和珍珠等物质。然而，它们都具有独特的光谱特征，可以通过强大的光谱仪器和经验证的方法加以识别。

例如，拉曼光谱可以探索宝石的分子结构。拉曼光谱提供的光谱指纹包含与宝石化学结构有关的峰，以及使翡翠和红宝石等宝石具有独特颜色的微量矿物和包裹体（图1）。

图1：拉曼光谱是宝石分析的极好工具。在这张图中，强度已经改变，以便于比较光谱形状的差异。

由高功率短波长光源引起的发光提供了额外的信息，可用于鉴定和检测各种宝石处理。例如，天然和合成祖母绿具有相同的化学结构，因此具有相同的拉曼光谱。由于铬和钒离子杂质的存在，两者都呈现出深绿色，但其他金属杂质的浓度和存在的细微差异会影响铬光致发光带的强度和波长，从而使合成翡翠与天然翡翠区别开来。

有更多的。利用532纳米激发激光同时进行拉曼和光致发光测量，可以让宝石学家确定珊瑚和淡水珍珠是否被染色以增强其天然颜色，这人为地增加了它们的价值。

鉴定天然钻石

人工种植和人工处理的钻石通常作为天然钻石出售，制造和加工方法的改进使得认证更加困难。由Ocean Insight解决方案合作伙伴开发的系统亚博最新网站多少亚博提现能秒速到账^1.由我们的一个高灵敏度拉曼光谱仪能够同时测量拉曼信号和光致发光，提供天然钻石及其模拟物的综合分析。以下是两个示例：

• 天然钻石在1332厘米处有一个很强的拉曼峰^-1，而使用化学气相沉积（CVD）工艺生产的钻石没有这样的峰值——这一特性允许近即时认证。
  
  
• 不太理想的棕色和灰色钻石使用高压高温（HPHT）退火至接近无色处理方法。虽然HPHT处理过的钻石价格比正品钻石低65%，并且可以作为天然钻石出售，但它们缺少天然钻石拉曼/光致发光光谱中常见的几个光致发光峰（图2）。

图2：天然透明钻石显示530-600 nm的光致发光峰。HPHT处理去除了大部分这些峰，在一些样品中仅留下576 nm和637 nm处的氮空位峰。

锆石是另一种天然宝石，可以加热使其无色，更像钻石。（锆石不应与立方氧化锆混淆，立方氧化锆是一种廉价的合成宝石，作为钻石模拟物非常受欢迎。）锆石和钻石的拉曼分析可用于揭示各自的不同光谱特征（图3）。

图3：在比较钻石和锆石样品时，可以观察到明显的光谱差异。

鉴定琥珀标本

尽管琥珀在世界上的几个地区都有发现，但恰帕斯琥珀(Chiapas amber)因其透明和惊人的颜色而受到珍视，颜色从蜂蜜到绿色、蓝色、紫色和深红色都有。恰帕斯琥珀是以墨西哥琥珀的发现地命名的。比波罗的海和其他地区的琥珀更硬，恰帕斯琥珀是珠宝和雕刻的理想材料。这种树脂化石需要数百万年的时间才能形成，但有时也会用人造树脂和玻璃来模仿。

在2014年的一篇论文中，位于墨西哥莱昂的加拿大研究中心的研究人员将假琥珀与来自波罗的海和恰帕斯地区的标本进行了比较，观察了可调谐氩离子激光在457 nm、488 nm、514 nm和多线输出下激发的荧光^2..

荧光是用Ocean Insight检测到的亚博最新网站多少USB4000光谱仪波罗的海和恰帕斯琥珀与散射激光叠加，但假琥珀没有荧光（图4）。即使比较真实琥珀的荧光光谱，也可以看到恰帕斯琥珀在~525 nm处的发射峰与波罗的海琥珀在~535 nm处的发射峰略有偏移。研究人员发现，拉曼光谱也能区分真假琥珀，并能更清楚地识别来自不同地区的琥珀。

图4：与天然琥珀不同，假琥珀没有荧光反应。进一步的调查还揭示了恰帕斯和波罗的海琥珀样品的差异。

珍珠颜色的测定

人工养殖的淡水珍珠通过有机色素多烯获得天然颜色，多烯表现出增强的拉曼散射。染料可以用来生产彩色珍珠来模拟稀有的自然标本，单凭视觉识别就非常具有挑战性。

然而，光谱学讲述了一个不同的故事。

淡水养殖珍珠在其自然状态下有一个宽阔的、形状一致的发光峰，被文石(碳酸钙的一种形式)和多烯化合物引起的拉曼峰所中断(图5)。可以表现出各种发光曲线由于染色剂(图6)。虽然不能确定染色剂,photoluminescence-enhanced喇曼光谱学使它非常容易识别缺乏或染料的存在,从而验证养殖淡水珍珠的价值。

图5：天然淡水珍珠具有与碳酸盐矿物文石相关的特征拉曼峰。

图6：染色珍珠产生各种发光曲线。

识别染色珊瑚

珊瑚有各种各样的颜色，从浅粉色到深红色。虽然珊瑚可以通过在显微镜下观察用于运输营养物质的特征沟槽来明确识别，但传统的染色珊瑚测试要求用丙酮擦拭样本，这可能会损坏样本。

天然彩色珊瑚在特征光致发光背景上具有独特的拉曼峰。这些峰表明了碳酸钙的形式，以及聚乙炔和类胡萝卜素，它们使珊瑚具有如此美丽的颜色。当对染色珊瑚进行相同的测量时，可以看到更宽的光致发光曲线（图7）。该曲线以不同的波长为中心，没有拉曼峰。

图7:染色后的珊瑚显示出较宽的发光曲线，而与自然珊瑚相关的更明显的拉曼峰。

在人们意识到一些染色珊瑚是受保护的物种之前，从天然珊瑚中鉴别染色珊瑚似乎是一项深奥的工作，这些物种是非法捕捞的，并以合法贸易的方式进行欺诈性销售。

翡翠分类

翡翠的深绿色是由于铬（Cr）的存在³⁺)钒(V),³⁺)绿柱石晶体基质中的离子。天然祖母绿和人造祖母绿的化学结构相同，因此很难区分两者。虽然祖母绿没有显示出明显的拉曼峰，但它们确实显示出两个Cr³⁺光致发光带的确切位置受绿柱石结构中其他杂质（如镁、钛和锌）的影响。这使得合成翡翠与两种天然翡翠（片岩和非片岩）不同（图8）。

图8：光谱分析揭示了纯正祖母绿和人造祖母绿之间的细微差异。

合成祖母绿往往比天然祖母绿具有更高的铬离子浓度，从而产生更强的光致发光峰。即使天然祖母绿的颜色主要来自钒离子，铬离子浓度仍然高到足以显示出光致发光，这使得这是鉴定天然祖母绿的一种非常有效的方法。

将光谱技术应用于其他宝石

那些负责识别和鉴定宝石的人需要基于可靠科学的可靠设备。紧凑型光谱系统在许多层面上都很好地发挥了这一作用，因为仪器可以很容易地进行优化，以检测与天然宝石(图9)、合成材料和其他仿制品相关的光谱峰值和模式。

图9：“翡翠”一词描述了翡翠或软玉的矿物。拉曼光谱有助于揭示翡翠类型和产地的差异。

光谱学的力量超过了我们所有的感官，因为它分析了材料的本质。

亚博最新网站多少Ocean Insight模块化光谱系统提供了许多反欺诈的方法，无论是在实验室还是在现场，将仪器配置为研究的单一设置或集成到另一个设备的定制解决方案。

以PDF格式下载此应用说明的完整版本。