CN107314995A - 快速鉴定人工优化处理刚玉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种快速鉴定人工优化处理刚玉的方法,具体为,以拉曼分析仪检测刚玉,若于拉曼光谱显示804 cm‑1位置前后有一个拉曼侧峰,则宝石经过人工优化。如拉曼光谱显示更加于1350 cm‑1处显示的,则该刚玉还经过填充玻璃处理,确定经过人工优化。如拉曼光谱显示于804 cm‑1处显示的,则该刚玉经过铍扩散处理,确定经过人工优化。以785nm拉曼分析仪来检测天然铬致色红宝石与铍致色红宝石时,以其背景荧光值的强度差异来判断是否经人工处理。
Description
技术领域:
本发明涉及一种快速鉴定人工优化处理刚玉的方法,尤其是一种拉曼光谱在刚玉红宝石与蓝宝石优化处理的鉴定技术与方法,更涉及玻璃充填与铍扩散处理刚玉的拉曼鉴定方法。
背景技术:
目前,公知的红宝石与蓝宝石在国际珠宝市场上是并列两大贵重宝石的主流宝石品种,由于天然无处理的红、蓝宝石相当稀少,其优化处理情形成为影响价格的重要因素。在众多优化处理中,玻璃充填处理算是近期红蓝宝市场相当重要的优化处理类型。天然的红宝石与蓝宝石常因为表面与内部孔隙或是大量的裂理而成为低净度、低透明度且颜色较差的非宝石等级材料,然而1984年开始在市场上大量出现的玻璃充填红宝石即是利用添加玻璃并进行热处理,大幅改善红宝石的颜色、净度和透明度等视觉上的质量。正因为处理前后的外观差异极大,低廉的价位也对非玻璃充填红宝石产生冲击,因此如何有效率且准确的判断玻璃充填刚玉宝石是相当重要的课题。
另外,十多年前市场上出现了经过”铍扩散”处理的刚玉,造成刚玉市场价格混乱。目前鉴定铍扩散处理的刚玉技术中,以化学元素分析方法(LIBS,ICP-MS,SIMS)为主,上述方法可以检视刚玉中的铍元素含量高低作为铍扩散处理与否的判断依据,但是化学元素分析方法的缺点在于价格昂贵与破坏性分析,如何找出非破坏性且能快速检验铍扩散刚玉的方法,也是目前极需解决的技术问题。
发明内容:
本发明提供一种快速鉴定人工优化处理刚玉的方法,具体为,以拉曼分析仪检测刚玉,若于拉曼光谱显示804 cm-1位置前后有一个拉曼侧峰的,则宝石经过人工优化。如拉曼光谱显示更加于1350 cm-1处显示的,则该刚玉还经过填充玻璃处理,确定经过人工优化。如拉曼光谱显示于804 cm-1处显示的,则该刚玉经过铍扩散处理,确定经过人工优化。以785nm拉曼分析仪来检测天然铬致色红宝石与铍致色红宝石时,以其背景荧光值的强度差异来判断是否经人工处理。
附图说明:
图1是一般红宝石、 轻微玻璃充填红宝石、严重玻璃充填红宝石及玻璃的光谱比较,图谱经过特殊研发的基线拉平处理后,玻璃荧光呈现一明显的特征性光谱(1350-1460 cm-1)。
图2-a是五个铍扩散刚玉的拉曼光谱迭图,804 cm-1的拉曼特征侧峰以箭头标示。
图2-b是天然刚玉与铍扩散刚玉的拉曼光谱迭图,上线为铍扩散处理刚玉的拉曼图谱,下线为未经过铍扩散处理刚玉的拉曼图谱, 基线提高的804 cm-1拉曼侧峰的有无,可作为刚玉有无铍扩散处理的快速判断依据。
图3是天然红宝石拉曼光谱的原始资料(Raw Data)。
图4是铍扩散处理的红宝石拉曼光谱的原始数据(Raw Data)。
图5是天然红宝石与铍扩散处理红宝石的拉曼原始光谱迭图。
图6是人工优化红宝石的拉曼光谱,1350 cm-1附近为玻璃荧光峰,804 cm-1为红宝石经铍扩散处理后的特征侧峰。
具体实施方式:
1.本发明拉曼分析仪检测刚玉的操作与系统需求:
