紅外光譜在寶石檢測中的應用探討

屈建海 宋楊 李洲

寶石是一種比較華麗的奢飾品，隨著人們生活水平的不斷提升，對寶石的關注度越來越高。寶石檢測是一項非常復雜的工作，涉及到的內容比較多，在眾多檢測技術中，紅外光譜無疑是最佳的檢測方法，具有操作簡單、檢測精度高等優勢，被廣泛應用在寶石檢測中?；诖?，本文結合理論實踐，在簡要闡述紅外光譜檢測原理的基礎上，分析了常用的檢測方法，并沖琥珀真假檢測、紅寶石真假檢測、自然寶石和人工合成寶石檢測三個方面，探討了紅外光譜在寶石檢測中的具體應用，希望對我國寶石檢測事業的發展有一定參考和借鑒。

在我國社會經濟飛速發展的背景下，人民生活水平不斷提升， 消費觀念發生了較大改變，人們對珠寶玉石的關注度越來越高。但一些不良商家，經常用人工合成的寶石來替代自然形成的寶石獲取利益。寶石真假很難用肉眼判斷出來，但在紅外光譜下，寶石的真假非常清楚。隨著科學技術的飛速發展，紅外光譜技術在寶石檢測中的應用價值越來越高，寶石檢測的精度、效率顯著提升?；诖?，開展紅外光譜在寶石檢測中的應用探討就顯得尤為必要。

1 紅外光譜寶石檢測原理

紅外光譜的特性，決定了在寶石檢測中，速度比較快，而且可實現無損檢測，這一點是傳統檢測技術無法比擬的，對寶石造成的影響比較小。在保護檢測中應用紅外光譜可完成以下幾項工作：1）可確認寶石的鐘屬;2）可區分寶石的類型;3）可分析寶石中水分子的存在和類型，從而鑒別出人工合成的寶石;4）可有效鑒別出人工優化及處理后的寶石。

紅外光譜檢測寶石的主要原理為：當紅外輻射到寶石上時，會引起寶石分子振動，躍遷形成紅外光譜，通過判斷紅外光譜中的官能團，就可以獲知分子結構。世界上幾乎不存在兩種物質的紅外光譜全部相同，因此，在寶石檢測領域，將紅外光譜稱之為“指紋譜”。

2 紅外光譜檢測常用的方法

2.1 IR法

IR法也就是透射光譜法，當紅外光穿透寶石之后，可獲知寶石內部結構相關數據和信息。比如：在翡翠檢測中，透射光譜通過3200～2750cm-1波段，就可以獲知翡翠中，是否存在人工合成的痕跡，如：是否存在有機樹脂填充物，同時還能快速檢測出翡翠中是否存在染色劑，從而獲知翡翠的真假，也可以以此為據，區分翡翠等級。IR紅外光譜檢測技術，具有操作簡單、檢測效率高等優勢，通常應用在紅寶石、藍寶石、鉆石等寶石檢測中。

2.2 ATR

ATR也就是衰減反射光譜法，對一些厚度比較大的寶石而言，僅憑透射紅光很難穿透，也就無法獲知寶石內部的所有信息，難以采集到透射光譜。此時就可以此漫反射光譜復檢，提升紅外的穿透力度。在寶石檢測過程中，表明的紅外反射光譜可有效解決寶石厚度過大的問題。而且采用ATR檢測技術，不但可以準確檢測出寶石的填充情況、改性情況，還能獲知完整的保護結構信息，此項紅外光譜檢測技術多應用在寶石真假檢測中。

