常见翡翠的三维荧光光谱特征研究

马 平，沈锡田，邵 天，张志清，罗 恒

1. 中国地质大学(武汉)珠宝学院，湖北 武汉 430074 2. 湖北国土资源职业学院，湖北 武汉 430090

引 言

翡翠号称“玉石之王”,优质天然翡翠具有极高的经济和美学价值。由于天然优质翡翠的产出数量远不能满足市场的需要,所以大量优化处理的翡翠充斥市场,其中天然翡翠为A货翡翠，漂白注胶翡翠为B货翡翠，染色翡翠为C货翡翠，漂白注胶染色翡翠为B+C货翡翠[1]。红外光谱与激光拉曼光谱、电子探针是鉴定B货翡翠有效的鉴定手段[2-4],但这三种仪器对翡翠样品的抛光程度、平整度都有较高要求。

三维荧光法是近20多年发展起来的一门新的荧光分析技术,这种技术能够获得激发波长与发射波长或其他变量同时变化时的荧光强度信息[5]。由于三维荧光光谱分析技术灵敏度高，对胶等芳烃化合物具有独特的检测能力[6]，但该技术在翡翠鉴定方面还未得到广泛应用，目前主要依赖红外光谱对处理的翡翠进行无损检测,其测试结果会受到样品表面抛光程度及样品透明度的影响,三维荧光光谱分析技术能无损、快速、准确地鉴定处理翡翠,不受加工镶嵌、抛光等条件限制。红外光谱与激光拉曼光谱等传统的宝石矿物鉴定技术对B货翡翠鉴定研究较多，缺少对B+C货不同颜色的翡翠、C货翡翠鉴定，特别是B+C货黄色、B+C货红色翡翠的研究，三维荧光光谱能对不同颜色B+C货翡翠、C货翡翠荧光特征进行区分，则从而达到鉴定不同处理类型翡翠的目的。

1 实验部分

1.1 样品

选取了常见A货、B货、C货、B+C货翡翠样品25块，观察测试部位均选择在中心较均匀的区域，在中国地质大学(武汉)珠宝学院宝石实验室中，经过珠宝常规仪器鉴定和确认，见表1。

对25个翡翠样品进行三维荧光测定和研究分析,测试样品见图1。

表1 翡翠样品的基本宝石学特征Table 1 The basic gemological characteristics of jadeite samples

图1 不同类型翡翠样品

1.2 方法

翡翠样品荧光光谱采集在中国地质大学(武汉)珠宝学院光谱与成分分析实验室完成。三维荧光光谱采用日本Jasco FP8500型荧光光谱仪，测试条件设定如下： 激发与发射光谱的带宽(bandwidth)均设定为5 nm，响应时间为10 msec，检测器扫描速度2 000 nm·min-1。激发光谱范围设置为是220～480 nm，数据间隔5 nm； 发射光谱采集检测范围设为240～750 nm，数据间隔1 nm； 测试样品前自动归零校正，当探测器检测到的光子数少于仪器自动校准归零时探测到的光子数时，三维荧光光谱的相对强度出现负值，属于正常现象。

2 结果与讨论

通过对比不同类型翡翠样品的荧光峰位以及最佳激发波长，可以得到如下信息：

A货翡翠三维荧光测试无明显荧光反应，这与A货翡翠在紫外灯长短波下无明显荧光反应对应，如图2。

如图3(B-01)，B货翡翠样品三维荧光光谱中均出现一个特征荧光峰，其荧光主峰在λex380 nm/λem440 nm，位于蓝光区，B货翡翠充填环氧树脂，环氧树脂具有共轭体系的芳环或杂环化合物[6]，电子共轭程度大，易产生荧光，因此B货翡翠荧光强度大。如图3(C-01)，C货翡翠三维荧光光谱中均出现一个特征荧光峰，其中荧光主峰在λex385 nm/λem443 nm，位于蓝光区。C货翡翠仅Cr盐充填，过渡金属离子Cr化合物能发荧光。B+C货翡翠样品选取绿色，紫色，黄色，及红色四种颜色，如图3(BCL-01)，B+C绿色翡翠荧光峰主峰在λex290 nm/λem308 nm，位于紫光区。如图3(BCZ-01),B+C紫色翡翠最强荧光峰位于λex365 nm/λem444 nm，位于蓝光区。如图3(BCH-01),除去干扰峰值，B+C黄色翡翠最强荧光峰位于λex335 nm/λem377 nm，位于紫光区。如图3(BCH-03),B+C红色翡翠最强荧光峰位于λex290 nm/λem308 nm，位于紫光区。B+C货翡翠中无机离子与具有吸光结构的有机试剂发生配合作用，生成会发荧光的螯合物[6]。

图2 A货翡翠三维荧光光谱Fig.2 Three dimensional fluorescence spectra of A jadeite

三维荧光光谱显示，样品在255 nm(短波紫外)激发时，弱的荧光峰出现在可见光区(380～600 nm)内，有荧光显示的主要为B+C绿色翡翠、B货翡翠、C货翡翠，如图4(BCL-01、BCL-04),B+C绿色翡翠在255 nm(短波紫外)激发下，荧光峰位于485 nm附近，但发光范围宽，荧光中心集中在蓝白区，故短波紫外灯下呈弱蓝白色荧光。如图4(B-02，

