珠宝鉴定——宝石鉴定大型仪器x

珠宝鉴定——宝石鉴定大型仪器x
珠宝鉴定大型仪器
在宝石鉴定时，常规鉴定仪器有时不能满足要求，这时采用大型仪器常可解决问题。

因
此，国、内外大的宝石鉴定机构、实验室、研究所均备有各类大型仪器以做鉴定、研究之用。

一、红外光谱仪
1、方法原理：物质的分子在红外线的照射下，吸收与其分子振动、转动频率一致的红外
光。

利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收，
对珠宝玉石的组成或结构进行定性或定量
分析。

红外光波长0.75-1000 μ m(0.78-1000 μ m)
能量均小于1ev
波长μm
波数cm-1
近红外区（泛频区）
0.75-2.5 μm
__-4000
中红外区（基本振, 动区）
2.5-25
, amp;, nbsp; 4000-400
远红外区（转动区）
25-1000
400-10
红外光谱分析结构常以波数作横坐标，以透射百分率或吸收百分率作纵坐标作图。

波数：波数是每厘米中波的数目，用
cm-1 表示，其数值等于波长（波长以厘米为单位）
的倒数。

红外区划分为三个区为近红外区、中红外区、远红外区，但只有中红外区的1250-400cm -1
频区是宝石矿物鉴定的指纹区，而4000-1250cm-1 特征频率区主要用于宝石中可能存在的官
能团。

2、仪器
红外光谱仪：傅立叶变换红外光谱仪、光栅式红外光谱分析仪
3、测量方法
无损鉴定：透射、反射、显微红外光谱。

(2) 有损鉴定：1μm样品，研磨成粉末，掺溴化钾，压成簿片，有效性可提高8 倍。

4、应用
宝玉石品种（物相）的鉴别
如钻石与CZ、YAG 等红外光谱图有明显区别。

矽线石、柱晶石、透辉石、S·G、R·I 相
近，不易区别，可采用红外显微镜反射法测定矿物的频振动鉴别。

钻石中杂质原子的存在形式及类型划分
钻石主要由碳原子组成，当其晶格中存在少量的N、B、H 等杂质原子时，可使钻石的物
理性质如颜色、导热性、导电性等发生明显的变化。

基于红外吸收光谱特征，有助于确定杂
质原子的成分及存在形式，并作为钻石分类的主要依据之一。

优化处理宝玉石的鉴别
如翡翠B 货、C 货以及镀膜翡翠的鉴定
货注胶（环氧树脂等）翡翠
2500-4000cm -1 有明显的羟基峰
蜡2800-3200cm-1
树脂3200cm-1
(铅玻璃充填的翡翠应选放大观察)
测试宝石中的羟基、水分子以鉴别天然与合成
如祖母绿与助熔剂法祖母绿及水热法祖母绿的鉴别。

欧泊、合成欧泊、紫晶、合成紫晶等。

, nbsp; (5) 仿古玉的鉴别
对老化、做旧处理的玉器，利用“漫反射红外附件”可对其玉质进行鉴定。

二、拉曼光谱仪
1、方法原理
光照射在物质上，除按几何规律传播的光线之外，还存在散射光，其中非弹性的拉曼散
射光，能提供分子振动频率的信息。

拉曼光谱能迅速定出分子振动的固有频率，
判断分子的
对称性，分子内部作用力的大小及一般分子动力学的性质，
能无损快速地鉴定珠宝玉石及其
内部包体或填充物。

2、仪器：激光拉曼光谱仪
3、测量方法：快速、无损、精确、微区
4、应用
包裹体研究
可分析距宝石表面5mm 范围内的包体，固相与流体包体均可确定其成分、成因等。

拉曼光谱测试辽宁50 号岩管中金刚石常见包体类型为橄榄石、铬铁矿、铬镁铝榴石、镁铝榴石、金属硫化矿物、石墨及流体包体。

鉴别天然与合成
可以鉴定助熔剂法合成红宝石中的助溶剂残余物等。

优化处理宝石的鉴别
如树脂充填翡翠、铅玻璃充填处理红宝石、钻石等。

相似宝玉石品种的鉴定
由于各硅酸盐类宝石中分子的基团的特征振动频率存在明显差异，导致各自拉曼光谱的表征不一。

可有效鉴别：黑色翡翠、黑色角闪石质玉、黑色钠铬辉石质玉、黑色蛇纹石质玉及黑色软玉等黑色相似玉种。

三、电子探针
1、方法原理
电子探针x 射线显微分析仪是微区化学成分分析法，可在一个微米级的范围内用电子束
激发样品产生特征x 射线信号，其波长、强度分别与元素的种类和浓度（含量）相关，从而
进行定性、定量分析。

