紫外可见分光谱仪、红外光谱仪、红外光谱仪、x-荧光光谱仪等

紫外可见分光光度计、红外光谱仪、X-荧光光谱仪等大型仪器在宝石鉴定中的意义

目前宝石学中优化处理、人工合成、人造产品及仿制品的不断增多，优化处理技术不断更新、完善，人工合成宝石越来越相似于天然宝石，人造产品的不断增加，颜色、光学效应等更接近于自然，这给珠宝玉石鉴定带来了种种困难，常规鉴定仪器在某些情况下，已不能满足鉴定的需求。近年来，紫外可见分光光度计、红外光谱等大型仪器逐渐应用于珠宝玉石鉴定中，宝石学家们在不断开发、扩展各种大型仪器的功能，以求解决更多的疑难问题。

目前，宝石鉴定中大型仪器应用较广的有：

紫外可见光分光光度计：主要利用宝石在紫外至可见光范围内的吸收光谱及吸光度分析，对宝石中某些成分进行定性或定量分析，目前主要用于颜色指数、致色机理、产地特征等方面的分析研究。常见有钻石辐照处理的鉴别及合成蓝宝石的鉴别等。

红外光谱：用于宝石结构及成分的定性分析或定量分析已越来越普遍，越来越重要，如：翡翠的有机物充填处理的鉴定，天然祖母绿与助熔剂法或水热法合成祖母绿的鉴定，水晶、紫晶、烟晶等人工合成与天然的鉴定，常规仪器无法测定的宝石品种的分析等。

无损化学成分分析：用X-荧光光谱仪、电子探针等进行成分的定性或定量分析，以确定宝石的品种。这些大型仪器的使用，结合常规仪器的测定，拓宽了宝石鉴定的领域，并使宝石学和矿物岩石、人工晶体等基础学科有了更紧密的结合，随着各种新兴技术的发明和拓展，应用于宝石学的仪器、方法将会不断更新和完善，各种鉴定技术也将随之得以发展和提高。

模式识别有什么应用？

随着计算机技术的普遍应用，处理大量信息的条件已经具备，模式识别在六十年代得到了蓬勃发展，并在七十年代初奠定了理论基础，从而建立了它自己独特的学科体系

红外光谱可以用于物质的纯度鉴定吗

红外光谱基本都是对物质进行定性分析。可以对进行定量分析，下面是网上找的几种方法，希望对你有所帮助。
红外光谱定量分析是借助于对比吸收峰强度来进行的，只要混合物中的各组分能有一个特征的，不受其他组分干扰的吸收峰存在即可。原则上液体、固体和气体样品都可应用红外光谱法作定量分析：

1.定量分析原理

红外定量分析的原理和可见紫外光谱的定量分析一样，也是基于朗伯-比尔定律。

该定律可写成：A=abc

上式中A为吸光度(absorbance)，也可称光密度(optical density)，它没有单位。系数a称作吸收系数(absorptivity)，也称作消光系数(extinction coeffieient)，是物质在单位浓度和单位厚度下的吸光度，不同物质有不同的吸收系数a值。

且同一物质的不同谱带其a值也不相同，即a值是与被测物质及所选波数相关的一个系数。因此在测定或描述吸收系数时，一定要注意它的波数位置。

当浓度c选用mol·L-1为单位，槽厚b以cm为单位时，则a值的单位为：L·cm-1·mol-1，称为摩尔吸收系数，并常用ε表示。吸收系数是物质具有的特定数值，文献中的数值理应可以通用。但是，由于所用仪器的精度和操作条件的不同，所得数值常有差别，因此在实际工作中，为保证分析的准确度，所用吸收系数还得借助纯物质重新测定。

在定量分析中须注意下面两点：

1)吸光度和透过率是不同的两个概念、透过率和样品浓度没有正比关系，但吸光度与浓度成正比。

2)吸光度的另一可贵性使它具有加和性。若二元和多元混合物的各组分在某波数处都有吸收，则在该波数处的总吸光度等于各级分吸光度的算术和，但是样品在该波数处的总透过率并不等于各组分透过率的和。

2.定量分析方法的介绍

红外光谱定量方法主要有测定谱带强度和测量谱带面积购两种。此外也有采用谱带的一阶导数和二阶导数的计算方法，这种方法能准确地测量重叠的谱带，甚至包括强峰斜坡上的肩峰。

