珠宝玉石鉴定中红外光谱技术应用的探讨

王松杰

摘要：随着社会经济的发展，人民生活品质的提升，人民群众购买、佩戴珠宝玉石的需求越来越强烈，而随之产生的就是对珠宝玉石的真伪、优劣进行辨别的问题，急需解决老百姓想买又怕买到假货而不敢购买珠宝玉石的困扰。红外光谱技术就是在此背景下产生的，用于珠宝玉石鉴定的重要技术。红外光谱技术能够有效分辨珠宝玉石的种类，及鉴定珠宝玉石是否经过优化、处理等情况。因此文章主要对珠宝玉石鉴定中，红外光谱技术的应用进行了相关研究，希望能够为珠宝玉石鉴定人员提供一定的参考。

关键词：珠宝玉石;鉴定;红外光谱技术

科学技术发展的同时，造假技术也在“与时俱进”。因此宝石学较之从前受到的关注程度提高了很多，该学科的一个重要内容便是珠宝玉石的鉴定。当前越来越多的高新技术被应用于珠宝玉石的加工、优化以及合成中，使鉴定工作中出现了很多的难题，传统的鉴定技术、手段已经难以适应当前的发展要求。目前红外光谱技术、激光拉曼技术等的出现使得珠宝玉石鉴定工作得到了明显的提升，有着极为重要的意义。

一、红外光谱技术原理

当前国内外珠宝玉石鉴定和检测工作中对于红外光谱技术的应用相对比较广泛，应用该方法进行分析所需时间较短，特征性相对较高，能够在样品不受损的情况下使检测人员有据可循。利用该方法首先将一束波长不同的红外射线照射宝石分子，宝石分子会对一些特定波长的红外射线进行吸收，由此可以生成对于这些特定分子的红外吸收光谱。由于不同类别的分子在结构和成分组成方面，有一定的差异性，因此这些特定分子生成的红外吸收光谱也都是相对独立的，通过对这些光谱进行分析能够实现对特定分子结构的分析，以及分子组成的鉴别。

并且在对宝石相应特征红外吸收光谱的谱带数量，以及谱形和强度等信息进行观察的过程中，也可以对宝石的红外吸收光谱的表征做出定性，实现对相关宝石鉴定的重要参数进行获取。宝石样品的红外光谱检测以分析珠宝玉石官能团为主，并根据官能团所表现出的各类参数信息，实现珠宝玉石类型与结构的鉴定。然而，对于解谱分析工作而言，对分析人员提出了更为严格的要求，如解谱人员需要具备足够的工作经验以及丰富的红外光谱知识等。尽管解谱分析工作的难度较大，但是红外光谱官能团的分析仍然是最为快速、准确的珠宝玉石鉴定方式，可对常规检测中的弊端予以弥补，并且具有更高的分析效率，同时可以保证所鉴定珠宝玉石的完整度，操作简单便捷。所以红外光谱仪是目前实验室鉴定珠宝玉石最常用的实验设备。

二、珠宝玉石鉴定中应用红外光谱技术的优势

①此项技术可以对各种类型、结构的珠宝玉石进行研究分析。

②此项技术在几分钟内便能将珠宝玉石的含量、品种以及真伪鉴定出来，其仪器操作也很简便，其检测的灵敏度较高。

③此项技术在对样品真伪进行鉴定的时候，不会对其产生任何的损伤。

④在应用此项技术时，珠宝玉石随着种类的不同，其反射的红外光谱也不相同，从而通过与相应光谱的对比，有效鉴定样品真伪，其可信度极高。

三、不同红外光谱技术在宝石鉴定中的特点

（一）近红外光谱

它是介于可见光和中红外光之间的一种光波，它是人们发现的第一个非可见光区，在扫描珠宝玉石过程中，可以得到珠宝玉石的各种分子结构，所以鉴定起来比较方便，鉴定效率较高。而且这种技术准确率高、成本比较低，在鉴定过程中对珠宝玉石还起到一定的保护作用。

（二）中红外光谱

大多数的珠宝玉石中的无机物的基频振动出现在中红外光谱区，中红外光谱主要反映物质的指纹频率，中红外光谱与远红外光谱结合成为鉴定宝石种属的关键指纹区。

（三）远红外光谱

它是指物质在远离红外区的地方吸收到的光谱，这种光谱对珠宝玉石的分子结构具有吸附现象，所以可以很好的对其进行鉴定。但是这种远红外光谱吸收光的能力较弱，所以在鉴定珠宝玉石方面应用不是特别广泛。

四、常见的红外光谱技术

（一）直接投射法

投射技术主要是用来鉴定珠宝玉石中的组成元素及结构，自然界中天然形成的宝石都是由硅、磷酸钠等元素构成的，宝石的大小、切工的优劣、雕琢形态、透明度，是否进行了镶嵌等都可以影响投射技术。

此方法如今在应用中有两个很难被克服的难点，一个是由于珠宝玉石拥有较大硬度，折射的效果虽然良好，然而红外光谱仪很难顺利穿透，所以最终获得的光谱并不完整;另一个是天然的珠宝玉石与人工合成的珠宝玉石并不相同，这就会使得红外光谱会出现不同程度的散射，最终使得光谱信号较差。

