相衬显微镜在珠宝玉石充填处理鉴定中的应用

◎杨筱圻

（云南省分析测试中心 云南 昆明 650093）

目前在珠宝鉴定领域，鉴定师们每天都需要鉴定大量的宝玉石样品，在实际鉴定中，最常出现的优化处理手段就是充填处理。由于传统检测手段并不算快捷，因此需要一种简便、快速、精准的方法来鉴定经过充填处理的珠宝玉石。其中相衬显微镜能凸显不同材料的目视可见性差异，因此使用相衬显微镜鉴定充填处理珠宝玉石可作为一种新的技术手段以供选择。

一、相衬法基本原理

在显微观察中，如果散射光有半个波长的相位差异，则亮度和颜色的不同时样品可见。在普通光学显微镜结构的基础上，加入专用的物镜和光源相板，使直射光和散射光之间出现半个波长的相位差，则同样透明且折射率接近的物体会出现颜色和亮度的差异，更易于观察。此时，相位物体成为目视可见。本文使用江南永新BM2000型相衬显微镜，其光路图由图1所示。

二、样品与方法

（一）样品

从实验室日常检测的样品中取实验样品，第一组为3块翡翠成品挂件，分别编号为FC-1、FC-2、FC-3；第二组为1粒碧玺刻面裸石和2粒打孔隔片，分别编号为BX-1、BX-2、BX-3；第三组为3粒红宝石刻面裸石，分别编号为HB-1、HB-2、HB-3（如图2所示）。

图1 相衬显微镜光路图

（二）测试方法

第一步：三组研究样品分别使用江南永新BM2000型相衬显微镜进行观察并进行拍照。

第二步：使用Tensor 27型傅里叶变换红外光谱仪对三组样品依次进行透射法测试，以确认样品是否存在充填物以及定性了解充填物的量。测试条件：扫描时间为10s，分辨率为4cm-1，采集范围为400-4500cm-1，温度21℃，湿度16%。

第三步：使用EDX3000Plus型能量色散X荧光能谱仪测定红宝石组3粒样品表面化学成分，以便分析充填物类型。

三、测试结果与讨论

（一）翡翠样品

使用相衬显微镜下观察三块翡翠内部结构及特征并拍摄照片（见图3），在相衬显微镜下可以清晰看到FC-1翡翠样品具有天然翡翠才有的紧密相连的纤维交织结构，并且能清晰看到颗粒边界。FC-2和FC-3翡翠样品能清晰看到翡翠疏松的结构，呈团块状、丝缕状排布的充填物质分布于整个样品之中。

对三块翡翠样品进行透射红外光谱测试，结果见图4。FC-1仅有和蜡有关的2872cm-1、2930cm-1、2965cm-1处的吸收峰，证实FC-1为未经人工树脂充填处理的翡翠[1]。而FC-2和FC-3两个翡翠样品谱线相似，除了存在和蜡有关的2872 cm-1、2930 cm-1、2965cm-1处的吸收峰外，还存在与环氧树脂有关的3035 cm-1和3055 cm-1吸收峰，并在近红外区存在4062cm-1处的一组特征吸收峰。说明FC-2和FC-3都为经过漂白，充填处理的翡翠[2]，这与相衬显微镜观察结论吻合。

（二）碧玺样品

使用相衬显微镜对三粒碧玺进行观察并拍照如图5所示，可见BX-1碧玺样品在相衬显微镜下能清晰看到宝石内部裂隙内无充填物，并伴有牛顿环式薄膜干涉效应。显微镜下清晰看到BX-1的晶体通透干净，所以BX-1为未经充填处理的碧玺。而BX-2和BX-3碧玺样品内部可以清晰看到颜色和亮度差异明显的裂隙，说明裂隙内有透明树脂充填物的存在。在相衬显微镜视野下主晶结构如油脂一般浑浊，说明BX-2和BX-3样品内部布满人工树脂充填物。

