CN111257263A - 应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及结构形貌一致性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及结构形貌一致性的方法,通过对珍珠表面不同位置处进行紫外可见漫反射光谱的检测采集，并基于谱图的一致性即相似度进而判断珍珠外层组织结构单元即珍珠层化学组成、内部结构及外表面结构形貌一致性。本发明所述的鉴别方法准确、无损、快速，可为珍珠的改色处理、质量等级定性提供便捷、适用的评判性依据与指导。
Description
技术领域
本发明涉及珍珠的质量评价及优化处理方法的检测领域，具体涉及一种应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及结构形貌一致性的方法。
背景技术
珍珠(Pearl)主要是以生物成因文石(95％，Wt％)与蛋白质为主体组成的一类有机宝石，是珠宝流通、交易市场中最为常见的、市场接受度较高的有机宝石品种之一。近些年来，国内，有关珍珠的质量评价体系主要是基于国家标准GB/T 18781-2008《珍珠分级》为指导原则，并进一步基于珍珠的颜色、大小、形状、光泽、光洁度为评价质量等级的参考指标，上述等级指标因素对于珍珠的质量等级的评价、价格体系的建立及规范珍珠市场有序健康发展具有重要的支撑与推动作用。与此同时，上述影响珍珠等级因素的确定，对于珍珠的人工化养殖、助力珍珠养殖产业的提质增效、转型升级具有重要的指导意义。
然而，就上述评价珍珠等级的多个因素中，珍珠的颜色是否在整个珍珠的表面均匀性呈现的评定、形状与光泽等指标的优劣都是基于检测人员的肉眼及光学显微镜下的观察结果为判断依据，因此人为的主观因素对评判结果的影响较大。更重要的是，截至目前，尚未见有涉及某一具体的检测设备就珍珠颜色呈色的一致性、珍珠表面局部的平整性或光洁性进行直接、快速、精准的评判方法的相关文献报道。
大量文献研究表明，就珍珠的呈色机理而言，多是基于珍珠表面及内部的显微结构的光学效应(如衍射、干涉、衍射干涉共同作用及光子带隙结构等)与珍珠中存在的有机色素(如类胡萝卜素等)共同作用的结果，因此珍珠表面及内部结构、有机色素是否稳定、均匀性分布对于珍珠的呈色一致性直接关联。众所周知，漫反射效率表示物质的反射能力。漫反射率随入射光波长(或频率)而变化的谱图，称为漫反射光谱，漫反射吸收或反射光谱可反应被测试材料的结构形貌特征、化学组成信息等。因此，长期以来，漫反射光谱作为一项重要的检测手段被广泛应用于材料类检测领域，特别是在半导体、珠宝等课题领域。需特别指出的是，紫外可见漫反射光谱作为表征材料在紫外可见光区间的一类反射光谱形式，被广泛应用于珠宝玉石检测领域，尤其是在钻石、珍珠、红蓝宝、珊瑚、翡翠、绿松石的鉴定上，如珍珠与绿松石的改色优化处理、钻石的自然与合成属性的定性、翡翠处理的鉴定等。然而，据文献报道，反射光谱被应用于表征材料的内外结构特征有较多的文献报道，特别是其内外部结构特征与其反射峰、吸收峰的对应关联机制有较多的论述，就珍珠层材料而言，在鲍鱼壳、三角帆蚌贝壳中存在的一维光子带隙结构(photonic band gap)导致其珍珠层表面呈现相应波段的表观颜色，并在其对应的反射光谱中呈现相应的反射峰位，上述贝壳中的光子带隙结构即为具有“砖-浆-墙”结构的珍珠层，且珍珠层中单一文石板片与有机质层的厚度决定着反射光谱中反射峰的主波长。与此同时，前人就海水养殖的金色、黑色珍珠及某些贝壳内表面不同颜色区域的反射光谱的研究表明：反射光谱的某一或某些具体吸收峰位与其自身中存在的有机质对应关联。同时，珍珠层中呈色有机质的体密度与珍珠的色彩饱和度呈现明显的正相关性，并与对应的吸收峰的强度呈现正相关性。此外，珍珠表面光洁度与珍珠的曲率半径等因素同样明显影响其反射光谱的峰形，尤其是具体的反射峰的强度、反射峰的具体峰位等。综上可见，参比珍珠质量分级的相关因素而言，利用紫外可见漫反射光谱可作为衡量珍珠所呈颜色与表层结构中有机质的一致性与分布均与性、珍珠内部结构单元即珍珠层文石板片厚度的均匀性、珍珠表面的光洁度一致性的一种客观、快速、无损的方法，并可以其作为珍珠质量评价的一种佐证依据。
然而，就目前而言，尚无见有利用紫外可见漫反射光谱就珍珠的珍珠层的化学组成及结构一致性的相关文献研究报道。
发明内容
