CN115963088A - 一种宝石鉴定方法及鉴定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法，所述荧光信号选自280‑350nm波段的紫外光照射下的肉眼观察特征、光谱测试装置采集的280‑350nm波段的紫外光激发下的荧光光谱信息中的至少一种。肉眼观察特征的鉴定过程为，选用280‑350nm波段的紫外光照射待鉴定的宝石级斜长石，肉眼观察基本没有荧光，则该宝石级斜长石为天然产出，肉眼观察到明显的紫色荧光，则该宝石级斜长石经过了扩散处理。也可以通过光谱测试装置采集宝石级斜长石的荧光光谱信息作为更精确的鉴定依据。本发明公开的宝石级斜长石鉴定方法是一种无损鉴定方法，操作简单，鉴定准确度高，解决了目前市场上无法准确判定天然宝石级斜长石(也称太阳石)与扩散处理斜长石的难题。

Description

一种宝石鉴定方法及鉴定装置

技术领域

本发明涉及珠宝鉴定技术领域，特别涉及一种用于宝石鉴定的方法。

背景技术

长石是地壳中最主要的造岩矿物之一，其质优者可作为宝石材料。市场上的长石类宝石主要有月光石、日光石（太阳石）、天河石以及晕彩拉长石等具有特殊光学效应的品种。其中日光石内部具有片状金属内含物，因此在光照下具有强的金色、红色金属光泽，太阳石因此得名。但是有一类特殊的太阳石不仅具有日光石常见的日光效应，还可以同时呈现如红宝石和祖母绿一般艳丽的红色和绿色体色，这类太阳石从化学组分上分类属于斜长石。因为其特殊优质的光学特征，这类宝石受到许多宝石雕刻艺术家和收藏家的青睐。作为美国俄勒冈州的州石，这类稀少且美丽的宝石自然也具有较高的市场价格，颜色较好的小颗粒宝石价值几百美金一克拉，而颜色浓郁颗粒较大者甚至可以达到上千美金一克拉。天然的宝石级斜长石（太阳石）产地除了美国俄勒冈州之外，还有埃塞俄比亚的Afar地区。

也正因为其高昂的价格和巨大的市场潜力，21世纪初一种铜扩散处理的宝石级斜长石于美国涂桑展亮相，它的销售者以新产地为名，声称这种宝石级斜长石为天然产出，一时引起了全世界各大宝石研究机构的重视。由于铜扩散处理宝石级斜长石与天然宝石级斜长石极为相似，各大宝石机构经过了将近十年的探索才确认这类“新产地宝石级斜长石”是一个骗局。但由于其颜色成因和处理手段依旧是未解之谜，国内外至今还没有有效鉴别这类宝石的方法。

发明内容

本发明旨在解决现有技术无法有效鉴别天然宝石级斜长石与铜扩散处理宝石级斜长石的技术问题，一方面，提出了一种运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法，所述荧光信号选自280-350 nm波段的紫外光照射下的肉眼观察特征、光谱测试装置采集的280-350 nm波段的紫外光激发下的荧光光谱信息中的至少一种。

可选地，所述肉眼观察特征的鉴定过程为：选用280-350 nm波段的紫外光照射待鉴定的宝石级斜长石，肉眼观察基本没有荧光，则该宝石级斜长石为天然产出，肉眼观察到明显的紫色荧光，则该宝石级斜长石经过了铜扩散处理。

可选地，通过光谱测试装置采集荧光光谱信息的鉴定过程包括以下步骤：

S1、以280-350 nm范围内任一波长的光作为激发光源，固定荧光光谱测试系统的仪器参数，采集待测宝石级斜长石和荧光标样在350 nm到780 nm范围内的荧光发射光谱；

S2、分析采集到的待测宝石级斜长石与荧光标样的荧光光谱，获得380-400 nm范围内待测宝石级斜长石的第一荧光发射峰强度值和380-780 nm范围内荧光标样的荧光发射峰强度值；