电子探针成分分析一般是借助于入射电子束, 作用于样品表面产生的特征x 射线的波长
和强度来实现的。

电子探针定性分析的原理是根据莫塞莱定律：
1/2
(1/ λ)= K(Z- σ)
λ为特征x 射线的波长
为原子序数
k 为常数（取决于线系，如对
α
15
）
K 线系，K=2.48
×10
根据莫塞莱定律，通过测定x 射线的波长，即可确定样品中含有哪些元素，这就是电子
探针定性分析的原理。

将样品中所测得的某元素的特征x 射线强度与标准样品中相同元素的特征
比，得到x 射线强度比，将该比值进行原子序数修正、吸收修正和荧光效应修正。

x 射线强度相
从而得到
该元素在样品中的实际含量，这就是所谓的电子探针精确定量分析。

2、仪器
电子探针显微分析仪：波谱仪（波长分散谱仪）
能谱仪（能量色散谱仪）
波谱仪（WES ）：一般说来，入射电子束激发宝石产生的特征x 射线是多波长的。

波谱仪
利用某些分光晶体对x 射线的衍射作用来达到使不同波长分散的目的，通过测量对应某元素
的适当谱线的x 射线强度就可以得到这种元素的定量结果。

为了排
除波谱仪在检测不同元素
谱线时条件不同所产生的影响，一般采用化学成分已知的标样进行标定。

能谱仪（EDS）：能谱仪与波谱仪不同，它是利用特征x 射线能量不同而进行展谱分析的
方法，当高能电子束轰击宝石样品时，宝石样品中各种元素都被激发而放射出不同能量的
x
射线，能谱仪将这些x 射线收集起来，按能量大小，将其分类并快速显示出谱线再加以检测，从而进行定性定量分析。

波谱仪分辨能力强，还会做精确的定量分析，而能谱仪能进行多元素快速定性和定量分析，但精度比波谱仪差。

3、测量方法
特点：
(1) 微区、微量：微是电子探针的主要特点，电子探针的检测极限约为100 ×10-6，所分析
的微区只有几个立方微米，它已成为研究新、杂、微、细矿物和固溶体的最有效手段。

也是
研究微量元素的主要方法。

简便快捷，一般电子探针都配备了光学显微镜，可以一面观察，一面分析，可以有效
地避开包裹体、缝隙和穿插连生矿物，选取理想的分析区域，几
分钟之内即可得到定量分析结果，非常迅速、简便。

适用范围宽，准确度高
电子探针定性分析元素范围为
Be-U （第
4 号-92 号元素）
定量分析元素范围一般为
Na-U （11 号-92 号元素）
有多种分析方式，能利用多种信息，可以进行点、线、面的分析，能得到试样微区化学成分，表面形貌和结构特征等多种信息。

不损坏样品，样品分析具有无损性，分析后可完整保存或继续进行其他测试，这对于
鉴定珠宝玉石、稀世珍品、博物馆珍藏等特别有用。

方法：电子探针做成分分析的3 种基本方法是：定点分析、线分析和面分析。

其中面分析能
得到样品的形貌像和某一元素的成分分布像，两者对比可以清楚地看到样品中部分的成分变
化。

4、应用
鉴别钻石与仿钻石
成分测试可准确鉴别钻石与仿钻石
鉴定宝石矿物的种类
成分分析可准确确定石榴石的种属，如镁铝—锰铝石榴石等
鉴别天然宝石与合成宝石
天然宝石与合成宝石尽管物理性质、化学性质相似，但生长环境却完全不同，化学性质
必然会有一定差异，尤其是微量元素方面，天然宝石常含丰富的微量元素，合成宝石只限于某种合成方法所特有的少数微量元素，因此成分分析可鉴别二者。

探讨宝玉石矿物的生长环境
如对新疆“西瓜”碧玺（玫瑰色内核和黄绿色外层），结合x 射线透射形貌分析，得到了电
气石颜色分带，结构分带与组成分带三者之间的对应关系，并据此定量地推断出晶体生长的全过程为：初期生长内核——轻微溶蚀、交代、沉积—再生长（外缘层），成矿溶液由初期富锰、铝、锂、贫铁、镁、钛，到后期的富铁、镁、钛、贫锰、铝、锂为特征。

