X熒光光譜儀在珠寶玉石檢測中的應用

王 雷

(1.貴州省地質礦產中心實驗室,貴州 貴陽 550004；2.貴州省貴金屬及珠寶檢驗檢測中心,貴州 貴陽 550004)

近幾年來,隨著我國寶石優化處理技術及合成技術水平的大幅提升,珠寶玉石市場,涌現出多種光學性質和物理性質非常相似的寶石產品及人工仿制產品。仿制產品的增加大大提升了珠寶玉石的鑒定需求及難度,導致部分傳統的鑒定方法和鑒定工具無法滿足實際的檢測需要。為了化解這一難題,科研人員研發出X熒光光譜儀在寶石制品尤其是在仿制品方面的檢測應用,在珠寶玉石檢測方面彌補傳統檢測方法的不足,為部分仿制品與珠寶玉石產品提供鑒定依據。

由于絕大多數珠寶玉石的價格都比較昂貴,而且成色較好的珠寶玉石還具有一定的收藏價值和升值空間。所以珠寶玉石市場,存在著較大的真偽度鑒定檢測需求。尤其近幾年來,通過合成技術生產出來的珠寶玉石大量上市,不僅加大了鑒定需求,還加大了鑒定檢測的難度。為此,X熒光光譜儀在珠寶玉石方面鑒定的應用，憑借其分析效率高、檢測結果精準可靠、對珠寶玉石無損等技術優勢,被廣泛應用于珠寶玉石檢測工作中,發揮出非常重要的作用。為了進一步提高其應用水平,珠寶玉石檢測人員有必要針對X熒光光譜儀技術原理和應用技巧進行持續不斷的學習與探究[1]。

1 X熒光光譜儀的工作原理

X射線是一種波長介于紫外線和Y射線之間的電磁輻射。目前,雖然對其波長尚未形成一個明確的界定,但人們通常將X射線視為一種波長為 0.001～10 nm 的電磁輻射。其工作原理為：通過X射線管產生的一次射線,可以有效激發被檢測的珠寶玉石產生二次射線。此后,X熒光光譜儀便可以對珠寶玉石生成的二次射線進行檢測。但是,由于珠寶玉石本身含有多種元素,而每一種元素所釋放出來的二次射線能量大小、波長長度都存在著一定的差異。X熒光光譜儀的能量與入射輻射的能量并不存在直接關聯,而通過外層電子進入到內層空穴中所釋放出來的能量會通過輻射形式放出,產生X熒光,而這種能量與兩能級之間的能量差相等。由此看出,X熒光光譜儀的熒光能量或者波長只是一種特征性的,與不同的元素之間有著不同的對應關系。使用X熒光光譜儀對珠寶玉石進行鑒定檢測的過程中,檢測系統會自動收集珠寶玉石所釋放出來的二次射線能量以及波長信息,之后再對這些信息進行轉換處理,使檢測人員非常直觀的了解被檢測珠寶玉石當中都含有哪些元素及其含量,從而在較短的時間內提出一個相對準確的檢測結果[2]。

2 X熒光光譜儀在珠寶玉石檢測中的應用

雖然X熒光光譜儀在珠寶玉石檢測中有著非常顯著的應用效果,但為了確保檢測結果的科學性與真實可靠性,仍需要檢測人員根據實際狀況對X熒光光譜儀進行合理應用,充分把控好每一項檢測環節的工作質量[3]。例如，在實際珠寶玉石檢測工作中,除了需要針對一些相似珠寶玉石進行檢測以外,還需要鑒別其是天然珠寶玉石、還是經過優化處理的珠寶玉石或人工合成產品,還需要對珠寶玉石的種類地行科學鑒定。