（二）低温技术

此项技术能够在一定程度上提升分辨率，并且有效抑制珠宝玉石跃迁谱线热现象，但对操作环境及设备要求较高，一般很难达到。

（三）衰减全反射

相比于镜面反射，衰减全反射技术能够做到其无法做到一些工作。此项技术获得的透射谱相对较为完整，同时还可以对珠宝玉石种类及其内部有机物进行鉴定和测量。

（四）漫反射

镜面反射的原理是光投射到粗糙表面上向各个方向发生反射，在珠宝玉石上透射的光在透明区域，它是有一定频率的，但是频率的变化较慢，由于漫反射光与入射光的光强之比与折射率是函数关系，所以反射率也会发生变化，一般来说，透射吸收越强的频率位置附近，镜面反射率也就越大，漫反射技术主要用来研究珠宝玉石的种类以及频率特征，漫反射技术的特点是对有机化合物以及无机化合物都有很好的鉴定效果，这也是鉴定宝石的主要手段。

五、红外光谱技术在珠宝玉石鉴定中的应用

（一）天然与合成宝石的鉴定

由于珠宝玉石的产量较低，在一定程度上提升了其经济价值。珠宝玉石的销售价格提升，为珠宝玉石合成行业的存在提供了空间。此外，随着科学技术水平的不断提升，合成宝石与天然宝石的区分难度急剧增加，使得珠宝玉石的鉴别难以通过常规的鉴定方法来实现。随着红外光谱技术的不断完善，将其应用在珠寶玉石鉴定中由于有着良好的鉴定效果，所以其在现阶段鉴定珠宝玉石过程中有着广泛的应用。在对天然祖母绿与合成祖母绿鉴定过程中，由于其物理特性近乎一致，如折射率与密度等，所以常规鉴定手段无法对两者进行有效的鉴别。运用红外光谱技术可以准确地对祖母绿中的水分子伸缩振动与强度等方面进行分析，并根据分析结果准确地对天然与合成祖母绿进行鉴别，同时不会对祖母绿有任何程度的破坏。在合成祖母绿过程中，主要会应用到助溶剂法以及水热法。利用红外光谱技术，可对祖母绿中结晶水吸收峰进行鉴别，以此得到更为真实的鉴定结果。另外，以天然的祖母绿为例，通常其结晶水吸收峰介于3500cm-1～3700cm-1范围内，如果祖母绿由助溶剂法所合成，其结晶水吸收峰则不存在，所以这可作为区分祖母绿是天然还是人工合成的必要条件。在红外光谱技术的帮助下，对祖母绿的结晶水吸收峰加以检测，可以使鉴定准确率大幅度提升。另外，对于鉴别水热法以及助溶剂法合成的红宝石而言，红外光谱技术同样可以对其进行准确的鉴定。

（二）类质同象珠宝玉石的研究

類质同象珠宝玉石所指的是晶体结构之中的一些分子、原子以及离子位置在部分性质，与一些其他分子和原子以及离子等较为相似的珠宝玉石，晶胞参数和密度以及折射率等物理性质会在置换数量发生改变的情况下而出现一定的线性变化情况。对于珠宝玉石而言类质同象则具有较大的意义，例如在对类质同象系列中的宝石种类与名称进行确定的过程中，较为典型的是镁铝-铁铝榴石系列、长石类的钠钙长石系列以及方柱石类的钙柱石-钠柱石系列等。对各个不同序列的宝石种类名称进行确定的过程中，应用红外光谱技术可以使鉴别的准确性得到明显的提高。

（三）宝石及其仿制品的鉴定

除了对合成与天然珠宝玉石进行鉴定外，红外光谱技术同样可在珠宝玉石与仿制品之间的鉴定中予以应用。通常来讲，天然珠宝玉石与其仿制品在性质与外观中存在较多的相似，所以通过经验以及常规鉴定措施难以准确的进行分辨，需要在鉴别真伪过程中运用红外光谱技术。比如，在对钻石与合成立方氧化锆鉴定过程中，尽管合成立方氧化锆与钻石在外观与物理特性上的区别微乎其微，但是通过合理运用红外光谱技术，其可以对钻石与合成立方氧化锆进行红外反射，以此来对红外反射结果进行分析，最终实现钻石与合成立方氧化锆的准确鉴别。另外，在鉴别紫晶与紫色方柱石、琥珀与硬树脂仿制品时，同样可以通过运用红外光谱技术得到准确且有效的鉴定结果。

（四）鉴别优化处理的珠宝玉石

在对使用树脂等高分子材料浸染或者填充的宝玉石，进行鉴别的过程中，应用红外光谱法鉴别更加高效、准确，并且可以实现无损检测。应用该技术对一些B货翡翠的鉴别较为常见，在2600到3200cm-1这一区间天然A货翡翠的透过率相对较好，而在2800cm-1到3100cm-1区间之中B货充填的环氧脂属芳烃类有机物则有一组具有典型特征的吸收峰，应用红外光谱法检测不同区间的吸收峰，可以对A货翡翠进行有效的区分。利用红外光谱技术来得到翡翠中羟基吸收峰的光谱图，并进行分析，以此来对翡翠是否经过漂白填充处理进行区分，最终实现对天然翡翠以及优化处理的翡翠的鉴定工作（如图1所示）。

六、结束语

综上所述，对关于珠宝玉石鉴定中红外光谱技术应用方法及效果的观察，能够为我国珠宝玉石鉴定领域提供参考。使其能够借助红外光谱技术，对各类型玉石的吸收峰等光谱特征进行测定，进而鉴别出玉石的类型。未来，建议我国珠宝玉石研究领域，积极应用该技术，对珠宝玉石进行鉴定。最终达到提高珠宝玉石市场商品质量、优化市场环境的目的。

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