珠宝玉石鉴定中红外光谱技术应用的探讨

珠宝玉石鉴定中红外光谱技术应用的探讨

陈立铸黄旺森

温州市质量技术检测科学研究院浙江温州325000

摘要：作为一种珍贵的宝石，在市场上存在一些问题，如难以辨别真伪和品种。首饰玉石品种的准确鉴定对于消费者购买首饰和首饰行业的发展具有重要意义。基于紫外可见近红外光谱仪的珠宝玉石品种鉴定技术可实现非接触式、快速和准确的手段来鉴定不同珠宝玉石品种，解决了传统鉴定方法中可能存在主观性和人为误差等问题。本文以紫外可见近红外光谱仪的珠宝玉石品种识别与鉴别技术为切入点，详细分析了该技术原理及其在珠宝行业中的应用。通过预处理、光谱测试、数据处理与特征提取等步骤，可以实现对未知珠宝玉石样品进行真伪判断和品种识别。该方法具有高效准确的优势，并且可以帮助消费者做出明智的购买决策。

关键词：珠宝玉石鉴定；红外光谱技术；应用分析

引言

紫外-可见近红外光谱学是测量物质在紫外、可见光和近红外波段的吸收、反射或透射光谱特性的一种先进技术。通过分析样品与不同波长光的相互作用，可以得到物质的结构信息、化学成分以及其他相关性质。基于这一技术，发展出了基于紫外可见近红外光纤光谱仪的珠宝玉石品种识别与鉴别技术。该技术利用珠宝玉石样品在紫外可见近红外波段的吸收、反射或透射光谱特征，建立起一个包含多个品种特征的指纹库，并通过比对匹配来确定未知珠宝玉石所属品种。

1红外光谱测定原理

红外光谱是由分子的振动、转动能级跃迁形成的光谱。当一束具有连续波长的红外光照射一物质时，该物质的分子就要吸收一部分能量并转变为分子的振动与转动内能，因此将透过物质的光进行色散就可以得到红外谱带，以波长或者波数为横坐标，以透过率或吸光度为纵坐标，就可得到该物质的红外吸收光谱图。珠宝玉石在鉴定过程中会发生诸多化学反应，这会导致某些化合物的生成或含量变化，而不同的分子具有不同的振动与转动内能，故而红外光谱的吸收峰位置与峰高也有所不同，由此可以判断物质的存在与含量。采用红外光谱对珠宝玉石性能指标进行定量分析时，由于在珠宝玉石分子中，组分间光谱带重叠严重，因此，需要采用数据处理技术才能得到准确的结果。因此，采用红外光谱法结合化学计量学方法建立模型来对待测物进行定量分析。

2测试方法

（1）常规宝石学测试采用10倍放大镜、折射仪、分析天平对其结构、构造、折射率、相对密度进行了测试，测试在河北地质大学珠宝测试中心完成。1.（2）偏光显微镜观察将样品切磨成厚度0.03mm标准薄片，在偏光显微镜下对其矿物组成和结构进行了观察。偏光显微镜型号为LEICADM4P，镜下观察与拍照在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成。（3）红外光谱分析采用赛默飞NicoletIS5傅里叶变换红外光谱仪，反射法进行测试。测试范围400～4000cm－1，扫描次数32次，分辨率4cm－1，测试在河北地质大学珠宝测试中心完成。（4）拉曼光谱分析采用英国雷尼绍InVia型显微共聚焦激光拉曼光谱仪，激光波长532nm，测试范围100～4000cm－1，曝光时间10s，叠加3次，测试在河北地质大学珠宝测试中心完成。（5）紫外可见光谱分析测试前对测试面进行抛光，实验采用国产标旗GEM－3000珠宝检测仪完成，测试方法采用反射法，测试波段400～800nm，积分时间148ms，测试在河北地质大学珠宝测试中心完成。（6）X射线粉晶衍射分析测试前将样品进行粉碎，并使用玛瑙研钵研磨至200目。采用BＲUKEＲD8ADEVANCE型X射线粉晶衍射仪，Cu靶，工作电压40kV，电流40mA，测试范围5°～90°，步长0.02°，扫描速度30°/min，测试在长安大学无机非金属实验室完成。（7）电子探针分析采用日本电子JXA－8230型电子探针，加速电压15kV，束流20μA，最小束斑直径1μm，测试在河北地质大学地质测试中心电子探针实验室完成[1]。