针对现有通过肉眼及光学显微观察方法对珍珠外层结构单元即珍珠层的化学组成、内部结构的评判的不可操作性，同时因目前对珍珠表观结构形貌评判的主观因素较大等不足或短板，本发明提出一种应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及形貌结构一致性的方法，具体技术方案如下：
一种应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及结构形貌一致性的方法，所述的珍珠的类型包括有核与无核珍珠，该方法包括如下步骤：
S1：选取待测样品过球心的至少两个圆面，每个圆面选取不少于三个检测点，对待检样品进行紫外可见漫反射光谱检测，获得待测样品上的所有测试点的光谱图，所述的光谱图的横坐标为波长，其记录范围为200-1000nm，纵坐标为反射率；对同一个待测样品的不同检测点进行光谱检测过程中保持样品的参比光谱相同；
S2：判断待测样品的紫外可见漫反射谱图中200-800nm范围内所有检测点的谱线形状是否一致，即各测试点对应的所有吸收峰、反射峰均能一一对应出现，若为否，则直接认定该珍珠的化学组成与结构形貌一致性较差，评价等级为差；若为是，则继续S3；
S3：判断是否所有检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大峰位的差值d皆满足d≤30nm，若为否，则直接判断该珍珠的化学组成与结构形貌一致性较差，评价等级为差；若为是，则继续S4；
S4：判断是否所有检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大峰位的差值d均满足d≤10nm，若为否，则该珍珠的化学组成与结构形貌基本一致，评价等级为合格；若为是，则继续S5；
S5：判断是否所有检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大强度差h皆满足h≤对应最大反射峰或最大吸收峰的强度的1/3，若为否，则判断该珍珠的化学组成与结构形貌具有较好的一致性，评价等级为良；若为是，则判定该珍珠的化学组成与结构形貌具有很好的一致性，评价等级为优。
进一步地，所述的S1中的待测样品上选取的过球心的圆面为2～3个。
进一步地，所述的S1中的待测样品上选取的过球心的圆面优选为3个。
进一步地，所述的S1中的待测样品上每个圆面上选取的检测点为3～5个。
进一步地，所述的S1中的待测样品上每个圆面上选取的检测点优选为4个。
本发明的有益效果如下：
本发明应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及结构形貌一致性的方法，能够实现对同一颗珍珠其表面不同位置处的呈色、表观结构、近珍珠表面珍珠层结构是否存在一致性的评判，上述评判方法准确、无损、快速、对于珍珠的物化特性的进一步认知、了解具有较重要的补遗作用。且更为重要的是，本发明对珍珠的化学组成、内部结构及表观结构一致性的判断可为珍珠的优化处理定性、珍珠的质量分级提供极为便捷、适用的指向性依据。
附图说明
图1为实施一的珍珠样品的紫外可见漫反射光谱图；
图2为实施二的珍珠样品的紫外可见漫反射光谱图；
图3为实施三的珍珠样品的紫外可见漫反射光谱图；
图4为实施四的珍珠样品的紫外可见漫反射光谱图；
图5为实施五的珍珠样品的紫外可见漫反射光谱图；
图6为实施六的珍珠样品的紫外可见漫反射光谱图；
图7为实施七的珍珠样品的紫外可见漫反射光谱图；
图8为实施八的珍珠样品的紫外可见漫反射光谱图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及结构形貌一致性的方法,其特征在于，所述的珍珠的类型包括有核与无核珍珠，该方法包括如下步骤：
S1：选取待测样品过球心的至少两个圆面，每个圆面选取不少于三个检测点，对待检样品进行紫外可见漫反射光谱检测，获得待测样品上的所有测试点的光谱图，所述的光谱图的横坐标为波长，其记录范围为200-1000nm，纵坐标为反射率；所述的光谱检测过程中保持样品的参比光谱相同；
S2：判断待测样品的紫外可见漫反射谱图中200-800nm范围内所有检测点的谱线形状是否一致，即各测试点对应的所有吸收峰、反射峰均能一一对应出现，若为否，则直接认定该珍珠的化学组成与结构形貌一致性较差，评价等级为差；若为是，则继续S3；
S3：判断是否所有检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大峰位的差值d皆满足d≤30nm，若为否，则直接判断该珍珠的化学组成与结构形貌一致性较差，评价等级为差；若为是，则继续S4；
