红外光谱仪在优化处理祖母绿鉴定中的应用*

陆晓颖 汤红云 涂 彩 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

祖母绿与钻石、红宝石、蓝宝石、猫眼同为大自然赋予人类的“五大珍宝” ，被世人称为“绿色宝石之王”[1]。随着中国经济的飞速发展，人民群众对奢侈品品种的需求越来越多，对品质的要求也越来越高。艳丽、清澈、深邃的祖母绿深受消费者的喜爱，佩戴及收藏祖母绿已成为当今的一种时尚。祖母绿主要的产地集中在哥伦比亚、巴西、俄罗斯、津巴布韦等，产量多且品质相对比较高。相对于其他国家，我国只在云南和新疆有少量产出，且品质也比较差。随着祖母绿矿产的日渐枯竭，其稀缺性和名贵性日渐显现。

众所周知，祖母绿具有内含物众多、裂隙发育等特点。裂隙在祖母绿的开采以及加工过程中会变得更加严重，常通达到宝石表面。这些裂隙的存在大大降低了成品祖母绿的亮度和光泽，严重影响到宝石的观赏性和耐久性[4]。由于祖母绿的价格昂贵，购买者对其颜色和净度就有了很高的期望，所以在当今的珠宝首饰市场上，就出现了很多优化处理来改善祖母绿颜色和净度的方法。由于裂隙发育，使抛磨成饰品的祖母绿不够美观，这些开放裂隙可用多种与祖母绿折射率相近的液体或熔体充填（如油、树脂、绿色染料等），来降低裂隙的可见度和提高耐久性。虽然这些充填物质呈现出与天然祖母绿极其相似的外观特征，但缺乏必要的稳定性和耐久性。许多品质较低的祖母绿经过人工处理后其外观品质得到很大提高，甚至与高品质祖母绿难分上下。目前市场上绝大多数的祖母绿都是经过优化处理的，如果消费者购买这样的饰品，其经济利益会受到极大的损害。因此对优化处理过的祖母绿准确、高效的检测手段就显得十分必要。

在对祖母绿的充填物分类、充填物鉴定特征等作了大量研究和分析以及各种检测手段实验验证的基础上，得出了红外光谱可以很好地解决这一问题的结论。

1 仪器设备、样品及常用充填物

红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析的仪器。不同的充填物质有着不同的红外吸收光谱特征，因此可利用红外光谱仪对充填物的成分进行分类和分析。

祖母绿样品由隆胜珠宝公司及来自哥伦比亚的默蒂克（上海）国家贸易有限公司提供，样品共67件，其中15件为祖母绿原石晶体，52件成品。样品中除3件产自赞比亚，其余54件都产自哥伦比亚。由于样品数量较多，本次选用比较典型的11件（图1）。

祖母绿在加工过程中主要是充填各类油和环氧树脂，来提高品质和增加牢固度。本文介绍行业内比较常用的4种充填物质的特征（表1）。

图1 祖母绿样品

表1 充填物质的分类

2 祖母绿样品的显微放大观察

利用显微放大，可观察到绝大多数的祖母绿样品具较明显的色带、气液包体和裂隙，少数样品可观察到矿物包体和表面染色等特征。

选取8件比较典型样品作显微放大观察：1号样品（图2）可见明显的绿色平直色带，5号样品（图3）可见明显的深绿色的色块；3号样品（图4）可见内部含有绿色、红色等矿物包体，7号样品（图5）可见内部含有丰富的黑色矿物包体；24号样品（图6）可见丰富的气液包体； 36号样品（图7）可见表面沿裂隙处有绿色染料富集；21号样品（图8）和40号样品（图9）可见明显的裂隙。

图2 深绿色平直色带

图3 深绿色的色块

图4 绿色、红色矿物包体

图5 黑色矿物包体

通过显微放大观察样品，可以十分清晰直观地看到祖母绿的色带，气液、矿物包体和裂隙等特征，对于鉴别表面染色处理十分有用。但对于裂隙由何种物质充填的鉴别，有一定的局限性。显微放大不能确定所观察到的裂隙中的充填物为何种物质成分，从而就无法判定是优化还是处理。采用红外光谱仪对充填物质成分作进一步分析和研究。