本发明使用Toptek-Enwave (TSI) GA2机型的拉曼分析仪,利用其S/N >10,000 高灵敏度的特性,再以大光斑大面积探测头扫描(>100 um)测试样品,经由专用软件再做自动波数与强度校正(Auto - XY Calibration)与去背景荧光(Autobaseline),以利获得具有正确强度与基线平坦的拉曼设定图谱范围(250~2350 cm-1),而后再以校正标准化(Normalised)后的拉曼特征峰来鉴定有无经过优化处理的刚玉。所有刚玉样本主要是由台湾FGA 认证项目(Certified Program)所提供。
2.拉曼分析仪应用于刚玉玻璃充填优化处理的鉴定与分析
不论在交易市场上或是鉴定实验室中,传统方法虽然可观察到“疑似”玻璃充填处理的迹象,但是由于无法准确定性,而经常发生误判以及交易纠纷。毕竟包裹体观察结果以鉴定者的主观判断为主导,紫外线荧光又受到宝石产地以及过渡元素含量影响,因此客观的仪器分析成为玻璃充填宝石判断的唯一准则。国际上知名的鉴定所如亚洲宝石学院(AIGS),在玻璃充填红宝石鉴定上通常以能量散射式X光荧光分析仪(EDXRF)为判断依据,因为铅玻璃中所含的铅几乎不存在于天然刚玉中。高阶仪器中,拉曼分析仪算是应用性最广的高阶仪器,而且拉曼分析仪也可提供刚玉是否经过玻璃充填一个准确且快速的客观判断依据。由于玻璃在785纳米激光的激发下会呈现出特征性的荧光光谱峰(1350 cm-1附近),所以我们若检测玻璃充填刚玉时,会同时出现刚玉本身的拉曼特征峰(375 cm-1、412 cm-1、572 cm-1、640 cm-1与745 cm-1)以及玻璃的荧光峰(1350 cm-1附近)在同一频谱上,我们若使用灵敏度高的拉曼分析仪(S/N > 10,000),甚至无须使用显微系统,再搭配图谱的基线处理,不仅可辨识是否为红宝石来做品种定性分析,另外也可从玻璃的荧光峰判定是否经过玻璃充填的优化处理,纵使是极少量的玻璃充填,亦可轻易观察而做判定。
如图1所示,以玻璃加热填充的红蓝宝石,玻璃或红蓝宝石本身含铅与否对于拉曼光谱是无影响的,拉曼光谱在波数1350cm-1附近的荧光包不会有任何改变,因为铅等金属是没有任何拉曼光谱信号的;另外,有些业者先浸红色油,再以硅(Si)来加热填充表面,加热后亦会产生一些微量氧化硅(SiO2)在红蓝宝隙缝上,其分子结构是与玻璃(SiO2)一样,当然其分子振动模式也是类似,所以其检测所呈现的拉曼光谱的波数位置也会与直接填充玻璃一样的。
3.以拉曼光谱的特征侧峰与背景荧光来鉴定铍扩散处理之刚玉的技术与方法
本技术与方法是以拉曼分析仪快速鉴定经铍扩散处理的刚玉,属于刚玉快速鉴定的创新技术与方法。
天然刚玉本身的拉曼特征峰为375 cm-1、412 cm-1、572 cm-1、640 cm-1与745 cm-1,而刚玉经铍扩散处理后,若以拉曼分析仪检测时,会在804 cm-1侧峰多了一个基线提高的拉曼特征峰,而这一个拉曼特征峰在目前所有文献中尚未有人发现与提出说明。本技术与方法收集了超过三十颗经铍扩散处理的刚玉样本,由其中随机挑选了五颗,作为拉曼光谱的迭图与鉴定分析,如图2-a,同时并与天然刚玉的拉曼光谱做迭图分析,如图2-b,我们发现铍扩散刚玉在804 cm-1有一个拉曼侧峰,这个侧峰在未经过铍扩散处理刚玉的拉曼光谱中并未出现,我们进而可推论此804 cm-1拉曼侧峰是刚玉经过铍扩散处理后造成的分子振动或转动所激发而成的,因此利用这个804 cm-1拉曼侧峰的出现与否?即可做为刚玉是否经过铍扩散处理的快速判断依据。