S4：判断是否所有检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大峰位的差值d均满足d≤10nm，若为否(即10nm<d≤30nm)，则该珍珠的化学组成与结构形貌基本一致，评价等级为合格；若为是，则继续S5；
S5：判断是否所有检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大强度差h皆满足h≤对应最大反射峰或最大吸收峰的强度的1/3，若为否，则判断该珍珠的化学组成与结构形貌具有较好的一致性，评价等级为良；若为是，则判定该珍珠的化学组成与结构形貌具有很好的一致性，评价等级为优。
下面结合几个具体的实施例对本发明的方法进行说明。
下面几个实施例所选取的待测样品是直径为4mm～15mm的8颗珍珠样品，每个珍珠样品均选取两个过球心的圆面，每个圆面选择三个检测点，均采用GEM-3000紫外可见吸收光谱仪、在同一检测条件下进行紫外可见吸收光谱检测。紫外可见漫反射光谱测试条件：附积分球，测量波长范围为200～1000nm。测试中单次测量时CCD采集的积分时间为90ms，平均次数为30次，平滑宽度为1。因光谱光源检测探头与样品的采集间距、光纤探头出射光线与样品表面的入射角度直接影响光谱测试记录结果，因此测试过程中对检测平台予以固定，即每次检测采集的测试条件一致，确保探头与样品间距一致、探头出射光线与样品采集面的入射方向一致。且所应用的光谱检测设备在进行样品反射光谱采集时，不间断地对样品的参比光谱进行校正，保证样品测试谱图的准确、真实。
实施例一
待测样品S1为灰色珍珠，珍珠直径7.52mm,测试点为6处，测试所得的紫外可见漫反射谱图如图1所示。
首先判断图1中200-800nm范围内所有检测点的谱线形状一致，即各测试点对应的所有吸收峰、反射峰均能一一对应出现，但因1#与2#曲线的相应处的吸收峰的峰位差最大，1#曲线对应的吸收峰的峰位为779nm，2#曲线对应的吸收峰的峰位为754nm，两者吸收峰相差d＝25nm∈(10nm,30nm)。因此判断该珍珠的化学组成与结构形貌基本一致，评价等级为合格；
实施例二
待测样品S2为海水黑色珍珠，珍珠直径11.05mm,测试点为9处，测试所得的紫外可见漫反射谱图如图2所示。
该珍珠的所有测试谱线形状一致，即各测试点对应的所有吸收峰、反射峰均能一一对应出现。同时，任何两处检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大峰位相差d皆满足d≤10nm，且任何两处检测点谱线间相应的吸收峰或反射峰的强度差h皆存在h≤对应最大反射峰或最大吸收峰的强度的1/3，因此，判断为该珍珠的化学组成与结构形貌具有很好的一致性，评价等级为优。
实施例三
待测样品S3为海水金色珍珠，珍珠直径9.52mm,测试点为7处，测试所得的紫外可见漫反射谱图如图3所示。
该珍珠的所有测试谱线形状一致，即各测试点对应的所有吸收峰、反射峰均能一一对应出现。同时，任何2处检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大峰位相差d皆存在d≤10nm，且任何2处检测点谱线间相应的吸收峰或反射峰的强度差h皆存在h≤对应最大反射峰或最大吸收峰的强度的1/3，因此，判断为该珍珠的化学组成与结构形貌具有很好的一致性，评价等级为优。
实施例四
待测样品S4为内核为白色的海水灰色珍珠，珍珠直径8.05mm,测试点为6处，测试所得的紫外可见漫反射谱图如图4所示。
该珍珠的所有测试谱线形状基本一致，表现为各测试点对应的所有吸收峰、反射峰均能一一对应出现。同时，因其中1#与2#曲线的相应处的反射峰位分别为412nm与426nm，可见相应处的反射峰相差d存在10nm＜d≤30nm，判断为该珍珠的化学组成与结构形貌基本一致，评价等级为合格；
实施例五
待测样品S5为海水金色珍珠，珍珠直径12.25mm,测试点为9处，测试所得的紫外可见漫反射谱图如图5所示。
该珍珠的所有测试谱线形状并不一致，表现为部分测试区域存在426nm处的吸收，部分区域无，因此判断为该珍珠的化学组成与结构形貌并不一致，评价等级为差；
实施例六
待测样品S6为海水黑色珍珠，珍珠直径13.40mm,测试点为9处，测试所得的紫外可见漫反射谱图如图6所示。
