多功能光譜儀測量光致發光光譜在彩色寶石鑒定的應用探析

摘 要：有色寶石的光譜特征通常可以用光致發光測量方法獲得，由于每種寶石的光致發光光譜特征的具有唯一性，因此根據這些特殊的光致發光光譜鑒定彩色寶石的真偽。多功能光譜儀可以放大法光致發光測量的結果，因此可以非常敏感的捕捉到彩色寶石的光致發光特征，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。

關鍵詞：光致發光；彩色寶石；光譜儀；祖母綠；紅寶石

寶石的光致發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光源。由于彩色寶石的光致發光強度較弱，通常不能直接測量的到，因為在儀器中設置了高達1000倍光譜的放大裝置。但是微弱的光譜單單經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。由于傳統的光致發光光譜儀沒有測量光譜的功率分布，因此很難得到聲子側帶和高階聲子峰，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，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光譜進行彩色寶石的鑒定還處于起步階段，但是在技術的不斷發展下，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，使得鉻在發生光致發光的電子能級躍遷時，首先電子經過鐵原子的中間能級后，才躍遷到了鉻原子的基態能級上，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生的可見光致發光現象變成了兩次能級躍遷產生的不可見光致發光現象，因此，一般情況下，天然祖母綠沒有光致發光現象。

對于人工合成的祖母綠，由于添加的微量元素可以經過人為的控制，一般人們為了追求祖母綠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生了微量的光致發光效應。分辨祖母綠是否為人工合成可通過有無光致發光效應來判斷。

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，在傳統的寶石學光學譜鏡下，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光效應，但是它們的光致發光光譜差異明顯。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光特性，先不論不同的物質的光致發光光譜，就是同一種物質也可能由于微量元素的不均勻甚至是晶格的缺陷導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結論

過去由于技術原因，光致發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，可以對礦物在室溫下進行光致發光光譜的檢測，快速鑒定鉆石和彩色寶石的真偽。在鉆石的檢測上采用N3色心的光致發光光譜來評判；在B類翡翠上，根據高聚化合物的光致發光現象鑒別。光致發光光譜為寶石學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量子點光致發光特性研究[J].紅外技術，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。