宝玉石矿物中包裹体的鉴定
若有包裹体在已抛光宝玉石表面暴露，则可进行电子探针分析确定包裹体的成分，从而区分宝玉石的产地。

四、x 射线荧光光谱仪
1、方法原理
x 射线荧光光谱是通过x 射线管发出的初级x 射线激发样品中的原子，产生的荧光x 射线
通过探测器的测量，记录其波长和强度，进行元素的定性、定量分析：x 射线（λ0.001-10nm）
是一种波长很短的电磁波，介于紫外线和r 射线之间。

在高真空的x 射线管内，当由几万伏高电压加速的一束高速运动的电子流投射到阳极金
属靶（如钨靶、铜靶等）上时，电子的动能部分转变成x 光辐射能，并以x 射线形式辐射出
来。

从金属靶射出的x 射线主要由两类波长、强度不等的x 射线组成，即连续x 射线谱及特
征x 射线谱。

连续x 射线谱指在x 射线波长范围内，由其短波限开始并包括各种x 射线波长
所组成的光谱。

特征x 射线谱则指当加于x 光管的高电压增至一定的临界数值时，使高速运
动的电子动能足以激发靶原子的内层电子时，便产生几条具一定波长且强度很大的谱线，并
叠加在连续x 射线谱上，由特征x 射线组成的光谱称为特征x 射线谱。

特征x 射线谱源自原子内层的跃迁。

当, 高速运动的电子激发原子内层电子，而导致x
射线的产生，这种x 射线称为“初级x 射线”。

若以初级x 射线为激发手段，用以照射宝石样品，会造成宝石的原子内的电子发生电离，使内层轨道的电子脱离原子，形成一个电子空位，原子处于“激发
态”，这样外层电子就会自动向内层跃迁，填补内层电子空位，进而发射出一
定能量的
x 射。

由于它的波和能量与原来照射的
x 射不同，即“次
x 射”。

人
将种由于
x 射照射宝石而生的次
x 射称
x 射光。

通常
x 射光只包含
特征
x 射，而缺乏
x 射。

只要出光X 射的波，就可以知道元素的种，就是光X 射
定性分析的基。

此外，光X 射的度与相元素的含量有关，据此，可以行元素定量分析。

X 光光（XRF ）光生的原因是：光的生是由于初始x 射光子能量足大，
以致可以在品中生子一空穴，致二次射（光）的生。

2、器
射光光分析：波色散光、能量色散光
(1) 波色散光
波色散光是通分光晶体不同波的
X 射光行衍射而达到分光的目的，
然后用探器探不同波的
X 射光度，技称波色散
X 射光光
，其主要由X 射生器、分光系（晶体分光器）、准直器、器、多脉冲分析器及算机成。

能量色散光又称能量色散X 射光光。

它是利用光X 射具有不同能量的特点，将其分开并，不必使用分光晶体，而是
依靠半体探器来完成。

种半体探器有漂移硅探器、
漂移探器、高能
探器等。

X 光子射到探器后形成一定数量的子一空穴，
子一空穴在作用下
形成脉冲，脉冲幅度与
X 光子的能量成正比。

在一段内，来自宝石的光
X 射依
次被半体探器，
得到一系列幅度与光子能量成正比的脉冲，
放大器放大后送到多
道脉冲分析器（, 通常要
1000 道以上）。

按脉冲幅度的大小分脉冲数，脉冲度可以
用X 光子的能量度，从而得到数率随光子能量化的分布曲，即X 光能。

能
算机行校正，然后示出来，其形状与波似，只是横座是光子的能量。

能量
色散的最大点是可以同定品中几乎所有的元素。

因此，分析速度快。

另一方面，由
于能X 射的率比波高，因此可以使用小功率
X 光管激光
X 射。

另
外，能没有光那么复的机械机构，
因而工作定，
器体也小。

缺点是能量分
辨率差，探器必在低温下保存，元素困。

主要由X 射生器、器、放大器、多道脉冲分析器和算机成。

波色散光使用分光晶体，各元素的入探器之前已被分光，探器每次只
能接受某一波的；而能量色散光使用的探器和多道脉冲分析器，直接量不同能量的元素的特征X 的能量。

3、量方法
是快速、无、高精度和适用性的一种方法。

性：11 号— 92 号元素（Na-U ）
分析度：100% — 10-6
精度：千分之几
4、用
贵金属首饰成色检测
如使用241Am 放射性同位素源，适合于激发能量较高的Au(L 系)、Ag （K 系）、Pt（L 系）、
Pd（K 系）荧光，可用于贵金属成色分析。

