多功能光谱仪测量光致发光光谱在彩色宝石鉴定的应用探析

摘 要：有色宝石的光谱特征通常可以用光致发光测量方法获得，由于每种宝石的光致发光光谱特征的具有唯一性，因此根据这些特殊的光致发光光谱鉴定彩色宝石的真伪。多功能光谱仪可以放大法光致发光测量的结果，因此可以非常敏感的捕捉到彩色宝石的光致发光特征，因此可以准确快速的鉴别到彩色宝石，例如祖母绿、红宝石等。

关键词：光致发光；彩色宝石；光谱仪；祖母绿；红宝石

宝石的光致发光强度一般情况下比较微弱，因此在测量和观察上都较为困难。直到20世纪末，由于科技的快速发展，光致光谱的研究也取得了突破性的进展，因此使得使用光致光谱方法进行彩色宝石的鉴定成为可能。多功能光谱仪可以测量彩色宝石的光致发光光谱，并且可以在室温下分辨和鉴定彩色宝石。

1多功能光谱仪

多功能光谱仪由一个测量积分球和一个样品积分球组成。在样品积分球上有一个激光二极管，并以此为彩色宝石的激发光源。由于彩色宝石的光致发光强度较弱，通常不能直接测量的到，因为在仪器中设置了高达1000倍光谱的放大装置。但是微弱的光谱单单经过放大并不能精准的捕捉到原有的光谱，还需要对放大的光谱进行去噪过滤，最后得到可以利用的清晰光谱。由于传统的光致发光光谱仪没有测量光谱的功率分布，因此很难得到声子侧带和高阶声子峰，而多功能光谱仪则克服了这一缺点。

目前鉴定钻石的唯一准确的方式是判断N3色心的声子光谱，通常情况下，由于钻石声子的独特性质，其吸收的光谱和辐射的光谱以零声子线对称，测量仪需要测得矿石的N3色心的零声子线，之后才能判定宝石的光谱特征（零声子带、高阶声子峰和侧带），而在室温下，色心的零声子线一般不易测得，但多功能光谱仪可以通过测量声子的光致光谱功率分布，得到声子的侧带，因而多功能光谱仪即使无法测量色心的零声子线，也可以通过色心的侧带鉴定宝石，因此可以在室温下进行宝石的鉴定。

2彩色宝石的鉴定

近年来兴起的光致发光谱是进行彩色宝石鉴定的快速有效的方法。虽然目前利用光致发光谱进行彩色宝石的鉴定还处于起步阶段，但是在技术的不断发展下，这种鉴定方式会越来越成熟。下面来介绍几个利用多功能光谱仪进行彩色宝石的例子，和鉴定原理。

2.1鉴定祖母绿

祖母绿在直观上显示的是绿色，这种绿色通常是由于祖母绿中含有微量的铬。天然祖母绿中除了含有微量元素铬以外，还含有铁元素，由于铁元素的原因，使得铬在发生光致发光的电子能级跃迁时，首先电子经过铁原子的中间能级后，才跃迁到了铬原子的基态能级上，因而造成了两段能级的跃迁，即辐射了两段不同波长的红外光，由此原有的一次能级跃迁产生的可见光致发光现象变成了两次能级跃迁产生的不可见光致发光现象，因此，一般情况下，天然祖母绿没有光致发光现象。

对于人工合成的祖母绿，由于添加的微量元素可以经过人为的控制，一般人们为了追求祖母绿的色泽而控制铁元素的含量，因而人工合成的祖母绿由于没有受到铁元素的影响而产生了微量的光致发光效应。分辨祖母绿是否为人工合成可通过有无光致发光效应来判断。

2.2鉴定红宝石和红尖晶石

从直观上来看，红宝石和红尖晶石在的则上并无差距，在传统的宝石学光学谱镜下，他们的光谱差异也不明显。另外它们也不同于祖母绿，红宝石和红尖晶石有光致发光效应，但是它们的光致发光光谱差异明显。从多功能光谱仪上分析得到的光致光谱，红宝石光谱具有多个峰值，但是尖晶石的光谱只有一个明显的峰值，因此，通过多功能光谱仪可以很容易的辨别红宝石和尖晶石。

2.3鉴定B类翡翠

一般来说，物体普遍的具有光致发光特性，先不论不同的物质的光致发光光谱，就是同一种物质也可能由于微量元素的不均匀甚至是晶格的缺陷导致光致光谱有所差异。天然翡翠类似于天然祖母绿，不具备光致发光特性，但是含有高聚化合物的B类翡翠具有很清晰的光致发光光谱特性。因此，在鉴定翡翠时，可以使用多功能光谱仪测量该矿石的光致发光光谱，并证明此类翡翠中含有高聚化合物填充，則这类翡翠属于B类。

应用多功能光谱仪鉴定，相比使用傅里叶变换红外光谱仪的鉴定方式，这种方式的鉴定准确率和鉴定速度都要优秀的多。另外，多功能光谱仪可以测量翡翠的可见光谱，天然翡翠和人造翡翠相比，在其可见光谱中有致色元素铬的光谱吸收线，如果该翡翠无微量元素产生的光谱吸收线，那么此类翡的色泽翠即为染色所致，为C类。

3结论

过去由于技术原因，光致发光光谱的测量非常有局限性，但是随着多功能光谱仪的开发，可以对矿物在室温下进行光致发光光谱的检测，快速鉴定钻石和彩色宝石的真伪。在钻石的检测上采用N3色心的光致发光光谱来评判；在B类翡翠上，根据高聚化合物的光致发光现象鉴别。光致发光光谱为宝石学的鉴定和研究提供了一个十分新颖和有效的思路。

参考文献：

[1]王成思，沈锡田.光致发光光谱在尖晶石热处理检测中的应用[J].宝石和宝石学杂志，2016（a01）：24-26.

[2]耿蕊，张玉江，陈青山.红外PbX量子点光致发光特性研究[J].红外技术，2017，39（2）：125-129.

作者简介：

米雨田（1988.11—），男，汉，陕西西安，硕士，无，矿物类。