红外光谱定量分忻可以采用的方沦很多，下面我们介绍几种常用的测定方法。

(1)直接计算法

这种方法适用于组分简单、特征吸收带不重叠、且浓度与吸收度呈线性关系的样品。

从谱图上读取透过率数值，按A=lg(I0/I)(I0为入射光强度，I为透射光强度)的关系计算出A值，再按朗伯-比尔定律算出组分含量c，从而推算出质量分数。这一方法的前提是需用标准样品测得a值。分析精度要求不高时，可用文献报导的a值。

(2)工作曲线法

这种方法适用于组分简单、特征吸收谱带重叠较少，而浓度与吸收度不完全呈线性关系的样品。

将一系列浓度的标准样品的溶液，在同一吸收池内测出需要的谱带，计算出吸收度值作为纵坐标，再以浓度为横坐标，作出相应的工作曲线。由于是在同一吸收池内测量，故可获得A～c的实际变化曲线。

由于工作曲线是从实际测定中获得的，它真实地反映了被侧组分的浓度与吸收度的关系。因此即使被测组分在样品中不服从Beer定律，只要浓度在所测的工作曲线范围内、也能得到比较准确的结果。同时，这种方法可以排除许多系统误差，同时在这种定量方法中，分析波数的选择同样是重要的，分析波数只能选在被测组分的特征吸收峰处。溶剂和其他组分在这里不应有吸收峰出现，否则将引起较大的误差。
3)解联立方程法

解联立方程法运用的对象是组分众多而波带又彼此严重重叠的样品，通常无法选出较好的特征吸收谱带。采用这一方法的条件是必须具备各个组分的标准样品且各组分在溶液中是遵守Beer定律的。定量分析可以根据吸光度的加和特证来进行。

例如某一混合物由n个组分所组成.各组分的浓度分别为c1，c2，c3,…，cn，它们在分析波数ν处的吸收系数各为av1，av2，…，avn，则样品在这个分析波数处的总吸光度为：

Aν=A1v+A2v+...+Anv=av1bc1+av2bc2+...+avnbcn

样品中共有n个组分，每一组分都有一个以它为主要贡献的谱带和对应的波数值，可列出相应的方程组。

如测出各个a值，则各个未知浓度c就可从联立方程式中解得。

a值的求法是将样品配成一定浓度后测出红外光谱，再求出某一波数处的吸光度值，由于c利b是已知的实验值，用Beer定律A=abc关系即可求得各a值。

联立方程定量分析应注意以下几点：

1)选择合适的波数点。在此点波数只应以某—组分的贡献为主，其他组分在此都只有较小的吸收贡献，

2)读准吸光度。在实验时必须读谱图上那些没有吸收峰值的某波数上的吸光度数值。在谱带的斜坡上更需注意所读数据的准确性。

3)求a值时选取合适的浓度。在测定a值时。各组分的纯品配制浓度应接近未知样品中该组分的浓度，且应在该量附近配制4～5个点以求出较为可靠的a值，或据此绘出工作曲线。

由于解联立方程的计算工作量很大，现代的红外光谱仪器均带有功能良好的计算机，借助所配备的计算机，运用线件代数中矩阵法解联立方程成为十分实用的方法。

红外定量分析的准确度，若不考虑样品称量、溶液配制和槽厚在测定中所引起的误差。主要考虑吸光度的测定所引起的误差，±1%的误差是它的最佳极限值，实际上是比±1%大，因此红外光谱用得最多的还是定性分析。

红外光谱技术在珠宝玉石鉴定中的应用

红外光谱技术在珠宝玉石鉴定中的应用

本篇文章主要是对红外光谱技术在珠宝玉石鉴定中出现的结果及起到的作用进行阐述，方便读者能更清晰的认识、了解红外光谱技术。

关键词：红外光谱技术、珠宝玉石、鉴定

一、红外光谱技术在鉴定珠宝玉石中的意义

现如今，珠宝玉石作为人们生活中被广泛关注的奢侈品，吸引了越来越多的人群进行购买。但同时随着高新技术的迅速发展，也使得珠宝玉石的造假方式日渐繁多，所以珠宝玉石的鉴定技术显得尤为重要。

以合成珠宝玉石为例。珠宝玉石的加工合成主要通过使用微分子材料运用各类高新技术，根据样品的外形结构进行模仿，往往真假难辨，对鉴定技术提出了极高的要求，需要检测人员不断地更新珠宝玉石的鉴定技术。而红外光谱技术的运用则能够充分地保障珠宝玉石鉴定结果的准确性，同时还可以兼具珠宝玉石外观与内部毫无损坏，即做到无损检测，通过科学准确的鉴定使珠宝玉石的辨别更加准确，也能让人们更多地了解珠宝玉石矿物的结构与类型，对珠宝玉石的进一步研究有着重要的意义。