S3、计算待测宝石级斜长石第一荧光发射峰与荧光标样的荧光发射峰强度比值，根据该比值的大小，对宝石级斜长石进行鉴定；

S4、根据500-600 nm范围内待测宝石级斜长石第二荧光发射峰的形状对宝石级斜长石进行辅助鉴定。

可选地，在步骤S1中，所述荧光标样选自天然宝石级斜长石、罗丹明中的一种；

天然宝石级斜长石为红色太阳石、绿色太阳石、橙色太阳石、红绿双色太阳石，产地为美国、埃塞俄比亚。

可选地，在步骤S1中，所述天然宝石级斜长石荧光标样选自380-400 nm范围内第一荧光发射峰强度最接近平均值的样品，平均值由5-100颗天然宝石级斜长石的荧光发射峰强度计算得到；

所述罗丹明荧光标样为浓度0.0001-0.005 g/L的罗丹明乙醇溶液或罗丹明水溶液。

可选地，在步骤S3中，待测宝石级斜长石与天然宝石级斜长石荧光标样第一荧光发射峰强度的比值位于0.1~4之间时，判定待测宝石级斜长石为天然的，待测宝石级斜长石与天然宝石级斜长石荧光标样第一荧光发射峰强度的比值位于5~100之间时，判定待测宝石级斜长石经过了铜扩散处理。

可选地，在步骤S3中，天然宝石级斜长石荧光标样可以替换为荧光发射峰强度值相等的罗丹明标样。

可选地，在步骤S4中，待测宝石级斜长石的第二荧光发射峰在500-600 nm波长范围内呈现先升高再降低的峰形时，辅助判定待测宝石级斜长石经过了铜扩散处理。

在本发明的另一方面，提出了运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的装置，其特征在于，包括样品室、样品支架、荧光光谱测量系统、分析鉴定系统、显示系统；

所述样品支架位于样品室内，用于放置待测宝石级斜长石；

所述样品室为密闭空间，保证测量荧光光谱时不会受到外界环境光的干扰；

所述荧光光谱测量系统用于测试和记录待测宝石级斜长石样品的荧光光谱，并自动读取380-400 nm范围内的荧光发射峰的强度值发送到分析鉴定系统；

所述分析鉴定系统内预先存储有产自美国和埃塞俄比亚的天然宝石级斜长石标样在380-400 nm范围内荧光发射峰的强度值，在收到荧光光谱测量系统发送的待测宝石级斜长石荧光峰强度值后自动计算出待测宝石级斜长石与天然宝石级斜长石标样的强度比值，并与分析鉴定系统内设定的判定值进行比对，得出判定结果；

分析鉴定系统内的判定值设定为：当0.1<判定值<4时，对应的判定结果为天然，当5<判定值<100时，对应的判定结果为铜扩散处理，当4<判定值<5或判定值>100时，判定结果为未知；

所述显示系统用于显示分析鉴定系统的判定结果。

本发明具有如下有益效果：

1、采用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定是一种无损伤的鉴定方法，检测速度快，鉴定的准确度和可靠性高；

2、本发明采用了非常规波段的紫外光源作为宝石级斜长石的激发光源，才使得铜扩散处理宝石级斜长石和天然宝石级斜长石之间表现出明显的荧光信号差异。采用宝石鉴定中常用的254 nm和365 nm的紫外光作为宝石激发光源时，铜扩散处理宝石级斜长石和天然宝石级斜长石均表现为荧光惰性，无法区分。

