使用背散射配置拉曼光譜快速鑒定藍寶石表蒙子

■文/馬文平 楊繼勝 張大為

近些年來隨著經濟的發展，手表已不再用于簡單的計時，部分手表已經成為高檔裝飾品。表蒙子的發展也 經歷了普通玻璃、強化玻璃、樹脂發展到今天的帶金剛石鍍層強化玻璃和藍寶石等價格較為昂貴的材料。由于較高的光透過率，以及高達9的莫氏硬度，藍寶石材料是理想的表蒙子材料。但由于其價格成本相對較高，市場上以普通玻璃或樹脂表蒙子冒充藍寶石表蒙子坑害消費者的事情時有發生。由于目前玻璃和樹脂產品技術的發展，單純從外觀和經驗判斷已經不能夠有效鑒別假冒藍寶石表蒙子。常用的表征方法對樣品要求嚴格，無法做到快速、無損的鑒定。因此，無損、準確、快速鑒定藍寶石表蒙子顯得十分迫切。本文提出一種使用背散射配置拉曼光譜無損、快速鑒定藍寶石表蒙子的方法。

基本原理：當頻率為v的單色光照射到樣品上時，在散射光中，除很大一部分的頻率仍為v外，還有一小部分的頻率為v±△v的散射光。其中，頻率沒有變化的散射光被稱為瑞利線，頻率發生變化的散射光被稱為拉曼線。

拉曼頻移△v對應于物質的某個能級(振動、轉動或電子能級)之間的差值，物質結構的任何微小變化都會非常敏感反映在拉曼光譜中，因此，拉曼頻移提供了物質結構的相關信息。不同物質由于分子構成、結構不同，其拉曼頻移不同即特征拉曼峰位置不同，據此可以對測試樣品的組成成分和結構進行表征達到測定、鑒別的目的。

鑒別實驗：實驗樣品為購自市場上的普通手表，表蒙子未經拆卸，直接用于拉曼光譜測試。測試儀器為Horiba Jobin Yvon HR800光譜儀，激發光源為532nm固態激光器，曝光時間為5s，采集的波數范圍均為360-850cm-1，采集光路配置為背散射模式，試驗結果如圖1所示。

圖1 藍寶石表蒙子與普通玻璃表蒙子拉曼圖譜

從圖1中可以看出在波數范圍為360-850cm-1藍寶石表蒙子的拉曼光譜中可以明顯辨識出378、418、432、645、750cm-15個光譜峰，其全部為藍寶石的特征峰。藍寶石歸屬3mm點群，其中具備拉曼活性的光學振動分別為Eg模和A1g模。我們觀測到的378、432、750cm-1光譜峰歸屬Eg模，418與645cm-1光譜峰歸屬A1g模。對于玻璃表蒙子，由于玻璃為無定形態，拉曼光譜強度弱，在360-850cm-1波數范圍內僅觀察到中心位于556cm-1的半峰寬較大的光譜峰。因此，我們可以看出藍寶石表蒙子與玻璃表蒙子的拉曼光譜有明顯的可識別性，可以用來鑒定藍寶石表蒙子的真偽。

結論：使用背散射配置對藍寶石表蒙子和普通玻璃表蒙子進行了拉曼光譜采集。藍寶石表蒙子與普通玻璃表蒙子的拉曼光譜具有明顯的可識別性。在藍寶石表蒙子的拉曼光譜中觀察到分屬Eg模和A1g模的5個藍寶石特征峰，而在玻璃表蒙子的拉曼光譜中僅僅觀察到一個中心位于556c m-1的光譜峰，二者光譜峰差異明顯。同時由于拉曼光譜使用光子作為探針和功率密度較大的固體激光器作為激發光源，可以在對表蒙子無任何損傷前提下快速采集光譜。并且在背散射配置下，可在無需拆卸表蒙子情形下獲取光譜。因此，背散射配置下的拉曼光譜方法是一種快速、無損的鑒定藍寶石表蒙子的有效方法。