伴随着市场经济的快速发展,宝石学越来越受到关注和重视,其中宝石鉴定是该学科的重要研究内容。随着一些高新技术引入到宝石加工、优化、合成中,新的鉴定难题随之而来,传统的、常规的鉴定仪器和方法已经难以解决这些问题。近三十年来,国内通过引进现代仪器设备,如红外光谱仪、紫外可见分光光度计、X射线荧光分析仪等,可以不破坏、便捷、有效地对珠宝玉石进行鉴别。红外光谱是物质定性的重要方法之一,它的解析能够提供许多关于珠宝玉石官能团的信息,有益于确定部分甚至全部分子的类型和结构。
1红外光谱技术的原理
红外光谱仪是当前国内外珠宝玉石检测实验室中普及度高、应用较广的一种定性精密仪器,它的分析时间短、特征性高,可以在不损坏宝石样品的前提下,为检测人员提供重要鉴定数据。
将一束不同波长的红外射线照射到宝石的分子上,某些特定波长的红外射线被吸收,从而生成这一特定分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱,据此可对分子进行结构分析和鉴定。通过观察宝石相应特征红外吸收光谱谱带的数目、强度和谱形等,来对宝石的红外吸收光谱进行定性表征,以获取相关宝石鉴定的重要参数。
用红外光谱检测宝石样品,目前主要以分析宝玉石官能团的各种信息来帮助确定部分或全部分子的结构与类型,但解谱分析必须有大量的红外光谱知识和丰富的经验储备,而且大多数化合物的红外光谱图是复杂的,也不能保证得到全部分子结构信息,因此还带有半经验性质。尽管如此,红外光谱还是提供官能团信息最方便快捷的方法,它极大地弥补了常规检测仪器的不足,并成为珠宝玉石的一种新鉴别手段,因其具有特征性高、分析时间短、需要的试样量少或不破坏试样、测定操作方便等优点,很多实验室逐渐弃用传统常规小仪器,把红外光谱仪作为常规型工具。
2红外光谱技术的应用
2.1区分天然与合成宝石
对于一些内部几乎无瑕疵,或含有的包裹体较难辨别的宝石,常规的宝石检测仪器往往不能准确鉴别。如鉴别天然与合成祖母绿。祖母绿的合成方法有助熔剂法、水热法,合成祖母绿的折射率、密度等物理特征与天然祖母绿很接近,利用红外光谱中水分子伸缩振动和合频振动峰位及强度不同的特征,能在很短的时间内提供快速、准确且无损的鉴别。天然祖母绿在3 400~3 800 cm-1有结晶水吸收峰,助熔剂祖母绿无水吸收峰,而水热法合成的祖母绿在4 357、4 052、3 490、2 995、2 830、2 745 cm-1有吸收峰,天然祖母绿在3 490、2 995、2 830、2 745 cm-1处吸收峰不存在,如图1所示。
图1 三种祖母绿的红外光谱图
2.2鉴别优化处理的宝玉石
对于用塑料和树脂等高分子材料浸染或充填的宝玉石材料,如翡翠、欧泊、绿松石、水晶等,用红外光谱可以进行准确、快捷、无损检测。B货翡翠的鉴别是红外光谱仪目前在宝石学领域中较常应用的一项鉴定内容,天然A货翡翠在2 600~3 200 cm-1区间透过率好,B货充填的环氧树脂属芳烃类有机物,因而在2 800~3 100 cm-1之间有一组特征吸收峰,通过检测这组吸收峰可将其与未经处理的A货翡翠区分开。
2.3区分相似品种的宝玉石和仿制品
一些相似的宝玉石品种的物理特性、光学性能相近,常常因外观造型的局限性,常规仪器较难检测区分,但是利用红外光谱仪却能轻易地进行区分,如钻石和仿制品合成立方氧化锆、紫晶和紫色方柱石、矽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等也能迅速地鉴别开来。
2.4类质同象宝玉石的研究
类质同象是指晶体结构中的某些离子、原子或分子的位置一部分被性质相近的其他离子、原子或分子所占有,但是晶体的结构类型、化学键类型等保持不变或基本不变,仅晶胞参数和折射率、密度等物理性质随置换数量的改变而作线性变化的现象。类质同象对于宝玉石具有重要的意义,如研究确定类质同象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,使用红外光谱仪可进一步来准确确定各系列的宝石种名称。
3结束语
红外光谱技术是研究宝玉石化学成分和分子结构的重要手段之一,主要用于研究分析宝玉石的化学成分,提供官能团信息,确定内部分子类型和结构,在准确、快速、不破坏样品的检测中优势明显、特征性强,具有重要的辅助和补充意义。当然,红外光谱技术在宝玉石中的应用研究还在不断的开发和完善,可以预期,红外光谱技术在未来将发挥越来越大的作用,进一步提高我国珠宝玉石的鉴定技术水平。