图6 气液包体

图7 沿裂隙处绿色染料富集

图8 裂隙

图9 裂隙

3 样品及充填物的红外光谱

3.1 祖母绿样品的红外光谱

选取了4件比较典型的祖母绿样品进行分析。由红外光谱可以观察到7号样品（图10）的特征峰为 2 851 cm-1、2 925 cm-1、2 956 cm-1、3 010 cm-1；9号样品（图11）的特征峰为2 848 cm-1、2 920 cm-1、2 954 cm-1；62号样品（图12）的特征峰为2 870 cm-1、2 927 cm-1、2 963 cm-1、3 034 cm-1、3 055 cm-1；64号样品（图13）的特征峰为2 869 cm-1、2 927 cm-1、2 964 cm-1、3 033 cm-1、3 053 cm-1。

3.2 充填物的红外光谱

选取了业内比较常用的4种充填物质：橄榄油（图14）、雪松油(图15)、棕榈油（图16）、环氧树脂（图17）。由红外图谱可以观察到橄榄油的特征峰为2 854 cm-1、2 924 cm-1；雪松油的特征峰为 2 833 cm-1、2 876 cm-1、2 918 cm-1、2 983 cm-1、3 022 cm-1；棕榈油的特征峰为2 852 cm-1、2 920 cm-1、3 004 cm-1；环氧树脂的特征峰为2 870 cm-1、2 925 cm-1、2 964 cm-1、3 034 cm-1、3 053 cm-1。

图10 7号样品特征峰

图11 9号样品特征峰

图12 62号样品特征峰

图13 64号样品特征峰

图14 橄榄油特征峰

图15 雪松油特征峰

图16 棕榈油特征峰

图17 环氧树脂特征峰

通过红外光谱仪的测试、分析，可以看出祖母绿的充填物质主要分为两大类：油和树脂，油类比较常用的是橄榄油、雪松油、棕榈油；树脂类常用的主要是环氧树脂。不同的充填物质，有着不同红外特征吸收谱。根据GB/T 16553-2010《珠宝玉石鉴定》、GB/T 16552-2010《珠宝玉石名称》规定，当祖母绿中的充填物质为环氧树脂时，即可得出判定结果为祖母绿（处理）[2、3]。通过红外光谱对充填物红外特征峰和祖母绿样品裂隙的充填物红外特征峰进行对比，当充填物为环氧树脂时，祖母绿绿样品在3 034 cm-1、3 053 cm-1具有红外特征峰，从而可判定样品为祖母绿（处理）。需要指出的是，对刻面型的样品而言，其对光的折射会影响测试效果，须更细心地操作。

4 结语

通过对大量的祖母绿样品进行测试、分析及研究，可知显微放大观察的方法，能观察到样品内部的色带，生长纹以及气液、矿物包体和裂隙；同时还可以观察到表面的裂隙以及裂隙中的染色剂，由此可将祖母绿和合成祖母绿以及染色处理的祖母绿区分开来。利用红外光谱仪可对充填物进行分类和成分的分析，不同的充填物质有其不同的红外特征吸收谱。将充填物质和祖母绿样品裂隙的充填物质红外光谱图进行对比分析得出：红外光谱中有无3 034 cm-1、3 053 cm-1这两个特征峰，可作为判定祖母绿是优化还是处理的重要依据。

[1]张蓓莉.系统宝石学，2版[M].北京：地质出版社，2006.

[2]全国珠宝玉石标准化技术委员会.GB/T 16552-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.

[3]全国珠宝玉石标准化技术委员会.GB/T 16553-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.

[4]苏隽，沈美冬，陆太进，等.祖母绿充填物的分类及鉴定[C].//2009中国珠宝首饰学术交流会论文集.北京：2009，49-53.

[5]James E Shigley，Taijin Lu，Wuyi Wang.在珠宝首饰界准确鉴定宝石的重要性[J].宝石和宝石学杂志，2004，6（2）：14-17.

[6]苏隽，沈美冬，陆太进，等.祖母绿充填物的红外光谱鉴定特征[J]. 中国宝石,2010,3：181-182.