图2 研究样品

图3 相衬显微镜下3块翡翠样品的显微照片

图4 三块翡翠样品的红外光谱图

对三粒碧玺样品进行透射红外光谱测试，见图6。由于市场上对碧玺进行充填所使用的物质几乎都是人工树脂，前人经过试验认证此类充填物为人工合成树脂和三乙醇胺的聚合物[2]。该类物质的红外透射谱线具2871cm-1、2925 cm-1、2965 cm-1、3026 cm-1、3060 cm-1的吸收[2]。图6所示BX-1的红外透射结果在2500-3200范围内有吸收，分别为2856cm-1、2921cm-1和3160cm-1，无人工树脂类特征吸收峰。BX-2样品的红外透射结果在2870cm-1、2926cm-1、2962cm-1和3060cm-1处有吸收，与人工树脂的特征吸收峰相吻合。通过红外光谱证实BX-2为经人工树脂充填的碧玺[2]。BX-3样品的红外透射结果在2712cm-1、2870cm-1、2926cm-1、2995cm-1和3060cm-1处有吸收，与人工树脂的特征吸收峰相吻合。通过红外光谱证实BX-3为经人工树脂充填的碧玺[2]。

（三）红宝石样品

使用相衬显微镜观察三粒红宝石样品并进行显微拍照如图7所示，在相衬显微镜下能够看到HB-1红宝石样品内部裂隙并且裂隙边缘清晰，裂隙内伴有牛顿环式薄膜干涉效应。认定HB-1为未经充填处理的红宝石。HB-2样品可见清晰的气泡，清晰看到裂隙内部颜色和亮度与主晶有所区别的充填物，能清晰观察到宝石内部有些白色丝缕状物质分布在宝石内部，这些物质颜色淡、亮度高并在视野中凸起。镜下能清晰看清这些充填物质的确切位置及排布走向，还能清晰观察到宝石内部具有油滴状边缘的充填物质，其亮度与主晶有明显区别。认定HB-2为经充填处理的红宝石。而HB-3样品内部无气泡，但能够清晰看到内部有一些灰蓝色充填物交错分布，认定HB-3为经充填处理的红宝石。

图5 相衬显微镜下三粒碧玺样品的显微照片

图6 三粒碧玺样品的红外光谱图

图7 相衬显微镜下三粒红宝石样品的显微照片

图8 三粒红宝石样品的红外光谱图

图9 三粒红宝石样品的X射线荧光能谱图

对三粒红宝石样品进行透射法红外光谱测试，结果见图8。三粒红宝石样品均有2860cm-1和2926cm-1处的吸收峰，HB-2红宝石样品还具有2600cm-1的宽吸收带，HB-3红宝石样品还具有2260cm-1的吸收和2600cm-1的宽吸收带。根据前人的研究2260cm-1和2600cm-1的吸收峰为Si-OH的振动峰[3]，此外HB-2的红外光谱与王新民和Pardieu等人研究的玻璃充填红宝石相一致[3][4]，HB-3的红外光谱存在与Si-OH振动有关的2600cm-1宽吸收带，这与王新民和Roman Serov等人研究的玻璃充填红宝石相一致[4][5]。由此可以得出HB-1为未经充填处理的红宝石，而HB-2和HB-3均为玻璃充填处理红宝石。

使用能量色散X荧光能谱仪对三粒红宝石样品进行测试，结果见图9所示，HB-1未检测出与充填物有关的杂质元素，因此HB-1是未经充填的红宝石。而HB-2和 HB-3检测出非常高强度的铅（Pb），天然红宝石内不存在如此高浓度的Pb，因此HB-2和 HB-3为经过铅玻璃充填的红宝石。经过两种现代珠宝检测手段，最后证实了相衬显微镜的结论是正确的。

四、探讨与结论

使用相衬显微镜鉴定翡翠充填时，可观察到镜下充填物呈团块状、丝缕状排布，并且相比较翡翠本身的颜色更为黯淡，有明显凸起。

一些单晶类宝石在国标中由于充填物的位置和数量问题会直接影响对宝石的定名。在相衬显微镜下，裂隙内部颜色和亮度的差异会非常明显，通过镜下观察能快速并准确观察到充填物的所在位置以及分布情况，能对宝石的充填程度进行等级划分。

对于玻璃充填的刚玉类宝石，通常将观察宝石内部是否有气泡或者闪光效应以及表面是否存在光泽与主体宝石有差异的区域作为鉴别特征[2]。而相衬显微镜能清晰观察到宝石内丝缕状的高亮度浅色充填物，这些物质在视野中凸起，并能清晰看清这些充填物质的确切位置及排布走向，在增加绿色滤光片后，观察到的现象将更为清晰。