X荧光光谱仪在珠宝玉石检测中的应用

孟庆夷

大连市产品质量检测研究院

X荧光光谱仪在珠宝玉石检测中的应用

孟庆夷

大连市产品质量检测研究院

随着经济水平的不断发展，市场上的珠宝玉石品种和样式越来越多。宝石的优化处理、合成技术的进步，使得宝石的鉴定难度也越来越大，传统常规的鉴定工具已难以解决问题。因为有些不同种类的宝石其光学性质和物理性质非常相似，通过测定宝石的光学性质及其他物理性质来进行辨别并不非常准确。为了攻破这些鉴定难题，一些现代化的先进检测技术被引入到珠宝鉴定领域来，X射线荧光光谱技术在宝石鉴定中的应用随之产生，这大大丰富了珠宝玉石的检测方法，也提高了我国珠宝玉石鉴定的技术水平。

红外光谱技术；珠宝玉石；鉴定

X射线荧光光谱技术目前广泛应用于对样品的主要成分进行无损定量和定性分析，多用于贵金属饰品的检测，但随着X射线荧光技术的不断发展，其在珠宝玉石检测领域作为辅助手段，发挥着越来越重要的作用。

1 原理与思路

X射线是一种电磁辐射，其波长介于紫外线和射线之间。它的波长没有一个严格的界限，一般来说是指波长为的电磁辐射。当能量高于原子内层电子结合能的高能射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。这个过程称为驰豫过程。当较外层的电子跃迁到空穴时，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。此时我们用能量或波长探测器接受物质的X荧光，即可得知物质的组成元素，若能量可计数，我们更可以对其相对定量。

2 X射线荧光光谱技术的应用

2.1 相似宝玉石的鉴别

鉴于X射线荧光光谱技术在贵金属饰品无损检测方面的高效性，采用该技术对珠宝玉石的元素组成进行鉴定，对于辅助判断分析是行之有效的。当前，宝石原料种类达到两百多种，甚中存在很多性质相似的种类，应用传统的检测工具要严格区分存在一定的困难。如区分无色水晶和无色长石时，两个品种都是无色透明的，并且存在相似的折射率值和密度。应用X射线荧光技术进行分析可以发现，水晶的主要成分为二氧化硅，在X射线荧光光谱中表现为硅元素；长石的主要成分为钠、钙、钾和铝硅酸盐等，在X射线荧光光谱中表现为钙、钾、硅元素，则根据X射线荧光光谱图，能实现对二者的轻松区分。同样，采用该技术可以鉴别紫晶和紫色方柱石、矽线石猫眼和辉石猫眼等一些类型相似的宝石。

2.2 优化处理宝玉石的鉴别

X射线荧光光谱技术也能分析优化处理后的宝石，检测分析天然宝石和人工合成品、仿制品。如红宝石制作过程中有一种铅玻璃充填的处理方法，通过铅元素的加入量来改变玻璃的折射率，使其折射率提高，从而达到与红宝石相似的折射率。一般通过放大观察红宝石的表面很难观察到裂隙的存在，通过X射线荧光光谱仪可以发现，红宝石只含有铁、铬等元素的峰，若经过充填处理的红宝石则有很明显的铅元素峰出现，从而鉴别出是天然的还是充填处理过的红宝石。同样，利用X射线荧光光谱仪可以辅助分析、鉴别合成祖母绿、合成翡翠以及一些珊瑚、珍珠等。

2.3 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 HXRFS的辐射比较

随着时间的推移，人们逐渐淡忘了美国三里岛、前苏联切尔诺贝利核事故。然而2011年的日本福岛核事故，让人们再次绷紧了核辐射这根弦。2016年在美国华盛顿举行的第四届核安全峰会引起广泛关注。其实，人类赖以生存的自然环境中，辐射无处不在，有的来自宇宙射线、有的来自地球的天然放射性物质等。这些自然界中原本就存在的辐射，称之为“天然辐射”或“本底辐射”，全球本底辐射平均为2.4mSv/a，少数地区高达13mSv/a，但看不见、摸不着，也感受不到，因此，人们并未在意。辐射与人们的日常生活也日益密切，如食物辐照、安全检查、诊断检查等。尽管CT检查时X射线直接照射人体，一次胸部CT的辐射剂量约为5～8mSv，腰椎间盘CT轴位扫描每个系列的容积剂量指数（CTDIvol）约为23.8mGy，但这不仅没有引发人们的担忧或恐惧，反而乐于接受它。CT与HXRFS的X射线管的典型工作参数分别为120kV、180mA和40kV、10A，根据关系式，靶材相同时，CT的X射线总强度是HXRFS的162000倍，且短波限更小，因此，HXRFS的生物效应远远低于CT。实践中，HXRFS检测金属材料时，对人体产生的额外年累积有效辐射剂量低于本底辐射，其X射线管和正常运行操作均符合国家标准规定的豁免要求，但还是要认真对待这个辐射危险足够低的辐射源，仍需科学组织、实施检测，使操作者受照剂量保持在“可合理达到的尽量低水平”，同时尽量缩短连续作业时间，以利于人体自我修复，将辐射危害减至最小。当然，操作者也可以佩带个人剂量计，监测使用过程中实际的受照剂量。

X射线荧光光谱技术在宝石检测中的应用还在不断发展、完善，未来该检测技术将能更好地解决宝石检测中的难点和疑点问题，使宝石鉴定更准确、高效、快捷。

[1]罗旭峰.利用X荧光能谱仪对珠宝玉石进行辅助鉴定的方法研究[J].福建分析测试，2008（3）.

[2]李鹏.X射线荧光光谱技术在珠宝玉石鉴定中的应用[J].商情（财经研究），2008（4）.

[3]刘世敏.现代测试技术在宝玉石检测中的应用现状及前景[J].岩矿测试，2006（1）.