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拉曼光谱—宝玉石鉴定的重要手段 郭碧君 中国地质大学（北京） 珠宝学院 摘要：拉曼光谱是近代迅速发展起来的物理谱学分析技术,它是反映物质的分子特征,不同物种由于分子基因不同、结构不同,其拉曼峰特征不同,据此可以获取有用信息,达到测定、鉴别的目的。拉曼光谱技术作为一种客观、准确、定量的甄别宝石真伪,优劣级别的测试方法在宝石鉴定领域有着不可替代的重要作用。 关键词：拉曼光谱；宝石鉴定；天然宝石；人工宝石 引言 随着人们物质文化生活的不断提高，对外交往程度的扩大。精美华丽的各种珠宝集装饰和保值于一身,引起越来越多的兴趣和关注。随着珠宝市场的扩大，越来越多的人工宝石出现在各种场合，各种各样的造假手段令人眼花缭乱，防不胜防，然而传统的鉴定技术却显得力不从心。因此, 在我国珠宝首饰市场, 以次充好、以假乱真的情况屡有报道。无损、准确、快速鉴定宝石的组成和含量显得十分迫切。因此, 各种鉴定手段, 分析仪器应运而生。近年来显微拉曼光谱的问世, 使其在宝石鉴定领域内成为强有力、有时是独到的检测分析工具。从拉曼光谱的原理可知, 它所完成的鉴定工作要比其它传统的实验手段可靠得多, 且速度快, 可以做原位的, 非破坏性测量。目前,世界上几个较大的宝石研究实验室均用它作为权威性的分析工具。本文首先简介现今传统宝石鉴定所面临的问题及其新科技的发展, 然后概述拉曼光谱原理, 着重论述拉曼光谱技术对几种常见宝玉石的分析和鉴定, 最后总结拉曼光谱技术的应用特点及其优势。 一、宝石鉴定技术面临的挑战及发展 传统的宝玉石鉴定主要靠鉴定人员的经验,使用放大镜、显微镜、折射仪、比重计等非破坏性手段。但是随着高新科技的发展，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。当前宝玉石界面临的一项迫切任务是天然宝玉石和人工合成、优化宝玉石的鉴别。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。困难在于，合成宝石具有同天然宝石一样的化学成分和晶体结构,因此也具有同天然宝石一样的物理性质。从化学成分和物理性质上讲,它们是真正的宝石(一些物理性质还优于天然宝石),只是宝石其价值不仅取决于其品质,还与产出量及不可再生性有关。合成宝石生产的途径不同因而价值亦大不相同。一些经人工处理(包括致色和改善)的宝玉石与合成宝石的情况类似,即它们在主要化学成分、晶体结构和物理性质上与它们对应的天然宝玉石基本一致。上述合成宝石和经改善的宝玉石就很难用常规的宝玉石鉴定仪器与天然宝玉石区别开来。 为了解决这些宝玉石鉴定中的一些疑难、热点问题，一些新的方法和技术不断地被引入宝石学研究领域，为鉴定人工合成宝石和优化处理宝石提供了一种新的研究方法和分析方法，大大地推动了宝石鉴定技术和研究水平的提高。近20年来发展起来的波谱分析技术便是现今宝石研究中应用最多的测试技术，该技术已成功地应用于包括宝玉石在内的矿物学研究,并为鉴别人工合成宝玉石和致色改善的宝玉石提供了一种新的手段，为宝石鉴定工作的客观性、准确性、定量性提供有力的科学保障。 二、基本工作原理 拉曼光谱是近代迅速发展起来的物理谱学分析技术,其基于光的非弹性散射，通过作用提供分子振动的相关信息，可以反映物质的分子特征,不同物种由于分子基因不同、结构不同,其拉曼峰特征不同,，据此可以对测试样品的组成成分和晶体结构进行表征，获取有用信息,达到测定、鉴别的目的。 光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射，弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分，非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分，统称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。任何分子, 任何晶体由于它们的特定原子组成, 结构, 对称性, 因而有一系列特定的独有的振动, 称为声子谱或振动谱。这种谱实际上就是相应分子、晶体的“指纹”, 准确测量物质的声子谱就为识别晶体、分子提供了坚实的基础。测量晶体、分子振动指纹的方法主要有两种: 一是红外吸收光谱, 一是拉曼散射光谱。红外光谱里没有非极性分子的振动和转动光谱，因为只有带有固有电偶极矩的分子，其振转运动才会导致电偶极矩的变化，从而有电磁波的发射。拉曼光谱不受此限制，所以就成了研究分子振转运动的重要补充手段。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。 三、拉曼光谱技术对宝石的分析与鉴定 应用显微拉曼光谱鉴别几种宝石矿物的实践, 特别在鉴定方法上一般以前四强特征峰的峰位判定矿物的主要成分, 以线形和线宽评价宝石矿物的