大型仪器在宝石学中的运用

大型仪器在宝石学中的运用宝石学研究珠宝玉石的学科。是以矿物学和岩石学为基础，并与材料学、工艺美术学等一些学科互相渗透发展起来的一个新的学科。已经在大学中度过了两年了，在第三年中，我们应当对于我们的专业需要有一个更加升入的了解。我们需要更加升入研究珠宝玉石的化学成分、矿物组分、结构和构造、物理性质、化学性质、形成的地质环境和成因机制、分布规律及其资源开发，人工珠宝玉石制造、改善，珠宝玉石款式设计与加工工艺，珠宝玉石市场规律与经贸特点。通常我们在平时的研究学习中，我们通常会运用到许多的仪器，就像钻石鉴定中的热导仪，是由于钻石具有极高的导热性能，用于鉴别钻石及其仿制品。又例如分光镜，宝石的颜色是宝石对不同波长的可见光选择性吸收造成的。未被吸收的光混合形成宝石的体色。宝石中的致色元素常有特定的吸收光谱。通过观察宝石的吸收光谱，可以帮助鉴定宝石品种，推断宝石的致色原因，研究宝石颜色的组成。还有二色镜，二色镜是用来专门观察宝石多色性的一种常规仪器。多色性在某些情况下也是判定宝石品种的依据，尤其是当折射仪，偏光镜等仪器不能确定有色宝石是均质体还是非均质体时，二色镜能非常有效地判断有色宝石的光性特征。还有偏光镜，紫外灯，折射仪，显微镜等等。现代高新科技的发展，促进了新的合成及人造宝石及优化处理宝石品种的相继面市。一些合成宝石与天然宝石之间的差别日趋缩小，一些优化处理宝石的表面及内部特征与天然宝石相差无几，使得宝玉石鉴定中的一些疑难、热点问题应运而生。一些传统、常规的宝石鉴定仪器及鉴定方法已难以满足珠宝鉴定的要求。近年来，国外一些大型分析测试仪器的引进及应用，使我国珠宝鉴定与研究机构初步摆脱了过去那种单一的鉴定对比模式。迄今，珠宝鉴定工作者主要用它们来解决传统的检测仪器所无法解决的某些疑难问题。不容置疑，先进的分析测试技术在宝石学鉴定与研究领域中将发挥出愈来愈重要的作用。仅仅运用这些常用仪器只能对于宝玉石做一个比较初步的观察与鉴定。大型仪器往往会给予我们更多，更加详细的资料和数据。有助于我们对于宝玉石来做一个更加深入，更加准确的去了解，观察宝玉石。通过对于一些书籍的翻阅和网上资料的搜索，我逐步认识了许多大型仪器。对于我继续深入研究宝石学有了更好地认知。一、阴极发光仪阴极发光仪主要由真空系统、电子枪、控制系统和样品仓等部分组成，为了观察需要，还需配备体宝石显微镜和照相系统等辅助设备。它可以帮助我们去区分天然与合成红宝石，天然与合成砖石，还有天然和合成的翡翠等等。阴极发光仪是运用高能量的电子束激发宝石使之发光称为阴极发光，阴极发光仪作为宝石的一种无损检测方法，近年来在宝石的测试与研究中得到了较广泛的应用。具体原理是固体能带理论认为，宝石矿物内存在价带、禁带和导带。在高能量的电子束激发下价带电子被激发到导带，形成不稳定的激发态。处在激发态的电子通过各种形式释放能量回到基态。如果以可见光的形式释放能量，就形成阴极发光。宝石矿物可以因为含有微量的杂质成分、结构缺陷，而有不同的阴极发光颜色、图式和光谱。1）区分天然与合成钻石：阴极发光技术最成功的应用就是能迅速有效地区分天然和合成钻石。天然钻石多发出相对均匀的中强蓝色一灰蓝色光，并显示生长环带结构；由于合成钻石晶体多发黄绿色光,并显示几何对称的生长分区结构。2）区分天然与合成红宝石：在电子束的激发下，焰熔法和晶体提拉法合成红宝石发很强的亮红色光，并显示特征的弧形生长纹结构；水热法合成红宝石显示微波纹状生长纹结构；反之，天然红宝石多发中等强度的深红色或紫红色光，并显示六方生长环带或角状生长带。