3珠宝玉石鉴定中红外光谱技术应用

3.1组成、成分及结构特征

首先，采用偏光显微镜对玉石样品薄片进行了镜下观察，重点对其矿物组成、结构进行了研究。观察发现玉石的主要矿物为蛇纹石，单偏光下蛇纹石为淡黄色或无色，正交偏光下呈现蓝灰色或灰白色，干涉色为一级灰至一级黄，部分蛇纹石因颗粒粗大而产生异常干涉色，平行消光，含量可达90%以上。除蛇纹石外其他矿物主要为方解石，呈脉状穿插于蛇纹石中，单偏光下呈淡黄色或无色，正交偏光下干涉高级白，可见两组解理，含量1%～5%。玉石中蛇纹石主要呈纤维状，边缘清晰，纤维之间相互交织，少数呈鳞片状，反映出该玉石整体呈纤维状变晶结构，局部呈鳞片状变晶结构的特点。

3.2品种鉴定

珠宝玉石具有丰富多样的品种和颜色。为了准确鉴定珠宝玉石的品种，可以使用基于紫外可见近红外光谱仪进行分析。光谱仪可以测量材料对不同波长光线的吸收、散射或发射情况。每个物质都有其特定的吸收和反射特性，这些特性在光谱图上呈现出明显的峰值和波段。在珠宝玉石鉴定中，可以通过测量样品在紫外、可见和近红外三个区域内的光谱来获取关键信息

[2]。

3.3天然与合成的宝石鉴定

在日常检测中，常见的合成宝石包括合成立方氧化锆、合成水晶、合成红蓝宝石、合成碳硅石、塑料、玻璃、合成钻石、合成祖母绿、合成尖晶石和合成欧泊等。对于这些样品，有的根据吸收光谱的不同，可以直接判断天然与合成。还有一部分样品可能需要结合其他检测方法进一步进行鉴定。不同种类的样品可以采用不同的测试方法来进行鉴定。

3.4天然与处理宝石的鉴定

在宝石鉴定之前，需要准备待测宝石的样品和相应的参考标准。参考标准可能包括具有已知真实属性和处理状态(如优化处理)的天然宝石。接下来，待测宝石被放入光谱仪中，并选择适当的波长范围进行扫描。通常，在紫外、可见和近红外三个区域内进行扫描会提供更全面和详细的数据。完成扫描后，从光谱仪中获取到一个包含大量数据点（波长-吸收强度）的光谱图。这个光谱图可以用来分析宝石的特征。对于某些经过优化处理的宝石，如有机物充填的翡翠、祖母绿、绿松石、碧玺和海蓝宝石，以及铅玻璃充填的红宝石等，吸收光谱技术具有重要意义。通过紫外近红外光谱测试，我们可以区分翡翠与处理的翡翠等。此外，紫外近红外光谱检测技术还可以用于检测辐射处理过的某些宝石，如辐射处理的绿柱石。在鉴定过程中，我们可以比较待测试样品与参考标准之间在红外区域内吸收峰和形态上的差异。根据不同处理状态下产生的特定吸收峰和形态变化，可以初步判断宝石是否经过了优化处理。需要注意的是，在使用基于紫外可见近红外光谱仪进行天然与处理宝石鉴定时，应该确保所选取的参考标准是具有代表性且经过验证的。同时也要注意样品处理、测量条件等因素对结果产生的影响[3]。

结束语

综上所述，基于紫外可见近红外光谱的珠宝玉石品种鉴定鉴定技术，可以为解决珠宝玉石市场的真伪和品种鉴定难问题提供一种非接触、快速、准确的手段。该技术包括频谱测试、数据处理和特征提取等步骤，可以实现对未知珠宝玉石样品进行真伪判断和品种识别。这项技术具有高效准确的优势，并且可以帮助消费者做出明智的购买决策。在珠宝行业中，应进一步推广和应用该技术，以提升珠宝玉石市场的透明度和信任度，促进行业的健康发展。

参考文献：

[1]齐明,格桑卓嘎,方进林.关于珠宝玉石鉴定中的红外光谱技术应用[J].中国新技术新产品,2020,(02):13-14.

[2]周国香.红外光谱技术在珠宝玉石鉴定中的应用[J].科技资讯,2019,17(35):67+69.

[3]周国香.红外光谱技术在珠宝玉石鉴定中的应用[J].科技创新导报,2019,16(28):102+105.