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红外光谱技术在宝石学中的应用及前景-傅里叶红外光谱仪

宝石学是伴随着经济快速发展而诞生的一门新的交叉型学科,它涵括宝石矿床及成因、宝石鉴定、加工制造、合成及优化处理、市场及商贸等诸多方面.其中作为学科重要基础部分的宝石鉴定,要求对样品进行无损测试,而且力求快速、准确,以适应市场要求,为此,一些宝石鉴定机构及教育单位在使用常规宝石鉴定仪器的同时,引进了傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),它克服了常规宝石鉴定仪器的诸多方面的局限性,在宝石检测中具有不可替代的作用.
  目前,红外光谱仪在该领域的应用主要包括:(1)区分某些天然宝石及合成宝石,通过解析中红外区的透过或吸收特点,来区分天然及合成的对应产物.主要体现在区分天然祖母绿与合成(水热法及助熔剂法)祖母绿、天然欧泊与合成欧泊、天然水晶(包括无色、紫色、烟色)与同种颜色的合成水晶、天然钻石与合成钻石等方面.(2)鉴别某些优化处理的宝石,确定B货翡翠(强酸漂白再经树脂或塑料充填处理的翡翠)是红外光谱仪目前在宝石学领域中使用频度ZUI高的一个方面,因B货充填的环氧树脂属芳烃类碳氢化合物,因而在2800cm-1至3100cm-1之间有一组特征的吸收峰,通过检测这组吸收峰将其与未经处理的(上蜡除外)A货翡翠区分开,该仪器的使用为曾一度引起翡翠市场混乱的B货的鉴别提供了客观有效的诊断方法,避免了常规检测或经验性判定所产生的争议.同样地,对其他经过有机染料染色宝石、注油或注塑处理的宝石可提供有效鉴定依据.(3)区分一些相似的宝石种和外观相似的宝石仿制品,因一些相似的宝石品种所测定的物理光学参数重叠范围较大,有时因形状及琢型的局限性,常规仪器检测难以定论,而用红外光谱仪测试其结构的基频振动能区分它们,如紫色方柱石和紫晶、夕线石猫眼和柱晶石猫眼等,另外,对琥珀与硬树脂或塑料仿制品、欧泊与具变彩效应的塑料仿制品均能快速地区分开.总之,使用红外光谱仪不仅可以解决一些鉴定的难点和疑点问题,结合常规的测试手段,还可进一步提高结论的可靠性.
  尽管红外光谱仪引进宝石学领域仅几年时间,但随着红外技术的进步、学科的发展和实践技术的提高,其应用前景日益广阔,主要体现在4个方面:(1)深入开展宝石学研究,特别是对一些重要宝石如钻石、祖母绿、红蓝宝石研究亟待加强,如用红外光谱对钻石中氮、硼杂质的特征分析,不仅可以对钻石进行详细分类,而且通过氮的含量及聚集态的特点,结合地球物理资料,可揭示氮的转化过程、转化速率及影响因素,研究钻石的生长过程、热演化史、地幔保存时间等,从而获得有价值的上地幔信息及为合成钻石提供重要的理论基础;祖母绿中红外吸收谱的差异与其成矿条件相关,解析其红外谱的特点,有助于全面研究不同地区背景下的成矿条件,更好地为找矿服务;对不同方法辐照处理的红蓝宝石的谱学研究不仅能揭示其颜色改变的原因,而且也为鉴定提供重要的依据.(2)确定类质同像系列中宝石种的名称,典型的有石榴石类的铁铝-镁铝榴石系列、方柱石类的钠柱石-钙柱石系列、长石类的钠钙长石系列和钾钠长石系列,如何依据红外光谱的特征准确确定各系列的宝石种名称仍需做大量工作.(3)建立宝石红外吸收光谱图册及数据库系统,完善不同品种、品质宝石的谱学特征,为宝石教学、科研及检测服务.(4)跟踪国际上红外技术发展的先进水平,不断完善测试技术,如对颗粒样品微区测试、样品透明度、厚度、颜色及杂质影响、样品表面光洁度影响、扫描次数及测试条件的厘定、部分反射谱和透射谱的解释等仍存在许多值得探讨的问题.总之,上述诸方面深入细致工作,将为红外光谱技术在宝石学领域中拓展更广阔的应用空间.

傅里叶红外光谱仪

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