图3 不同处理类型翡翠的三维荧光光谱特征B货翡翠荧光光谱: B-01; C货翡翠荧光光谱： C-01; B+C绿色翡翠荧光光谱: BCL-01;B+C紫色翡翠荧光光谱: BCZ-01; B+C黄色翡翠荧光光谱: BCH-01; B+C红色翡翠荧光光谱: BCH-03Fig.3 Three-dimensional fluorescence spectrum characteristics of jadeite with different processing types

Fluorescence spectrum of Bjadeite Jade: B-01; Fluorescence spectrum of C jadeite jade: C-01; Fluorescence spectrum of B+C green jadeite jade: BCL-01; Fluorescence spectrum of B+C purple jadeite jade: BCZ-01; Fluorescence spectrum of B+C yellow jadeite jade: BCH-01; Fluorescence spectrum of B+C red jadeite jade： BCH-03

B-03),B货翡翠在255 nm(短波紫外)激发下，荧光峰位于438 nm附近，发光范围宽，荧光中心集中在蓝区，故在短波紫外灯下呈弱蓝色荧光。如图4(C-01，C-04),C货翡翠在255 nm(短波紫外)激发下，荧光峰位于410 nm附近，荧光中心集中在紫区，故短波紫外灯下呈弱紫色荧光。在255 nm激发光源下时，不同处理类型翡翠发光中心波长呈B+C绿色翡翠>B货翡翠>C货翡翠。

图4 不同处理类型翡翠在255 nm 激发光下的荧光光谱特征

在长波紫外光照射下，翡翠样品的荧光明显强于短波，发光范围集中在紫-绿区域。当固定激发波长为365 nm时，如图5(B-01，B-02，B-05),B货翡翠样品荧光峰位于440 nm，荧光中心集中在蓝区，长波紫外灯下呈强蓝白色荧光。如图5(BCZ-02),B+C紫色翡翠荧光峰位于蓝区448 nm，长波紫外光下呈蓝色荧光。如图5(C-01),C货翡翠荧光峰位于蓝区443 nm,长波紫外光下呈淡蓝色荧光。如图5(BCH-02),B+C黄色翡翠荧光峰位于绿区539 nm，长波紫外光下呈浅绿色荧光。如图5(BCL-04),B+C绿色翡翠荧光峰位于蓝青区488 nm，长波紫外光下呈弱蓝白色荧光，这与我们在长波紫外灯下观察到的现象一致。在365 nm的激发光源下，不同处理类型翡翠发光中心波长呈B+C黄色翡翠>B+C绿色翡翠>B+C紫色翡翠>C货翡翠>B货翡翠的大小关系。

图5 不同处理类型翡翠在365 nm 激发光下的荧光光谱特征

B货翡翠在酸洗后必须进行有机胶的充填,以提高翡翠的抗冲击强度,有机胶的充填一般使用环氧树脂。不同型号的环氧树脂都属芳烃类，荧光强度往往也较强,B货翡翠在长波下具有中强蓝白色荧光[6]。

C货翡翠仅金属有机染剂染色，在长短波下的荧光较弱[6]，不同颜色B+C翡翠由于染剂不同，呈现荧光强度也有差别，B+C货所用染剂中含有金属离子和有机染料，有机试剂配合物中取代金属离子或有机试剂，组成更稳定的不发荧光配合物或难溶化合物，而导致溶液荧光强度的降低[6]，B+C紫色翡翠中有机染剂与环氧树脂反应形成聚合物，使翡翠样品荧光降低，长波紫外光下具有蓝紫色荧光。B+C绿色翡翠铬盐染色，染剂中铬离子与能发荧光树脂反应，生成会发荧光的螯合物，短波紫外光下具有蓝白色荧光。B+C黄色翡翠由于加入了铁染色剂，因此呈现极弱荧光，而红色B+C货翡翠铁染色剂添加更多，长波紫外光下荧光峰值位于紫区，荧光强度低，用紫外荧光灯观察时，长波下呈弱绿色荧光[6]。

3 结 论

采集了不同处理类型翡翠品种的三维荧光光谱特征，通过仔细对比分析后得出如下结论：

(1) 除了天然A货翡翠无三维荧光光谱特征，B货翡翠荧光中心多集中在380 nm(λex)/440 nm(λem)。C货翡翠荧光中心集中在365 nm(λex)/443 nm(λem)，B+C紫色翡翠荧光中心集中在365(λex)/443 nm(λem)。B+C绿色翡翠荧光峰值主要集中在290(λex)/308 nm(λem)。B+C黄色翡翠荧光峰值集中在335(λex)/377 nm(λem。B+C红色翡翠荧光峰值为290(λex)/308 nm(λem)。

(2) 在255 nm激发光源下时，发光中心波长呈B+C绿色翡翠>B货翡翠>C货翡翠，在365 nm的激发光源下，发光中心波长呈B+C黄色翡翠>B+C绿色翡翠>B+C紫色翡翠>C货翡翠>B货翡翠的大小关系。

利用三维荧光光谱技术可以区分B，C和B+C货翡翠，至于无机物充填，无荧光反应的B和B+C翡翠，并未在市场大量出现[1]，因此三维荧光光谱技术可以广泛应用于不同类型处理翡翠的鉴定。随着技术日趋完善，今后可进一步实现宝玉石充填物成分鉴定方面的应用，使三维荧光光谱技术在宝石学的研究运用中得到更广泛、更深入的结合。