附图说明

图1为310 nm紫外光照射下天然宝石级斜长石和铜扩散处理宝石级斜长石肉眼观察到的荧光特征；

图2为运用光谱测试装置采集荧光光谱信息的方法流程图；

图3为采集到的天然宝石级斜长石在350-780 nm范围内的荧光发射光谱；

图4为采集到的待测宝石级斜长石（已知经过了铜扩散处理）在350-780 nm范围内的荧光发射光谱；

图5为采集到的待测宝石级斜长石在500-600 nm范围内局部放大的荧光发射光谱；

图6为采集到的待测宝石级斜长石（已知为天然）在350-780 nm范围内的荧光发射光谱；

图7为罗丹明B乙醇溶液荧光强度与浓度之间的线性关系；

图8为铜扩散处理宝石级斜长石的三维荧光光谱；

图9为宝石级斜长石鉴定装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明公开的一种运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法进行详细描述。

图1为310 nm紫外光照射下天然宝石级斜长石和铜扩散处理宝石级斜长石肉眼观察到的荧光特征。从图中可以看出，天然的宝石级斜长石在310 nm紫外光照射下基本没有荧光，但是铜扩散处理的宝石级斜长石发出很强的紫色荧光。在黑暗的环境中可以获得更好的肉眼观察效果。图1中照射宝石的紫外光源为310 nm的紫外LED，功率为5W，可以从市场上买到。在本发明中，为了适应不同的宝石大小，或者为了一次同时观察多颗宝石，可以选用更大功率的紫外LED，或者将多个紫外LED集成在一起，也可以选用其它商业化的280-350nm波段内的紫外光源对样品进行照射。根据本发明的具体实施方式，铜扩散处理宝石级斜长石的最佳激发紫外光源的波段优选为300-340 nm，选用这个波段的紫外光源可以获得最好的观察效果。

本发明中用到的铜扩散处理宝石级斜长石参照公开号为CN112453419B、CN112226818B发明专利制备得到，天然宝石级斜长石直接从不同产地的宝石矿区购买，保证天然宝石级斜长石来源的可靠性。

图2为运用光谱测试装置采集荧光光谱信息的方法流程图。根据该流程图，步骤S1是以280-350nm范围内任一波长的光作为激发光源，固定荧光光谱测量系统的仪器参数，采集待测宝石级斜长石和荧光标样在350 nm到780 nm范围内的荧光发射光谱。280-350 nm波段是宝石级斜长石的最佳激发波长范围。图3为采集到的天然宝石级斜长石在350-780 nm范围内的荧光发射光谱，测试选用的激发波长为320 nm。从图3中可以看出，天然宝石级斜长石在380-400 nm之间有一个发射峰，发射峰的强度位于292-568 cps之间，因为天然宝石级斜长石为天然产物，不能保证每一颗宝石级斜长石的荧光发射峰强度相同，图3中给出了5颗天然宝石级斜长石的荧光光谱。以这5颗天然宝石级斜长石的荧光发射峰强度的平均值作为天然宝石级斜长石标样在380-400 nm范围的荧光发射峰强度。选取荧光发射峰强度最接近平均值的天然宝石级斜长石作为标样，用于每次测试前对荧光光谱测量系统进行校正。具体地，可以采集更多天然宝石级斜长石的荧光光谱，然后同样地取平均值作为天然宝石级斜长石标样在380-400 nm范围的荧光发射峰强度。根据发明人的实验，测量5颗天然宝石级斜长石获得的平均值与测量30颗时得到的平均值相近，所以发明人认为天然宝石级斜长石的荧光光谱采集数量在5-100之间比较合适。当然，采集的天然宝石级斜长石的标样数量越多，数据的代表性就越强。此外，天然宝石级斜长石的来源要尽可能地覆盖所有的天然宝石级斜长石产地，在本实施方式中测量的5颗天然宝石级斜长石分别来自美国俄勒冈州的Ponderosa矿、Dust Devil矿以及Butte矿，还有2颗来自埃塞尔比亚的Afar地区，颜色包含了红色、绿色、橙色和红绿双色。需要说明的是，本发明中所描述的天然宝石级斜长石在商业上也称为太阳石。