基本上,以近红外785nm的拉曼分析仪检测宝石时,若宝石的含铬量很多时,都会产生很强的背景荧光,造成检测困难度的增加,从而光谱讯噪比会变差,最后影响了拉曼光谱的质量。若以天然红宝石为例,因其致色因子为铬,所以以785 nm拉曼分析仪检测1秒时,其原图(Raw Data)背景荧光值甚至高达50,000 次(counts) (参照图3) ;而若以同一检测条件(400 豪瓦(mw)、1秒)来检测以铍扩散处理的致色红宝时,其拉曼原图的背景荧光值会远低于铬致色的强度,甚至强度只有它的十分之一(如图4),当然,其拉曼光谱图的讯噪比也会好很多。
这个以785nm拉曼分析仪来检测天然铬致色红宝石与铍致色红宝石的背景荧光值的强度巨大差异(如图5),也是一个很有效的拉曼快速判定红宝石有无经过铍扩散处理的方法,若是再加上上述804cm-1侧峰与基线提高的观察判定,相信在科学上的确效性会更高。
4.人工优化红宝石(刚玉)的拉曼实例鉴定与分析
此次分析的实例样本为一蛋面红宝裸石(Pic.6),其拉曼光谱显示除红宝石(刚玉)之外,还观察到1350 cm-1的玻璃荧光以及铍扩散处理后在804 cm-1的特征侧峰(如图6)。1350cm-1的玻璃荧光显示此样品有填充玻璃,而804 cm-1的特征侧峰显示此样品经过铍扩散处理。以上的分析证实此红宝石样品经过两道优化处理,不仅掩饰了宝石本身瑕疵,也做了颜色的优化,在传统鉴定上会增加很多的难度。然而,若以拉曼分析仪来鉴定时,在无须样品前处理与破坏样品的前提下,于几秒内,不但可以对红宝石做准确的品种定性分析,另外,它的两道优化处理在“同一频谱”上也可做快速的鉴定判别。
5.结论
矿物是在很特殊的地质环境下形成的,矿物中能形成优质宝石的机率更是微乎其微,这就是天然宝石价格居高不下的主因之一。世界上大部分的宝石都存在着许多瑕疵,人们想尽各种方法将这些瑕疵去除或掩饰,这就是所谓的人工优化处理。通常经过人工优化处理之后的天然宝石其价格就相对比较便宜,人工优化处理的方法很多,如何以拉曼分析仪,做快速且正确辨识出红、蓝宝是否经过人工优化处理,将有助于珠宝鉴定师与当铺在鉴定或收购宝石做出正确判断,本发明主要是以拉曼分析仪进行快速鉴定人工优化处理刚玉(红宝石&蓝宝石)的创新技术与方法。
(a)以刚玉的玻璃荧光峰或拉曼特征804 cm-1侧峰同时做为鉴定刚玉玻璃充填和铍扩散的最好方法。
(b)针对各种刚玉裸石与已经镶嵌的刚玉都可进行鉴定,对于各种尺寸的刚玉也都能进行鉴定区分。
(c)本方法必须利用专用软件与标准样品进行强度校正与基线处理,降低每次分析时刚玉拉曼峰强度差异,让每次分析时的数据都能一致。
(d)本方法对刚玉样本本身无须做任何样品前处理,具有非破坏、简单、快速与实用等优点。
数百颗以上的铍扩散刚玉样本已经以此方法盲测确校成功。
Claims (4)
1.一种快速鉴定人工优化处理刚玉的方法,其特征在于,以拉曼分析仪检测刚玉,若于拉曼光谱显示804 cm-1位置前后有一个拉曼侧峰的,则宝石经过人工优化。
2.根据权利要求1所述的快速鉴定人工优化处理刚玉的方法,其特征在于:如拉曼光谱于1350 cm-1处显示的,则该刚玉还经过填充玻璃处理,确定经过人工优化。
3.根据权利要求1所述的快速鉴定人工优化处理刚玉的方法,其特征在于:如拉曼光谱显示于804 cm-1处显示的,则该刚玉经过铍扩散处理,确定经过人工优化。
4.根据权利要求1所述的快速鉴定人工优化处理刚玉的方法,其特征在于:以785nm拉曼分析仪来检测天然铬致色红宝石与铍致色红宝石时,以其背景荧光值的强度差异来判断是否经人工处理。
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Legal Events
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---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20171103 |