祖母绿中处理和合成检测方案(红外光谱仪)

thermoscientific SCIENTIFICThermo Fisher Scientific Inc. 及其子公司的资产，除非另有指明。 傅里叶变换红外光谱技术鉴别祖母绿：识别经处理和合成的祖母绿 七 作者： Stephen Lowry， Ph.D.， Thermo Fisher Scientific， Madison， WI， USA 关键词：鉴别仿制品·鉴别合成品·处理检测 一些最珍贵的宝石是自然形成的，形状较大，具有完美无瑕的特定颜色。尽管祖母绿是比较常见的宝石，但在自然形成的过程中，只有少量的祖母绿不含杂质、裂纹或其他缺陷。正如所有宝石一样，祖母绿可以通过对石材外观的改进获得巨大的价值，而这一改进过程导致很多人为加工因素。传统上会使用天然油和蜡来提升祖母绿的外观。近年来，宝石外观改进采用了更先进的技术，以便于在石材中注入与祖母绿具有相同折射率的环氧树脂或聚合物。在某些情况下，聚合物的颜色与祖母绿是匹配的。采用天然油改造宝石的方法常常被认为是可以接受的，但使用折射率匹配的合成聚合物对宝石进行处理的办法却不被认可。 合成祖母绿的若干进程中，最常见的方法是水热法和助溶剂法。红外光谱是识别加工和合成祖母绿的有价值工具。祖母绿是一种绿宝石主要成分是铝、铍硅酸盐；微量的铬用来形成颜色的。在本应用报告中，我们将阐述几个使用FT-IR光谱仪分析祖母绿1-4的例子。 实验 使用赛默飞 NicoletTMSummit FT-IR 光谱仪搭配珠宝测试可获得祖母绿的优质红外光谱图。4cm1的光谱分辨率足以进行祖母绿的分析。测量时间则取决于红外检测器和通过样品的信号量。 下图显示了宝石测试附件和漫反射附件能够提供透光石材的等效信息。(这些光谱是在一分钟以内从小块宝石中取得的)。 图2：一小块祖母绿的光谱 显示出在5000到7000cm1范 围内的有价值谱峰 对于识别宝石是否经过处理的最重要光谱区是在约3000cm1处。这一区域的峰值一般对应于有机化合物中的C-H键。这些峰值的确切位置显示了大量关于有机物质的化学结构信息。下图详细显示了上述祖母绿的吸收光谱和普通烃油或蜡的光谱。下部的光谱是经过光谱特征数字减影的祖母绿中烃油的光谱。烃油谱峰的完全消失清晰地表明了油或蜡的存在。 图3：来自于祖母绿光谱的烃油参考光谱的谱减，其中的谱峰表明石材经过处理 虽然识别有机物质的存在是相对容易的，但从聚合物中区分天然油却有难度。然而，大多数用于加工祖母绿的聚合材料含有芳香族的C-H峰。下图为经常用于宝石加工的材料和石蜡的光谱对比。高亮区域中包含的峰值与芳族烃对应。虽然该区域中存在的峰值表明宝石经过环氧树脂或聚合物的加工，但如肉桂油之类的某些天然油也含有少量的芳香族CH，这加大了识别过程的难度。 诸如最小二乘或相关匹配的计算机匹配算法，常常用于识别由可能会被视为天然材料的芳香油制成的合成聚合物材料。 图4：几种常用的祖母绿加工材料的参考光谱 对合成祖母绿的识别是更具挑战的。天然祖母绿中含有大量水和羟基(O-H)，可在红外光谱中检测到。下图对两方面的光谱进行了对比，一方面是在我们实验室中从一块绿色宝石上测得的光谱，另一方面为印度斋浦尔宝石检测试验室的GAGAN CHOUDHARY友情提供的一组光谱5. 图5：合成祖母绿的参考光谱 与天然祖母绿比较下，我们的石材是非常好的，体现为在3000cm-1处有烃类峰值的存在。而由助溶剂法加工的祖母绿在3400到4000cm1的范围内几乎没有羟基峰的存在。由水热过程加工的祖母绿显示出由于石材存在氯物种而形成的-系列峰值。然而，由俄罗斯水热过程加工的样品，其光谱与天然宝石十分类似。在天然祖母绿光谱中的近2350cm-1处有一个特征峰值，这可能对识别起到帮助作用。 结论 使用Nicolet Summit FT-IR光谱仪可方便地从祖母绿中获得高质量光谱，从而提供有价值的信息，帮助验证样品是未经处理的天然祖母绿。如果祖母绿是经过合成的，那么来自于助溶剂法的光谱显示非常低的水含量，且在羟基区域中显示弱峰。