Yvette Mattley | 10 七月 2020
有一些技术工具可以帮助挫败造假者。拉曼光谱和相关技术可以有效、快速、轻松地鉴别许多天然宝石和人造宝石，而且无损，无需制备样品。
背景介绍
最常见的伪造和替代宝石包括钻石、祖母绿、红宝石和翡翠等宝石，以及琥珀、珊瑚和珍珠等物质。然而，所有这些宝石都具有独特的光谱特征，可以通过功能强大的光谱仪器和成熟的方法进行识别。
舉例來說，拉曼光譜學能夠探索寶石的分子結構。拉曼光谱提供的光谱指纹包含的峰值可与宝石的化学结构以及赋予祖母绿和红宝石等宝石独特色调的微量矿物和包裹体联系起来（图 1）。
图 1：拉曼光谱是宝石分析的绝佳工具。在此图中，为了便于比较光谱形状的差异，对强度进行了移动。
高功率、短波长光源所诱发的发光提供了额外的信息，可用于鉴定和检测各种宝石处理方法。例如，天然祖母绿和合成祖母绿具有相同的化学结构，因此具有相同的拉曼光谱。两者的深绿色都来自铬和钒离子杂质的存在，但其他金属杂质的浓度和存在的细微差别会影响铬光致发光带的强度和波长，从而使合成祖母绿与天然祖母绿区分开来。
还有更多。通过使用 532 纳米激发激光同时进行拉曼和光致发光测量，宝石学家可以确定珊瑚和淡水珍珠是否经过染色以增强其天然颜色，从而人为地提高其价值。
鉴定天然钻石
人工培育和人工处理的钻石经常被当作天然钻石出售，随着制造和加工方法的改进，鉴定变得更加困难。海洋光学解决方案合作伙伴1 开发的系统由我们的高灵敏度拉曼光谱仪提供动力， 能够同时测量拉曼信号和光致发光，对天然钻石及其模拟物进行全面分析。下面是两个例子：
- 天然钻石在 1332 cm-1 处有一个很强的拉曼峰值，而采用化学气相沉积（CVD）工艺生产的钻石则没有这样的峰值–这一特征几乎可以立即进行鉴定。
- 不太理想的棕色和灰色钻石则通过高压高温（HPHT）处理退火至接近无色。虽然经过 HPHT 处理的钻石价格比真正的钻石低 65%，而且可以作为天然宝石出售，但它们缺少天然钻石拉曼/光致发光光谱中常见的几个光致发光峰（图 2）。
图2.天然透明的钻石在530-600 nm波段的光致发光发射峰。
锆石是另一种天然宝石，加热使其无色，更类似于钻石。对两者进行拉曼分析可揭示每种物质的不同光谱特征（图3）。
图3.在比较钻石和锆石样品时可观察到明显的光谱差异。
鉴定琥珀标本
恰帕斯州的琥珀比波罗的海和其他地区的都硬，很适合珠宝和雕刻。这种化石树脂要数百万年才能形成，会被人造树脂和玻璃仿冒。
科研人员将假琥珀与波罗的海和恰帕斯州的比较，观察在457nm，488nm，514nm处激发的荧光。使用海洋光学的USB4000光谱仪，对两种琥珀测出了荧光，并与散射的激光叠加在一起，但对于假琥珀则没看到信号（图4）。
图4.与天然琥珀不同，假琥珀没有荧光反应。进一步的调查还揭示了恰帕斯州和波罗的海琥珀样品的差异。
波罗的海琥珀发射峰（535nm），恰帕斯州琥珀发射峰（525nm），发现两者也存在轻微不同。拉曼光谱还可将真假琥珀区分开，并可更清楚地识别来自不同地区的琥珀。
确定染色的珍珠
天然养殖的淡水珍珠有个宽且形状一致的发光峰，上面有文石和多烯化合物的小拉曼峰，而染过的淡水养殖珍珠呈现出多种发光曲线（图6），很容易鉴定染料的存在。
图5.天然淡水珍珠具有与文石（碳酸盐矿物）相关的拉曼特征峰。
图6.染色的珍珠产生各种发光曲线。
识别染色的珊瑚
天然彩色珊瑚有独特的拉曼峰（表示碳酸钙及聚乙烯类胡萝卜素），使其有各种颜色。当对染色珊瑚测试时，会看到更宽的光致发光谱（图7），二者均以不同波长为中心并且无拉曼峰。
图7.染色珊瑚具有宽广的发光曲线。
翡翠分类
图8.光谱分析显示出天然与人工合成祖母绿之间的细微差别。
祖母绿显示出两个Cr3+光致发光带，其确切位置受其他杂质影响，这样就可将合成和天然祖母绿区分（图8），合成的也比天然的有更高的铬离子浓度，导致更强的光致发光峰。
将光谱仪应用于其他宝石
负责识别和鉴定宝石的人员需要基于科学的全面设备。紧凑的光谱学系统可在许多层面上很好地发挥这一作用，可以检测与天然宝石、合成物和仿冒品相关的光谱峰和图案（图9）。
图9.“玉”一词描述了翡翠或软玉的矿物。拉曼光谱有助于揭示玉石类型和起源点的差异。
光谱学的力量超出了我们所有感官，它分析了材料的本质。模块化的光谱系统通过将仪器配置为用于研究的单一设置或集成到另一台设备的自定义解决方案，无论是在实验室还是在现场，都可以提供多种方法来应对假冒产品。
参考文献
1. GemmoRaman-532 from Magilabs Oy (Ltd) (gemmoraman.com).
2. López-Morales, Guadalupe, R. Espinosa-Luna, and Claudio Frausto-Reyes. “Optical characterization of amber of Chiapas.” Revista mexicana de física60.3 (2014): 217-221