步骤S2是分析采集到的待测宝石级斜长石与荧光标样的荧光光谱，获得380-400nm范围内待测宝石级斜长石的第一荧光发射峰强度值和380-780 nm范围内荧光标样的荧光发射峰强度值。图4为采集到的14颗待测宝石级斜长石在350-780 nm范围内的荧光发射光谱，测试选用的激发波长为320 nm，所有仪器的参数和测试条件和图3中天然宝石级斜长石的一致。这14颗样品是已知的经过铜扩散处理的样品，用来验证本发明中鉴定方法的准确性。对待测宝石级斜长石的测试面不作要求，即可以是天然产生的断面，也可以是抛光后的表面。从图4中可以看出，相比于天然宝石级斜长石的荧光光谱，这些待测宝石级斜长石的荧光光谱在380-400 nm范围内的荧光发射峰的强度值都很大，位于2661-7046 cps之间，这14颗宝石级斜长石的颜色有深红色、红色、淡红色、橙红色、绿色以及红绿双色。

图6为采集到的5颗待测宝石级斜长石在350-780 nm范围内的荧光发射光谱，测试时选用的激发波长为320 nm，仪器的所有参数设置保持和图3中天然宝石级斜长石光谱测试时的一致。这5颗待测宝石级斜长石是已知的天然样品，用来验证本发明中鉴定方法的准确性和可靠性。对待测宝石级斜长石的测试面不作要求，即可以是天然产生的断面，也可以是自然风化后的表面，也可以是抛光后的表面。从图6中可以看出，这些待测宝石级斜长石在380-400 nm范围内的荧光发射峰的强度值与天然宝石级斜长石相当，位于434-877 cps之间，这5颗样品中有2颗为红色，1颗为橙色，1颗为绿色，1颗为红绿双色。

步骤S3是计算待测宝石级斜长石与荧光标样荧光发射峰强度的比值，根据该比值的大小，对宝石级斜长石进行鉴定。图3中5颗天然宝石级斜长石在380-400 nm范围内的荧光发射峰强度的平均值为420 cps。图4中14颗待测宝石级斜长石在380-400 nm范围内的荧光发射峰强度值分别为3437 cps、7046 cps、5707 cps、3381 cps、5115 cps、2661 cps、3099 cps、5482 cps、5359 cps、6226 cps、5359 cps、5224 cps、2866 cps、5657cps，因此计算出来的待测宝石级斜长石与天然宝石级斜长石荧光标样发射峰强度的比值分别为8.2、16.8、13.6、8.1、12.2、6.3、7.4、13.1、12.8、14.8、12.8、12.4、6.8、13.5。根据判断方法，比值在5~100之间，这些待测宝石级斜长石经过了铜扩散处理。

图6中5颗待测宝石级斜长石在380-400nm范围内的荧光发射峰强度值分别为877cps、825 cps、773 cps、554 cps、434 cps，因此计算出来的待测宝石级斜长石与天然宝石级斜长石荧光标样荧光发射峰强度的比值分别为2.1、2.0、1.8、1.3、1.0。根据判断方法，比值在0.1~4之间，这些待测宝石级斜长石是天然的，未经过铜扩散处理。

在步骤S3中，天然宝石级斜长石荧光标样可以替换为荧光发射峰强度值相等的罗丹明荧光标样。具体地，可以将罗丹明B溶解在乙醇或水中配制不同浓度的标准溶液，根据现有技术以及本发明的实验结果，当罗丹明B乙醇溶液或水溶液的浓度低于0.005 g/L时，罗丹明B乙醇溶液或水溶液的荧光强度与浓度呈线性关系，图7给出了罗丹明B乙醇溶液荧光强度与浓度之间的线性关系，仪器的所有参数设置保持和图3中天然宝石级斜长石光谱测试时的一致。在本发明中的具体实施方式中，5颗天然宝石级斜长石在380-400 nm范围内的荧光发射峰强度的平均值为420 cps，对应荧光强度的罗丹明B乙醇溶液的浓度为0.00047 g/L。

