紅外光譜技術在寶石學中的應用及前景-傅里葉紅外光譜儀

寶石學是伴隨著經濟快速發展而誕生的一門新的交叉型學科，它涵括寶石礦床及成因、寶石鑒定、加工制造、合成及優化處理、市場及商貿等諸多方面.其中作為學科重要基礎部分的寶石鑒定，要求對樣品進行無損測試，而且力求快速、準確，以適應市場要求，為此，一些寶石鑒定機構及教育單位在使用常規寶石鑒定儀器的同時，引進了傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)，它克服了常規寶石鑒定儀器的諸多方面的局限性，在寶石檢測中具有不可替代的作用.
　　目前，紅外光譜儀在該領域的應用主要包括：(1)區分某些天然寶石及合成寶石，通過解析中紅外區的透過或吸收特點，來區分天然及合成的對應產物.主要體現在區分天然祖母綠與合成(水熱法及助熔劑法)祖母綠、天然歐泊與合成歐泊、天然水晶(包括無色、紫色、煙色)與同種顏色的合成水晶、天然鉆石與合成鉆石等方面.(2)鑒別某些優化處理的寶石，確定B貨翡翠(強酸漂白再經樹脂或塑料充填處理的翡翠)是紅外光譜儀目前在寶石學領域中使用頻度ZUI高的一個方面，因B貨充填的環氧樹脂屬芳烴類碳氫化合物，因而在2800cm-1至3100cm-1之間有一組特征的吸收峰，通過檢測這組吸收峰將其與未經處理的(上蠟除外)A貨翡翠區分開，該儀器的使用為曾一度引起翡翠市場混亂的B貨的鑒別提供了客觀有效的診斷方法，避免了常規檢測或經驗性判定所產生的爭議.同樣地，對其他經過有機染料染色寶石、注油或注塑處理的寶石可提供有效鑒定依據.(3)區分一些相似的寶石種和外觀相似的寶石仿制品，因一些相似的寶石品種所測定的物理光學參數重疊范圍較大，有時因形狀及琢型的局限性，常規儀器檢測難以定論，而用紅外光譜儀測試其結構的基頻振動能區分它們，如紫色方柱石和紫晶、夕線石貓眼和柱晶石貓眼等，另外，對琥珀與硬樹脂或塑料仿制品、歐泊與具變彩效應的塑料仿制品均能快速地區分開.總之，使用紅外光譜儀不僅可以解決一些鑒定的難點和疑點問題，結合常規的測試手段，還可進一步提高結論的可靠性.
　　盡管紅外光譜儀引進寶石學領域僅幾年時間，但隨著紅外技術的進步、學科的發展和實踐技術的提高，其應用前景日益廣闊，主要體現在4個方面：(1)深入開展寶石學研究，特別是對一些重要寶石如鉆石、祖母綠、紅藍寶石研究亟待加強，如用紅外光譜對鉆石中氮、硼雜質的特征分析，不僅可以對鉆石進行詳細分類，而且通過氮的含量及聚集態的特點，結合地球物理資料，可揭示氮的轉化過程、轉化速率及影響因素，研究鉆石的生長過程、熱演化史、地幔保存時間等，從而獲得有價值的上地幔信息及為合成鉆石提供重要的理論基礎；祖母綠中紅外吸收譜的差異與其成礦條件相關，解析其紅外譜的特點，有助于全面研究不同地區背景下的成礦條件，更好地為找礦服務；對不同方法輻照處理的紅藍寶石的譜學研究不僅能揭示其顏色改變的原因，而且也為鑒定提供重要的依據.(2)確定類質同像系列中寶石種的名稱，典型的有石榴石類的鐵鋁-鎂鋁榴石系列、方柱石類的鈉柱石-鈣柱石系列、長石類的鈉鈣長石系列和鉀鈉長石系列，如何依據紅外光譜的特征準確確定各系列的寶石種名稱仍需做大量工作.(3)建立寶石紅外吸收光譜圖冊及數據庫系統，完善不同品種、品質寶石的譜學特征，為寶石教學、科研及檢測服務.(4)跟蹤上紅外技術發展的水平，不斷完善測試技術，如對顆粒樣品微區測試、樣品透明度、厚度、顏色及雜質影響、樣品表面光潔度影響、掃描次數及測試條件的厘定、部分反射譜和透射譜的解釋等仍存在許多值得探討的問題.總之，上述諸方面深入細致工作，將為紅外光譜技術在寶石學領域中拓展更廣闊的應用空間.

傅里葉紅外光譜儀