二、红外光谱技术的应用原理

红外光谱技术主要是通过对珠宝玉石在吸收了红外射线后所呈现出的内部分子结构数据（红外光谱图）进行分析，对比珠宝玉石的种类、加工程度等，从而对珠宝玉石的真假进行鉴别。在使用红外光谱技术鉴定珠宝玉石的过程中，需要有专业的鉴定人员进行操作，操作人员不仅要掌握红外光谱技术的相关应用知识，还需要具备丰富的经验，才能够对红外光谱图进行充分的分析鉴定。

红外光谱技术具有分析时间短、呈现特征数据全面、不会破坏检测样本等优点，如今已成为珠宝玉石鉴定应用中最为广泛的检测技术。目前，红外光谱技术对珠宝玉石的鉴定方法主要有两种，分别为反射法与透射法。

三、红外光谱技术在珠宝玉石鉴定中的应用

通过红外光谱检测的珠宝玉石，能够呈现内部分子结构信息，以帮助鉴定人员分析珠宝玉石的类型与结构。红外光谱技术在宝石鉴定区域的主要作用有：区分天然宝玉石与合成宝玉石、鉴定宝石种属、鉴定天然宝石与宝石仿制品及鉴定优化处理的宝玉石等。

（一）区分天然宝玉石与合成宝玉石

因为多数天然宝石和合成宝石从物理性状上进行观察差别十分细微，内部几乎没有任何瑕疵，如果使用常规的检测方法很难准确进行辨别。传统的宝石检测仪器对于一些瑕疵细微或难以鉴别的宝石很难进行准确辨认（例如天然祖母绿和水热法合成祖母绿，通过颜色、光泽以及密度、折射率等一些物理特征进行观察，两者几乎真假难辩）。而通过对红外光谱技术中的振动与伸缩特征进行判断，便可在不损伤样品的基础上短时间内做出准确鉴别（天然祖母绿的结晶水吸收峰是3400—3800cm-1，合成祖母绿的结晶水吸收峰是3490、2830、2995、4357、2745cm-1，通过检测信息数据便能判断是否为天然祖母绿）。

（二）鉴定珠宝玉石种属

珠宝玉石种类众多，不同的宝玉石在红外光的照射下，所反映出的对红外光的吸收信息也大有不同。应用红外光谱技术鉴定宝石种属时主要通过反射法照射法，将红外光照射到需要鉴定的珠宝玉石表面，对红外光所反射出的信息进行分析，以确定宝玉石种属的分类。特别是对于一些外观差异较小的珠宝玉石，通过反射法进行种类鉴定，便能迅速清楚分辨珠宝玉石的种类。例如，硅灰石与和田玉无论外形颜色还是密度差都很小，光从外观或用传统鉴别方法难以辨别（硅灰石的密度是2.65—3.12，硬度是4.5—5.5；和田玉密度是2.90—3.10，硬度是6.0—6.5）。但如果通过红外光对两者进行照射，并对珠宝玉石所呈现的光谱图进行辨别，就能轻松得到准确的鉴定结果。

（三）鉴定珠宝玉石及其仿制品

珠宝玉石因为类型众多，且多数价值较高，因此在市场上存在很多珠宝玉石的仿制品。这些仿制品很多在外观，甚至物理特性上都与所仿制的天然珠宝玉石极为相似，用常规的检测手段无法快速、准确地将其进行区分。而通过红外光谱技术不仅能迅速分辨出仿制品（如钻石与合成的立方氧化锆、紫色方柱石和紫晶、猫眼和柱晶石猫眼等），同时对琥珀与硬树脂或塑料等极难以分辨的宝玉石仿制品也可以清楚地鉴别。

（四）鉴别优化处理的珠宝玉石

市场中也同时存在许多经过一系列浸染或充填等优化处理的珠宝玉石，比如优化处理的翡翠、绿松石、欧泊等。但无论是哪种优化处理方式，使用红外光谱技术都能对其进行准确、无损的检测（例如天然翡翠在 2600—3200cm -1处的透过率最好，而经过充填处理的翡翠因为常用胶物质或者环氧树脂属芳烃类有机物进行充填，在这个波段内会有较为明显的红外光谱吸收，故可高效、准确地进行鉴定）。

结语

红外光谱技术因为具有简便、快速、无损的优点，并能准确分辨珠宝玉石的种类，鉴定是否为仿制品，区分天然与合成宝石等，在珠宝玉石的鉴定中具有重要的作用与地位。相信未来红外光谱技术将持续其高效、准确性的优势，不断为提高国内珠宝玉石鉴定水平带来新的思路。

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本文作者：龙晓晶、吴俊丽、王宗铨

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