將紅外線漫射光譜應用在寶石鑑定

發佈:2015-04-08, 週三
Sapphire 藍寶石

傅氏轉換紅外光譜儀 (FT-IR) 常被用於鑑定剛玉是否經過熱處理[1]。以藍寶石為例,在光譜圖中,各波峰高度值的特徵,可以讓鑑定專家確定該藍寶石是否已經過熱處理,並已經藉此提昇寶石的品質色澤

使用傅氏轉換紅外光譜儀來鑑定藍寶石,有兩種方式。一種方式是將較細小的紅外線光束穿透藍寶石,然後在另外一端以偵測器接收,並分析被吸收的光譜,可想而知,被吸收的部份只經過寶石的一小部份;另外一種方式,是以紅外線照射藍寶石,然後偵測反射回來的漫射光(Diffuse Reflection, 又稱為漫反射),這種方法稱為「漫反射傅氏轉換紅外光譜法」 (DRIFTS, Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy)。

一顆天然的藍寶石在 FTIR 的吸收光譜中,會在波數為 3160 cm-1之處,出現一個波峰。若在波數為 3309 cm-1之處,出現一個波峰,則這顆藍寶石,就有可能是經過熱處理強化的了。為什麼說「有可能」,因為未經熱處理的天然藍寶石,在波數 3309 cm-1之處,也會出現一個微弱的波峰。使用一般穿透式的 FTIR,很容易造成誤判。如下圖:

紅外線光譜儀鑑識藍寶石熱處理加工

穿透式的FTIR測試方法

經過研究發現,以DRIFTS方法來鑑定經過熱處理過的藍寶石,能夠大幅提昇鑑識精確度,並在3309 cm-1之處,出現一個很清楚的波峰。這是因為晶體在結晶的過程中,是由一層一層的原子堆疊而成,而且從結晶開始到結束,環境條件不停在變化,因此每一層都會跟另外一層不同。若是僅用細小的紅外線光束穿透藍寶石某個部份的話,很難看出全貌,這樣的光譜很容易讓人以偏概全。

因此,使用DRIFTS方法,較容易將紅外線照射整顆寶石,並在波數 3309 cm-1之處,得到完整的振幅,清楚地辨識出經過熱處理過後的藍寶石:

DRIFTS FTIR 測量方式

DRIFTS的FTIR測試方法

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[註1] 關於剛玉的熱處理觀念,請參考李松村前輩的相關著作。