（仪器有标准样品进行校正）
测定宝玉石中主元素，鉴别外观相似的宝玉石
测定宝玉石中微量元素，鉴别宝石矿物的亚种如红宝石波谱图上出现铬和铝峰；
蓝宝石波谱图上出现铝、铁和钛峰。

宝石产地、产状的识别
如泰国红宝石有高铁含量，缅甸抹谷红宝石具有高镓含量。

海水养殖珍珠锶比锰高
淡水养殖珍珠锰比锶高
合成宝石的鉴定
如天然尖晶石与合成尖晶石具有不同的镁铝含量比值
在合成钻石中经常可检测到含有Ni 、, Co 或Fe 等元素
优化处理宝石的鉴定
如检测银盐染色黑珍珠中的银
五、阴极射线发光仪
1、方法原理
通过电子束轰击样品使之发光，以研究其成分，晶体形态及二者相互关系等特征。

阴极发光是从阴极射线管发出的具有较高能量的加速电子束激发宝玉石矿物的表面，电
能转化为光辐射而产生的发光现象。

即物质在电子束轰击下产生的一种发光现象。

通常发生
的是可见光（也可以是紫外光或红外光），不同宝玉石由于含有不同的激活剂元素，因而产
生不同的阴极发光，其光波波长和强度与该物质的成分、结构、微量杂质等有关，所以，可
以利用阴极发光的颜色及其强度等信息，研究宝玉石矿物晶格中的缺位（如电子—空穴心）
以及杂质离子。

不同成因的宝玉石矿物在电子轰击下会发, 出不同颜色或不同强度的可见
光，同时一些与生长环境有关的晶体结构或生长纹也可得到显示。

因此，其可以用来鉴定宝
玉石矿物，确定宝玉石中微量杂质离子的种类、价态、配位体的对称
性。

2、仪器
阴极射线发光仪
组成：①显微照相系统（包括偏光显微镜）
②冷阴极电子枪
③样品室
④控制系统
⑤真空泵
3、测量方法
成本低、无损、快捷、制样简单
4、应用
在钻石鉴别和研究中的应用
a.天然钻石生长环带——研究和探讨形成环境的物理化学条件的变化
由于钻石生长环境的变化，物质成分的供应也产生变化，因此钻石在阴, 极发光下显示不
同的颜色和不同生长纹。

阴极发光环带结构特征综合体现了各种地质事件，对研究和探讨形成环境的物理化学条件的变化有着重要的意义。

b.区分天然与合成钻石
生长环境的不同，所接受的杂质成分含量的不同，造成天然和合成宝玉石在生长结构上
有不同的生长区，且具有规则的几何图形（受生长区控制）。

常见的八面体生长区呈十字交
叉状分布于晶体的角顶，发深蓝色和浅蓝色的光（
Collins A.T., 1989
）。

在电子束激发下，天
然钻石多发出相对均匀的中强蓝色
—灰蓝色光，并显示规则或不规则的生长环带结构；
由于
合成钻石晶体多以聚形（八面体和立方体）为主，在不同的生长区则发出不同颜色的光，并
显示几何对称的生长分区结构，如{100} 生长区发黄绿色光，分布于其中四个角顶，呈对称
分布，为十字交叉状。

籽晶幻影区发黄色光（或弱发光），位于晶体中心呈正方形。

而{111}
生长区呈环带分布。

c.区别处理前和处理后的钻石
同一颗钻石样品，在高温高压处理前的阴极发光为黄色，经高温高压处理后的阴极发光为蓝色。

d.钻石的缺限中心研究
宝玉石在阴极射线激发下可以发射出色调、谱位及强度不等的光，可利用阴极发光的图
彩和阴极发光光谱的表征，揭示缺陷中心及发光机理。

当辐照源的
高能粒子进入钻石，会形
成电子缺陷心，从阴极发光谱中可识别出ND1 心（发光峰位于388nm）和S1 心（发光峰位
于515-520nm ），NDI
心主要出现在
Ia 型钻石中，具有重要的标型鉴定意义。

S1 心属于一种
典型的辐射损伤心，一般发射强蓝绿色光（据开利剑，
2000）。

(3) 翡翠的阴极
, 发光
a.翡翠的阴极发光特征
—鉴别翡翠与仿翡翠及相似玉石
在阴极发光下翡翠的主要矿物成分硬玉通常发暗至中亮绿至黄绿色光；当硬玉成分较纯
时发亮紫红色光；当硬玉中不含铁而含钙和锰时往往发中至亮紫蓝色光和白色光；
依据阴极
发光图像能较好地区分翡翠和其他相似玉石和仿制品（张鼐等，
2000,
）
b.鉴别
A 、B、C 货翡翠
在阴极显微镜下翡翠的结构清楚可见，
A、B、C
货各有其明显的区别特征：
A 货：翡翠因杂质成分不同，其发光各有特色。

