将红外光漫射光谱应用在宝石鉴定

发布于 2015-04-08 18:37
Sapphire 藍寶石

傅氏转换红外光谱仪 (FT-IR) 常被用于鉴定刚玉是否经过热处理[1]。以蓝宝石为例,在光谱图中,各波峰高度值的特征,可以让鉴定专家确定该蓝宝石是否已经过热处理,并已经藉此提升宝石的品质色泽

使用傅氏转换红外光谱仪来鉴定蓝宝石,有两种方式。一种方式是将较细小的红外线光束穿透蓝宝石,然后在另外一端以侦测器接收,并分析被吸收的光谱,可想而知,被吸收的部份只经过宝石的一小部份;另外一种方式,是以红外线照射蓝宝石,然后侦测反射回来的漫射光(Diffuse Reflection, 又称为漫反射),这种方法称为“漫反射傅氏转换红外光谱法” (DRIFTS, Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy)。

一颗天然的蓝宝石在 FTIR 的吸收光谱中,会在波数为 3160 cm-1之处,出现一个波峰。若在波数为 3309 cm-1之处,出现一个波峰,则这颗蓝宝石,就有可能是经过热处理强化的了。为什么说“有可能”,因为未经热处理的天然蓝宝石,在波数 3309 cm-1之处,也会出现一个微弱的波峰。使用一般穿透式的 FTIR,很容易造成误判。如下图:

紅外線光譜儀鑑識藍寶石熱處理加工

穿透式的FTIR测试方法

经过研究发现,以DRIFTS方法来鉴定经过热处理过的蓝宝石,能够大幅提升鉴识精确度,并在3309 cm-1之处,出现一个很清楚的波峰。这是因为晶体在结晶的过程中,是由一层一层的原子堆叠而成,而且从结晶开始到结束,环境条件不停在变化,因此每一层都会跟另外一层不同。若是仅用细小的红外线光束穿透蓝宝石某个部份的话,很难看出全貌,这样的光谱很容易让人以偏概全。

因此,使用DRIFTS方法,较容易将红外线照射整颗宝石,并在波数 3309 cm-1之处,得到完整的振幅,清楚地辨识出经过热处理过后的蓝宝石:

DRIFTS FTIR 測量方式

DRIFTS的FTIR测试方法

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[注1] 关于刚玉的热处理观念,请参考李松村前辈的相关著作。