2.3傅里葉近紅外光譜法

傅里葉近紅外光譜指的是波段在12500～4000cm-1之間的紅外光譜，此波段是中紅外光譜的倍頻和組合帶區，具有很強的穿透力，穿透厚度可達1mm以上。如果僅憑中紅外光譜，則其穿透力最大只能達到40μm左右。比如：以翡翠B貨而言，如果商家在翡翠B貨表明打了較厚的蠟，則中紅外光譜是很難穿透蠟層，也就無法獲知蠟層下方的情況，既有可能發生誤判。而傅里葉近紅外光線則可以深入寶石1mm以上，無論是樹脂，還是石蠟，如果涂抹的厚度超過1mm，則很容易識別出來，在傅里葉近紅外光譜下，翡翠B貨的全部信息都不會發生遺漏，保證檢測精度。因此，在寶石檢測中，可通過傅里葉近紅外光譜儀，觀察在7000cm-1波段范圍內紅外光譜區域水的結構形態來判斷寶石的真假。

3 紅外光譜在寶石檢測中的應用

3.1琥珀的真假檢測

在自然界中，難免會存在一些和琥珀相似的物質，如塑料、硬樹脂等，僅憑肉眼很難判斷，但通過紅外光譜真假立判。比如：一些經過特殊處理的塑料，在加入一些添加劑，就具有類似琥珀的特性，無論是化學性質，還是物理性，通過簡單的試驗和肉眼無法準確判斷。在紅外光譜下，即便塑料怎么處理，和真琥珀之間都存在較大差異，在具體檢測中，可采用紅外光譜對二者的真假進行檢測。

硬樹脂雖然也屬于一種半化石樹脂，但存在的年代比較近，在一些化學方面和琥珀擁有類似的特性，硬樹脂的表明更加粗糙，并且在紅外光譜下，會發出刺眼的光芒，而真琥珀則不會有刺眼的光芒，這是判斷真琥珀和硬樹脂的主要依據之一。此外，二者的石化程度也不相同，通過判斷腐蝕程度，也可以判斷真假。

3.2寶石的真假檢測

隨著科學技術的不斷發展，雖然方便了人們生活和生產，但一些不良商家，經常利用科學技術造假，造假的產品和真正的寶石在性質、外觀上幾乎沒有任何差別，使得寶石市場混亂不堪，假貨盛行。傳統的寶石檢測方法，很難判斷出寶石的真假。但應用紅外光譜，則可以快速、高效、準確的將寶石的真假判斷出來。比如：人工合成的立方氧化鋯和鉆石在檢測中，雖然人工合成的立方氧化鋯和真鉆石相比，特征、外觀都沒有太大差別，但通過紅外光譜反射的檢測結果，就可以快速識別出二者的區別。此外，紅外光譜技術也可以應用在其他寶石真假檢測中，如紫晶和紫色方柱石等寶石檢測中。

3.3人工合成寶石和天然寶石檢測

天然寶石形成過程復雜，涉及到很多方面，因此，天然寶石的產量非常小，一些不法分子為獲得經濟效益，經常人工合成寶石。其和天然寶石在理化性能、外觀、特性等方面非常接近，僅憑常規的手段很難準確檢測出，而利用紅外光譜就可以實現有效檢測。比如：僅從密度、折射率等方面來看，天然祖母綠和人工合成的祖母綠都非常相似，但通過紅外光譜技術，可精確檢測出樣品的強度、水分子伸縮振動等性質，通過分析監測結果，就可以準確獲二者真假區別。并且紅外光譜還不會破壞祖母綠。人工合成祖母綠的方法多為水熱法和助溶劑法，無論哪種方法，都離不開水。因此，檢測人員可借助紅外光譜技術對 樣品的結晶水吸收峰進行檢測，就可以快速準確獲知樣品的真假。此外，紅外光譜技術還可以寶石是否經過人工處理、改善等進行鑒別，比如：可檢測翡翠羥基吸收峰來確定翡翠是否經過漂白、填充等處理，從而檢測出是天然翡翠還是人工出來過的翡翠。

【結束語】

綜上所述，本文結合理論實踐，探討了紅外光譜在寶石檢測中的應用，探討結果表明，紅外光譜是一種全新的檢測技術，將其應用到寶石檢測中，可快速、準確、有效的獲知寶石組分、種類等，從而判斷出寶石的真假，及是否經過人工處理和改善，而且不會對寶石造成任何破壞，是一種先進的無損檢測技術，值得大范圍推廣應用。