2.1 在鑒別相似珠寶玉石中的應用

應用X熒光光譜儀對珠寶玉石進行檢測,可實現真正意義上的無損檢測。也就是說,X熒光光譜儀檢測在對珠寶玉石構成元素進行精準分析的同時,不會對珠寶玉石造成任何損傷與破壞。在目前珠寶玉石市場上,有多達兩百多種的原材料種類。在這些原材料當中,必然含有一些性質相似的種類。而利用傳統方式對珠寶玉石的種類進行檢測,則根本無法實現有效區分。以無色水晶和無色長石這兩種珠寶玉石為例,從外觀上看,二者不僅都是無色透明的,而且其折射率值和密度也基本相同,采用常規檢測方法無法對其做到精準區分。而通過X熒光光譜儀對這兩種玉石進行檢測,可以通過熒光光譜圖得出以下檢測結論：水晶的主要成分為硅元素；而長石則更加多元化,其主要成分為鈣元素、鉀以及硅元素。這說明使用X熒光光譜儀進行分析,可以非常精準的判斷和區分這兩種不同材質的珠寶玉石。另外,有一種外觀與海藍寶石和黃玉都較為相似的寶石材質,檢測人員使用X熒光光譜儀對該材質進行借鑒。通過檢測發現：海藍石的主要化合物為致色離子,它會導致該寶石呈現出海藍色,而一些類似于黃玉的組合化合物BeAl2SI6O18,其色心致色的主要成因是Fe2+；而且,在海藍寶石和黃玉中并沒有鈣元素。此時,珠寶玉石檢測人員基于自己的檢測經驗,對X熒光光譜儀色譜進行了分析,發現這種與海藍寶石和黃玉相近似的珠寶玉石屬于一種以陽離子為主的礦物質,其主要的成分為Ca5[PO4]3(Cl,OH),其鑒定結論為“磷灰石”[5]。

2.2 在珠寶玉石種類鑒定中的應用

一些珠寶玉石在佩戴過程中由于受到種類因素的影響,其外觀會出現不同程度的磨損、損傷等現象。通過X熒光光譜儀對其進行檢測,可以精準判定該珠寶玉石的種類。尤其在菱錳礦檢測中,X熒光光譜儀有非常顯著的應用效果。菱錳礦是一種較為典型的自色礦物,其主要成分是碳酸錳、鐵、鈣、錳等。其中,錳元素是致色離子,呈紅色,菱錳礦會隨著鈣元素、鐵元素含量的增加顏色逐漸變淺,當鈣元素含量達到一定程度時,甚至會完全替代錳元素。此時,菱錳礦呈黃色或者褐色。如果珠寶玉石為菱錳礦,其硬度相對較低,人們在佩戴一段時間這后,必然會出現一定程度的磨損。在這種情況下,采用傳統檢測手段無法對菱錳礦進行精準檢測使用X熒光光譜儀對其進行檢測結果才真實可靠[5]。

3 實物檢測

在此次實物檢測中,檢測的菱錳礦為飽和度較高的大紅色。單從其顏色上看,可以大體判斷其成分當中Mn含量較高、Ca含量相對較低、Fe含量很低,甚至不含Fe[6]。隨后,使用X熒光光譜儀對此結論進行檢測驗證。通過圖1看出,X熒光光譜儀在菱錳礦檢測中具有非常好的應用效果。

圖1 菱錳礦的X熒光光譜

隨后,又使用X熒光光譜儀對一塊似海藍寶石或黃玉的透明寶石進行檢測,由于此塊寶石的拋光欠佳,故未測出其折射率。但針對其它X熒光光譜儀檢測結果進行分析,出現Ca峰(見圖2),由于海藍寶石的成分是Be3Al2(Si2O6)3,致色離子為Fe2+,而黃玉的成分為Al2SiO4(F,OH)2,色心致色,都不含Ca元素[7]。因此,可以排除是海藍寶石和黃玉的可能性。

圖2 磷灰石的Ca特征譜線

通過以往的檢測經驗和X熒光光譜儀系統提示,判斷可能是磷灰石Ca5(PO4)3(F,OH,Cl),這是一種典型的陽離子為Ca的礦物。經過二色鏡和比重測試,使這一猜測得到證實。近幾年來,珠寶玉石市場上出現了一種夜光玉,其亮斑為磷光激發,呈現出一種神秘之感,對普通消費者和珠寶初識者都具有較大的迷惑性。經X熒光檢測儀測得其成分當中含有大量Sr。在天然寶石中,這種含有大量Sr的情況非常少見。因此,綜合密度等常規測試可以斷定此產品為人造鈦酸鍶[8]。

4 結語

近些年來,隨著合成技術的快速發展,大量人造珠寶玉石、經過優化處理的珠寶玉石流入珠寶玉石市場中。從表面上看,有些合成珠寶玉石甚至可以達到以假亂真的程度。在這種情況下,無疑給珠寶玉石鑒定工作帶來較大難度,也在無形當中加大了消費者的購物風險[9]。而X熒光光譜儀的應用解決了珠寶玉石鑒定的部分難題,相信隨著X射線熒光光譜技術的不斷發展,我國的珠寶玉石檢測水平還將得到更大幅度的完善與提升,使珠寶玉石檢測中的難點問題得到更加準確、高效、快捷的處理。屆時,X 射線熒光光譜儀在珠寶玉石領域內的應用范圍和檢測精度也必將實現大幅度提升,將有效推動我國珠寶玉石市場的健康發展。