步骤S4是根据500-600 nm范围内待测宝石级斜长石第二荧光发射峰的形状对宝石级斜长石进行辅助鉴定。从图5中局部放大的荧光发射光谱中可以看出，当555 nm附近有比较明显的荧光发射峰时，即第二荧光发射峰呈现先升高再降低的峰形时，可以作为判定宝石级斜长石经过铜扩散处理的辅助证据。

在本发明中，运用光谱测试装置采集280-350 nm波段的紫外光激发下的荧光光谱信息需要始终固定光谱测试装置的相关参数，我们在此仅示例性地展示了采用320 nm作为激发光源建立的判定方法，相应地可以采用不同的光谱测试装置选择280-350 nm波段内的任一波长作为激发光源建立相应的判定方法，图8为一颗铜扩散处理宝石级斜长石的三维荧光光谱，从图中可以看出，铜扩散处理宝石级斜长石的激发波长范围为280-350 nm。在这个波长范围内都可以激发铜扩散处理宝石级斜长石发出荧光。

图9为运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的装置结构示意图，包括了样品室、样品支架、光谱测量系统、分析鉴定系统以及显示系统。样品支架位于样品室内，用于放置待测宝石级斜长石，样品支架可以可以旋转，以适应不同形状的待测宝石。样品室为密闭空间，保证测量荧光光谱时不会受到外界环境光的干扰。荧光光谱测量系统用于测试和记录待测宝石级斜长石样品的荧光光谱，并自动读取380-400 nm范围内的荧光发射峰的强度值发送到分析鉴定系统。荧光光谱测量系统主要包括激发光源和用来测量光谱的光电元件两个部分，激发光源可以采用氙灯加单色器的传统方式，也可以采用280-350 nm范围内的LED光源，具体地可以将280 nm、290 nm、300 nm、310 nm、320 nm、330 nm的LED以正六边形的方式排列在一个轮盘上，通过轮盘旋转来变更为相应波长的激发光源。用来测量光谱的光电元件可以是光电倍增管、CCD或CMOS。

分析鉴定系统内预先存储有产自美国和埃塞俄比亚的天然宝石级斜长石标样在380-400nm范围内荧光发射峰的强度值，在收到荧光光谱测量系统发送的待测宝石级斜长石荧光峰强度值后自动计算出待测宝石级斜长石与天然宝石级斜长石标样的强度比值，并与分析鉴定系统内设定的判定值进行比对，得出判定结果。在鉴定装置的使用过程中，也可以采用标样测量模式建立新的光谱内标，标样测量模式下可以选择性地测试并记录5-100个天然宝石级斜长石的光谱。分析鉴定系统内的判定值设定为：当0.1<判定值<4时，对应的判定结果为天然，当5<判定值<100时，对应的判定结果为铜扩散处理，当4<判定值<5或判定值>100时，判定结果为未知。在鉴定装置的使用过程中，随着鉴定样品的数量不断增大，可以对系统内部预设的判定条件进行调整，进一步提高鉴定装置的判定准确性。最终的判定结果显示在显示系统上。

在本发明之前，还没有准确可靠的鉴定方法可以用来区分天然宝石级斜长石和铜扩散处理斜长石，因此也没有宝石鉴定机构能给消费者出具宝石级斜长石的鉴定证书和评估证书。本发明公开的运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法和装置可以准确高效地区分天然宝石级斜长石和铜扩散处理斜长石，因此，利用本发明中宝石级斜长石的鉴定方法或鉴定装置出具的宝石级斜长石鉴定证书和评估证书也视为本发明的保护范围。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法，所述荧光信号选自280-350 nm波段的紫外光照射下的肉眼观察特征、光谱测试装置采集的280-350 nm波段的紫外光激发下的荧光光谱信息中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法，其特征在于，所述肉眼观察特征的鉴定过程为：选用280-350 nm波段的紫外光照射待鉴定的宝石级斜长石，肉眼观察基本没有荧光，则该宝石级斜长石为天然产出，肉眼观察到明显的紫色荧光，则该宝石级斜长石经过了铜扩散处理。