该珍珠的所有测试谱线形状一致，即各测试点对应的所有吸收峰、反射峰均能一一对应出现。同时，任何2处检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大峰位相差d皆存在d≤10nm，但在谱图494nm处各点相应的吸收峰的强度存在1组或以上(见图中1#与3#、2#与3#两组检测点)检测点谱线间相应的吸收峰或反射峰的强度差h存在h＞对应最大反射峰或最大吸收峰的强度的1/3，因此，判断为该珍珠的化学组成与结构形貌具有较好的一致性，评价等级为良。
实施例七
待测样品S7为淡水白色珍珠，珍珠直径9.50mm,测试点为8处，测试所得的紫外可见漫反射谱图如图7所示。
该珍珠的所有测试谱线形状一致，即各测试点对应的所有吸收峰、反射峰均能一一对应出现。同时，任何2处检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大峰位相差d皆存在d≤10nm，且任何2处检测点谱线间相应的吸收峰或反射峰的强度差h皆存在h≤对应最大反射峰或最大吸收峰的强度的1/3，因此，判断为该珍珠的化学组成与结构形貌具有很好的一致性，评价等级为优。
实施例八
待测样品S8为淡水紫色珍珠，珍珠直径9.36mm,测试点为6处，测试所得的紫外可见漫反射谱图如图8所示。
该珍珠的所有测试谱线形状基本一致，表现为各测试点对应的所有吸收峰、反射峰均能一一对应出现。同时，因其中1#与2#曲线的相应处的吸收峰位分别为361nm与396nm，可见相应处的吸收峰位峰相差d存在d≥30nm。可判断为该珍珠的化学组成与结构形貌一致性较差，评价等级为差。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及结构形貌一致性的方法,其特征在于，所述的珍珠的类型包括有核与无核珍珠，该方法包括如下步骤：
S1：选取待测样品过球心的至少两个圆面，每个圆面选取不少于三个检测点，对待检样品进行紫外可见漫反射光谱检测，获得待测样品上的所有测试点的光谱图，所述的光谱图的横坐标为波长，其记录范围为200-1000nm，纵坐标为反射率；对同一个待测样品的不同检测点进行光谱检测过程中保持样品的参比光谱相同；
S2：判断待测样品的紫外可见漫反射谱图中200-800nm范围内所有检测点的谱线形状是否一致，即各测试点对应的所有吸收峰、反射峰均能一一对应出现，若为否，则直接认定该珍珠的化学组成与结构形貌一致性较差，评价等级为差；若为是，则继续S3；
S3：判断是否所有检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大峰位的差值d皆满足d≤30nm，若为否，则直接判断该珍珠的化学组成与结构形貌一致性较差，评价等级为差；若为是，则继续S4；
S4：判断是否所有检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大峰位的差值d均满足d≤10nm，若为否，则该珍珠的化学组成与结构形貌基本一致，评价等级为合格；若为是，则继续S5；
S5：判断是否所有检测点的谱线间相对应的吸收峰或反射峰的最大强度差h皆满足h≤对应最大反射峰或最大吸收峰的强度的1/3，若为否，则判断该珍珠的化学组成与结构形貌具有较好的一致性，评价等级为良；若为是，则判定该珍珠的化学组成与结构形貌具有很好的一致性，评价等级为优。
2.根据权利要求1所述的应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及形貌结构一致性的方法,其特征在于，所述的S1中的待测样品上选取的过球心的圆面为2～3个。
3.根据权利要求2所述的应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及形貌结构一致性的方法,其特征在于，所述的S1中的待测样品上选取的过球心的圆面优选为3个。
4.根据权利要求1所述的应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及形貌结构一致性的方法,其特征在于，所述的S1中的待测样品上每个圆面上选取的检测点为3～5个。
5.根据权利要求4所述的应用紫外可见漫反射光谱鉴别珍珠表层的化学组成及形貌结构一致性的方法,其特征在于，所述的S1中的待测样品上每个圆面上选取的检测点优选为4个。
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