3）区分天然与处理翡翠在电子束的激发下，天然翡翠显粒状变晶发光结构，呈紧密镶嵌，晶粒发育较完整，偶显环带发光结构。部分具碎裂结构的天然翡翠中，其粒间似胶结物质的发光强度远大于主晶。反之，充填处理翡翠呈典型的碎粒或充填发光结构，碎粒间隙充填物基本不发光。二、激光拉曼光谱仪拉曼效应，也称拉曼散射，1928年由印度物理学家拉曼发现，指光波在被散射后频率发生变化的现象。拉曼光谱，是一种散射光谱。是基于拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。拉曼光谱能迅速判断出宝石中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，为宝石鉴定工作者提供了一种研究宝石中分子成分、分子配位体结构、分子基团结构单元、矿物中离子的有序一无序占位等快速、有效的检测手段。宝石中包体的成分和性质对其成因、品种及产地的鉴别具有重要的意义。传统的固相矿物包体的鉴定与研究方法是将矿物包体抛磨至样品表面，尔后采用电子探针分析测试之。而对流体包体的研究则主要采用显微冷、热台去观察冷冻和加热过程中，流体包体内各物相的变化特征，测定均一温度、低共熔点温度及冷冻温度，最终通过相平衡数据去推断或计算流体包体的分子成分、密度、形成温度、压力及盐度等。上述方法均属破坏性测试，显然于宝石鉴定与研究。拉曼光谱具有分辨率和灵敏度较高且快速无损等优点，特别适于宝石内部1μm大小的单个流体包体及各类固相矿物包体的鉴定与研究。例如，利用拉曼光谱对辽宁50号岩管金刚石包体的测试结果表明，该地区金刚石中常见的矿物包体类型为橄榄石、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。三、X射线荧光光谱仪自从发现X射线之后不久，第一批X射线光谱数据，阐明了原子结构和X射线发射之间的关系，并验证出X射线波长与元素原子序数之间的数学关系，为X射线荧光分析奠定了基础。1948年由弗里特曼和伯克斯设计出第一台商业用波长色散X射线光谱仪。自20世纪60年代后，由于电子计算机技术、半导体探测技术和高真空技术日新月异，促使X射线荧光分析技术的进一步拓展。X荧光分析是一种快速、无损、多元素同时测定的现代测试技术，已广泛应用于宝石矿物、材料科学、地质研究、文物考古等诸多领域。X射线荧光光谱仪具有重现性好，测量速度快，灵敏度高的特点。能分析F(9)～U(92)之间所有元素。自然界中产出的宝石通常由一种元素或多种元素组成，用X射线照射宝石时，可激发出各种波长的荧光X射线。为了将混合在一起的X射线按波长(或能量)分开，并分别测量不同波长(或能量)的X射线的强度，以进行定性和定量分析，常采用两种分光技术。1）波长色散光谱仪。它是通过分光晶体对不同波长的x射线荧光进行衍射而达到分光的目的，然后用探测器探测不同波长处的x射线荧光强度。2）能量色散X射线荧光光谱仪。它是利用荧光x射线具有不同能量的特点，将其分开并检测，不必使用分光晶体，而是依靠半导体探测器来完成。x射线荧光光谱仪适用于各种宝石的无损测试，我们可以用来鉴定宝石种属，区分某些合成和天然宝石以及鉴别人工处理宝石。宝石学不仅仅是一门新兴产业，有着光明的前景。有时候在我看来也是一场与不发黑心商贩斗智斗勇的一场斗争。有机会可以去查询甚至去实践一下那些大型仪器，对于我们更加深入研究宝玉石，研究材质，包裹体等等。只是大型仪器对于我们学生来说还是有着相当大的限制条件的。在以后一年的学习中，更加努力，专注的研究宝玉石相关知识，希望对以后的就业，对自己的前途有所帮助。