多功能光譜儀測量光致發(fā)光光譜在彩色寶石鑒定的應(yīng)用探析

摘 要：有色寶石的光譜特征通?？梢杂霉庵掳l(fā)光測量方法獲得，由于每種寶石的光致發(fā)光光譜特征的具有唯一性，因此根據(jù)這些特殊的光致發(fā)光光譜鑒定彩色寶石的真?zhèn)?。多功能光譜儀可以放大法光致發(fā)光測量的結(jié)果，因此可以非常敏感的捕捉到彩色寶石的光致發(fā)光特征，因此可以準確快速的鑒別到彩色寶石，例如祖母綠、紅寶石等。

關(guān)鍵詞：光致發(fā)光；彩色寶石；光譜儀；祖母綠；紅寶石

寶石的光致發(fā)光強度一般情況下比較微弱，因此在測量和觀察上都較為困難。直到20世紀末，由于科技的快速發(fā)展，光致光譜的研究也取得了突破性的進展，因此使得使用光致光譜方法進行彩色寶石的鑒定成為可能。多功能光譜儀可以測量彩色寶石的光致發(fā)光光譜，并且可以在室溫下分辨和鑒定彩色寶石。

1多功能光譜儀

多功能光譜儀由一個測量積分球和一個樣品積分球組成。在樣品積分球上有一個激光二極管，并以此為彩色寶石的激發(fā)光源。由于彩色寶石的光致發(fā)光強度較弱，通常不能直接測量的到，因為在儀器中設(shè)置了高達1000倍光譜的放大裝置。但是微弱的光譜單單經(jīng)過放大并不能精準的捕捉到原有的光譜，還需要對放大的光譜進行去噪過濾，最后得到可以利用的清晰光譜。由于傳統(tǒng)的光致發(fā)光光譜儀沒有測量光譜的功率分布，因此很難得到聲子側(cè)帶和高階聲子峰，而多功能光譜儀則克服了這一缺點。

目前鑒定鉆石的唯一準確的方式是判斷N3色心的聲子光譜，通常情況下，由于鉆石聲子的獨特性質(zhì)，其吸收的光譜和輻射的光譜以零聲子線對稱，測量儀需要測得礦石的N3色心的零聲子線，之后才能判定寶石的光譜特征（零聲子帶、高階聲子峰和側(cè)帶），而在室溫下，色心的零聲子線一般不易測得，但多功能光譜儀可以通過測量聲子的光致光譜功率分布，得到聲子的側(cè)帶，因而多功能光譜儀即使無法測量色心的零聲子線，也可以通過色心的側(cè)帶鑒定寶石，因此可以在室溫下進行寶石的鑒定。

2彩色寶石的鑒定

近年來興起的光致發(fā)光譜是進行彩色寶石鑒定的快速有效的方法。雖然目前利用光致發(fā)光譜進行彩色寶石的鑒定還處于起步階段，但是在技術(shù)的不斷發(fā)展下，這種鑒定方式會越來越成熟。下面來介紹幾個利用多功能光譜儀進行彩色寶石的例子，和鑒定原理。

2.1鑒定祖母綠

祖母綠在直觀上顯示的是綠色，這種綠色通常是由于祖母綠中含有微量的鉻。天然祖母綠中除了含有微量元素鉻以外，還含有鐵元素，由于鐵元素的原因，使得鉻在發(fā)生光致發(fā)光的電子能級躍遷時，首先電子經(jīng)過鐵原子的中間能級后，才躍遷到了鉻原子的基態(tài)能級上，因而造成了兩段能級的躍遷，即輻射了兩段不同波長的紅外光，由此原有的一次能級躍遷產(chǎn)生的可見光致發(fā)光現(xiàn)象變成了兩次能級躍遷產(chǎn)生的不可見光致發(fā)光現(xiàn)象，因此，一般情況下，天然祖母綠沒有光致發(fā)光現(xiàn)象。

對于人工合成的祖母綠，由于添加的微量元素可以經(jīng)過人為的控制，一般人們?yōu)榱俗非笞婺妇G的色澤而控制鐵元素的含量，因而人工合成的祖母綠由于沒有受到鐵元素的影響而產(chǎn)生了微量的光致發(fā)光效應(yīng)。分辨祖母綠是否為人工合成可通過有無光致發(fā)光效應(yīng)來判斷。

2.2鑒定紅寶石和紅尖晶石

從直觀上來看，紅寶石和紅尖晶石在的則上并無差距，在傳統(tǒng)的寶石學(xué)光學(xué)譜鏡下，他們的光譜差異也不明顯。另外它們也不同于祖母綠，紅寶石和紅尖晶石有光致發(fā)光效應(yīng)，但是它們的光致發(fā)光光譜差異明顯。從多功能光譜儀上分析得到的光致光譜，紅寶石光譜具有多個峰值，但是尖晶石的光譜只有一個明顯的峰值，因此，通過多功能光譜儀可以很容易的辨別紅寶石和尖晶石。

2.3鑒定B類翡翠

一般來說，物體普遍的具有光致發(fā)光特性，先不論不同的物質(zhì)的光致發(fā)光光譜，就是同一種物質(zhì)也可能由于微量元素的不均勻甚至是晶格的缺陷導(dǎo)致光致光譜有所差異。天然翡翠類似于天然祖母綠，不具備光致發(fā)光特性，但是含有高聚化合物的B類翡翠具有很清晰的光致發(fā)光光譜特性。因此，在鑒定翡翠時，可以使用多功能光譜儀測量該礦石的光致發(fā)光光譜，并證明此類翡翠中含有高聚化合物填充，則這類翡翠屬于B類。

應(yīng)用多功能光譜儀鑒定，相比使用傅里葉變換紅外光譜儀的鑒定方式，這種方式的鑒定準確率和鑒定速度都要優(yōu)秀的多。另外，多功能光譜儀可以測量翡翠的可見光譜，天然翡翠和人造翡翠相比，在其可見光譜中有致色元素鉻的光譜吸收線，如果該翡翠無微量元素產(chǎn)生的光譜吸收線，那么此類翡的色澤翠即為染色所致，為C類。

3結(jié)論

過去由于技術(shù)原因，光致發(fā)光光譜的測量非常有局限性，但是隨著多功能光譜儀的開發(fā)，可以對礦物在室溫下進行光致發(fā)光光譜的檢測，快速鑒定鉆石和彩色寶石的真?zhèn)?。在鉆石的檢測上采用N3色心的光致發(fā)光光譜來評判；在B類翡翠上，根據(jù)高聚化合物的光致發(fā)光現(xiàn)象鑒別。光致發(fā)光光譜為寶石學(xué)的鑒定和研究提供了一個十分新穎和有效的思路。

參考文獻：

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[2]耿蕊，張玉江，陳青山.紅外PbX量子點光致發(fā)光特性研究[J].紅外技術(shù)，2017，39（2）：125-129.

作者簡介：

米雨田（1988.11—），男，漢，陜西西安，碩士，無，礦物類。