使用背散射配置拉曼光谱快速鉴定蓝宝石表蒙子

■文/马文平 杨继胜 张大为

近些年来随着经济的发展，手表已不再用于简单的计时，部分手表已经成为高档装饰品。表蒙子的发展也 经历了普通玻璃、强化玻璃、树脂发展到今天的带金刚石镀层强化玻璃和蓝宝石等价格较为昂贵的材料。由于较高的光透过率，以及高达9的莫氏硬度，蓝宝石材料是理想的表蒙子材料。但由于其价格成本相对较高，市场上以普通玻璃或树脂表蒙子冒充蓝宝石表蒙子坑害消费者的事情时有发生。由于目前玻璃和树脂产品技术的发展，单纯从外观和经验判断已经不能够有效鉴别假冒蓝宝石表蒙子。常用的表征方法对样品要求严格，无法做到快速、无损的鉴定。因此，无损、准确、快速鉴定蓝宝石表蒙子显得十分迫切。本文提出一种使用背散射配置拉曼光谱无损、快速鉴定蓝宝石表蒙子的方法。

基本原理：当频率为v的单色光照射到样品上时，在散射光中，除很大一部分的频率仍为v外，还有一小部分的频率为v±△v的散射光。其中，频率没有变化的散射光被称为瑞利线，频率发生变化的散射光被称为拉曼线。

拉曼频移△v对应于物质的某个能级(振动、转动或电子能级)之间的差值，物质结构的任何微小变化都会非常敏感反映在拉曼光谱中，因此，拉曼频移提供了物质结构的相关信息。不同物质由于分子构成、结构不同，其拉曼频移不同即特征拉曼峰位置不同，据此可以对测试样品的组成成分和结构进行表征达到测定、鉴别的目的。

鉴别实验：实验样品为购自市场上的普通手表，表蒙子未经拆卸，直接用于拉曼光谱测试。测试仪器为Horiba Jobin Yvon HR800光谱仪，激发光源为532nm固态激光器，曝光时间为5s，采集的波数范围均为360-850cm-1，采集光路配置为背散射模式，试验结果如图1所示。

图1 蓝宝石表蒙子与普通玻璃表蒙子拉曼图谱

从图1中可以看出在波数范围为360-850cm-1蓝宝石表蒙子的拉曼光谱中可以明显辨识出378、418、432、645、750cm-15个光谱峰，其全部为蓝宝石的特征峰。蓝宝石归属3mm点群，其中具备拉曼活性的光学振动分别为Eg模和A1g模。我们观测到的378、432、750cm-1光谱峰归属Eg模，418与645cm-1光谱峰归属A1g模。对于玻璃表蒙子，由于玻璃为无定形态，拉曼光谱强度弱，在360-850cm-1波数范围内仅观察到中心位于556cm-1的半峰宽较大的光谱峰。因此，我们可以看出蓝宝石表蒙子与玻璃表蒙子的拉曼光谱有明显的可识别性，可以用来鉴定蓝宝石表蒙子的真伪。

结论：使用背散射配置对蓝宝石表蒙子和普通玻璃表蒙子进行了拉曼光谱采集。蓝宝石表蒙子与普通玻璃表蒙子的拉曼光谱具有明显的可识别性。在蓝宝石表蒙子的拉曼光谱中观察到分属Eg模和A1g模的5个蓝宝石特征峰，而在玻璃表蒙子的拉曼光谱中仅仅观察到一个中心位于556c m-1的光谱峰，二者光谱峰差异明显。同时由于拉曼光谱使用光子作为探针和功率密度较大的固体激光器作为激发光源，可以在对表蒙子无任何损伤前提下快速采集光谱。并且在背散射配置下，可在无需拆卸表蒙子情形下获取光谱。因此，背散射配置下的拉曼光谱方法是一种快速、无损的鉴定蓝宝石表蒙子的有效方法。