在阴极显微镜下以发暗绿—黄绿色光带
紫蓝色光为主，个别的发葡, 萄红色和白色光。

B 货：发均匀的亮绿—黄绿色光，晶体周边常被溶蚀成港湾状或参差状，裂缝充填，有胶，可发绿色的光，裂缝两侧的晶体溶蚀现象明显。

货：主要的阴极发光特征是裂缝发育且不发光，染料在裂缝向颗粒间隙渗透的特征在阴极发光下清晰可见。

锡石的阴极发光与成因研究
按阴极发光的特征将锡石分两种不同的成, 因类型：伟晶岩型锡石和热液型锡石。

综上述，阴极发光在宝玉石中的应用有：
鉴别相似的宝玉石
鉴别天然与合成的宝玉石
鉴别优化、处理的宝玉石
研究宝石的形成环境与成因等
六、扫描电镜（SEM ）
电子显微镜：是指利用高速运动的电子束来代替光波的一种显微镜。

一般光学显微镜不
能分辨小于其照明光源波长一半的微细结构。

由于电子束具有波动特性，其波长仅为可见光
波的十万分之一（约0.05?），故大大提高了显微镜的分辨本领，
能观察宝玉石等物质的极为
微细的结构状态，以及其表面微细缺陷观察和内部包裹体研究等。

电子显微镜的类型主要有：透射电子显微镜, 扫描电子显微镜（SEM ）
1、透射电子显微镜
即通常所说的电子显微镜。

其主要由光学系统、真空系统、供电控制系统和辅助系统等
四大部分组成。

电子光学系统是电子显微镜的主要组成部分，其工作原理与光, 学显微镜相
似，电子枪连续发射电子束，就相当于光学显微镜的光源；电磁透镜相当于光学透镜。

整个
电子显微镜的工作系统处于真空之中。

由电子枪发射出的电子束穿过极薄的宝玉石透明样
品，经电磁透镜聚焦后，即可在荧光屏上显示出被放大的图象。

2、扫描电子显微镜（SEM）
扫描电子显微镜由电子光学系统、扫描系统、信号检测系统、样品室和样品台、真空系
统等组成。

它兼具有电子显微镜、电子探针分析仪、电子衍射分析仪的性能，可
利用高能电
子束轰击宝玉石样品后所产生的二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子等作为信息，
从而对样品的微观表面形态和结构进行观察及研究。

它也可以利用其产生的特征X 射线，
通过能谱仪分析其能量或波长，以获得被测宝玉石矿物的化学成分及其相对含量。

放大倍数10 万—30 万倍
高能电子束与样品相互作用并从样品中激发出各种信息。

对于宝石工作者，最常用的是二次电子、背散射电子和特征X 射线。

（做形貌观察主要用二次电子和背散射电子）
扫描电子显微镜除了可运用于宝玉石的表面形貌外，它经常带能谱（EDS）做成分分析。

七、X 射线衍射仪
1、方法原理：
由于X 射线的波长与结晶物质内部的原子（或离子）大小相近，因此可产生定向反射—
衍射，据衍射图样可对结晶质的晶体结构及物相进行鉴别。

X 射线是波长约0.01~100? 的电磁波。

用于测定晶体结构的X 射线，波长为0.50~2.50?，这个波长范围与晶体点阵面的间距大致相当。

射线的散射分为相干散射和非相干散射两种。

相干的光子进行相互干
涉并产生一些衍射现象。

由X 射管生的X 射包含两部分：一部分是具有波的“白色”X 射，另一部
分是由阳极金属材料成分决定的有一定波的特征
X 射。

X 光在晶体中的衍射一定要足布拉格方程
[2d(hkl)sin
θ n=n，此λ]方程中符号的物理意：
d(hkl) ——晶面距（晶体点中原子面距）
θ——衍射角
(3)n ——衍射数，可取
1,2,3
?整数
(4) λ——x 射波
2、器
X 射衍射
3、量方法
多晶X 射衍射法分多晶照相法和多晶
表示衍射角2θ，坐表示衍射度I。

X 射衍射法两种。

X 光的衍射的横坐
多晶X 衍射法是物相定的最好方法，除了戒面，耳和小的挂件等
多晶成的玉
石可以不破坏品外，宝石的定需要破坏品，碾成粉晶（0.5 克）品。