在许多由水热过程加工的宝石中，与铵离子和氯物种的存在相对应的峰值可用于鉴定目的。然而，由俄罗斯水热过程加工的祖母绿具有与天然宝石非常相似的光谱，因此对其进行鉴定是十分困难的。而在宝石经过加工的情况下，在约3000cm1处的C-H伸展区丁可清楚地显示有机物质的存在。如果峰值都很小并与脂肪族烃类对应，这可能是因为揉入石 材表面的皮肤油脂或天然油脂而造成的。 如果谱峰强度更大并与芳族烃对应，这很可能表明宝石已被加工。虽然然有分析技术可以解决所有的问题，但FT-IR光谱仪是现代宝石学实验室中富有价值的工具。赛默飞TQAnalystTM和OMNICTMMacros可为许多关键分析研究提供一键式的便利。 ( 参考文献 ) ( 1 . D.W. Armstrong， X . Wang ， C. R . Beesley， and R. Rubinovitz. RapidSpectroscopic Discrimination b e tween natural an d synthetic emeralds，rubies， and alexandrite. Am Lab 2000； 32 (June) 26-34. ) ( 2. Identification of Clarity Enhancement s in Emeralds；Gemlab Research ) ( 5； June/1/2002， Thomas H ainschwang， http：//www.gemlab.net/pdfdateien/EmeraldTreatmentsEngl.pdf ) ( 3. Stockton， C .M.， The Separation of N a tural from Synthetic Emeraldsby Infrared Spectroscopy， Gems & Gemology， 23/2， 96-99， 1 987 ) ( 4. Adamo， l . e t.al. ， Characterization of the New Malossi HydrothermalSynthetic Emerald， Gems & Gemology， Vol 41/4，228-238，2005. ) ( 5. S. Fernandes，M . K a hn and G. Choudhary， A Compilation of InfraredAbsorbtion S pectra o f Some Specific Gemstones As an Aid to TheirIdentification， Australian Gemologist， 21， 361-367，2003. ) ( 服务热线：80 0 8105 118 / 4 0 0 6505118 ) 赛默飞材料与 中文网站：www.thermofisher.com 结构分析官方微信 E-mail地址： sales.msd@thermofisher.com 使用Nicolet Summit FT-IR光谱仪可方便地从祖母绿中获得高质量光谱，从而提供有价值的信息，帮助验证样品是未经处理的天然祖母绿。如果祖母绿是经过合成的，那么来自于助溶剂法的光谱显示非常低的水含量，且在羟基区域中显示弱峰。在许多由水热过程加工的宝石中，与铵离子和氯物种的存在相对应的峰值可用于鉴定目的。然而，由俄罗斯水热过程加工的祖母绿具有与天然宝石非常相似的光谱，因此对其进行鉴定是十分困难的。而在宝石经过加工的情况下，在约3000cm-1处的C-H伸展区域可清楚地显示有机物质的存在。如果峰值都很小并与脂肪族烃类对应，这可能是因为揉入石材表面的皮肤油脂或天然油脂而造成的。如果谱峰强度更大并与芳族烃对应，这很可能表明宝石已被加工。虽然没有分析技术可以解决所有的问题，但FT-IR光谱仪是现代宝石学实验室中富有价值的工具。赛默飞TQAnalyst™和OMNIC™Macros可为许多关键分析研究提供一键式的便利。