3.根据权利要求1所述的运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法，其特征在于，通过光谱测试装置采集荧光光谱信息的鉴定过程包括以下步骤：

S1、以280-350 nm范围内任一波长的光作为激发光源，固定荧光光谱测量系统的仪器参数，采集待测宝石级斜长石和荧光标样在350 nm到780 nm范围内的荧光发射光谱；

S2、分析采集到的待测宝石级斜长石与荧光标样的荧光光谱，获得380-400 nm范围内待测宝石级斜长石的第一荧光发射峰强度值和380-780 nm范围内荧光标样的荧光发射峰强度值；

S3、计算待测宝石级斜长石第一荧光发射峰与荧光标样的荧光发射峰强度比值，根据该比值的大小，对宝石级斜长石进行鉴定；

S4、根据500-600 nm范围内待测宝石级斜长石第二荧光发射峰的形状对宝石级斜长石进行辅助鉴定。

4.根据权利要求3所述的运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述荧光标样选自天然宝石级斜长石、罗丹明中的一种；

天然宝石级斜长石为红色太阳石、绿色太阳石、橙色太阳石、红绿双色太阳石，产地为美国、埃塞俄比亚。

5.根据权利要求4所述的运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法，其特征在于，所述天然宝石级斜长石荧光标样选自380-400 nm范围内第一荧光发射峰强度最接近平均值的样品，所述平均值由5-100颗天然宝石级斜长石的荧光发射峰强度计算得到；

所述罗丹明荧光标样为浓度0.0001-0.005 g/L的罗丹明乙醇溶液或罗丹明水溶液。

6.根据权利要求3所述的运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法，其特征在于，在步骤S3中，待测宝石级斜长石与天然宝石级斜长石荧光标样第一荧光发射峰强度的比值位于0.1~4之间时，判定待测宝石级斜长石为天然的，待测宝石级斜长石与天然宝石级斜长石荧光标样第一荧光发射峰强度的比值位于5~100之间时，判定待测宝石级斜长石经过了铜扩散处理。

7.根据权利要求3所述的运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法，其特征在于，在步骤S3中，天然宝石级斜长石荧光标样可以替换为荧光发射峰强度值相等的罗丹明标样。

8.根据权利要求3所述的运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的方法，其特征在于，在步骤S4中，待测宝石级斜长石的第二荧光发射峰在500-600 nm波长范围内呈现先升高再降低的峰形时，辅助判定待测宝石级斜长石经过了铜扩散处理。

9.一种运用荧光信号对宝石级斜长石进行鉴定的装置，其特征在于，包括样品室、样品支架、荧光光谱测量系统、分析鉴定系统、显示系统；

所述样品支架位于样品室内，用于放置待测宝石级斜长石；

所述样品室为密闭空间，保证测量荧光光谱时不会受到外界环境光的干扰；

所述荧光光谱测量系统用于测试和记录待测宝石级斜长石样品的荧光光谱，并自动读取380-400 nm范围内的荧光发射峰的强度值发送到分析鉴定系统；

所述分析鉴定系统内预先存储有产自美国和埃塞俄比亚的天然宝石级斜长石标样在380-400 nm范围内荧光发射峰的强度值，在收到荧光光谱测量系统发送的待测宝石级斜长石荧光峰强度值后自动计算出待测宝石级斜长石与天然宝石级斜长石标样的强度比值，并与分析鉴定系统内设定的判定值进行比对，得出判定结果；

分析鉴定系统内的判定值设定为：当0.1<判定值<4时，对应的判定结果为天然，当5<判定值<100时，对应的判定结果为铜扩散处理，当4<判定值<5或判定值>100时，判定结果为未知；

所述显示系统用于显示分析鉴定系统的判定结果。

10.根据权利要求1-9中宝石级斜长石的鉴定方法或鉴定装置出具的宝石级斜长石珠宝鉴定证书和珠宝评估证书。

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