拉曼、紅外線光譜儀Vs傳統鑑定儀器的優缺點

 

 

傳統寶石鑑定儀器的優點是,準確度高,操作容易,且費用較拉曼或紅光綫光譜儀便宜很多,純熟且有經驗的鑑定師的確可利用傳統儀器解開許多寶石的種種疑問。其實一個好的鑑定師應該很了解在寶石鑑定過程中只有三種狀況會發生()仿冒品()合成寶石()優化處理。什麼儀器針對那一種狀況,在G.I.A.整個鑑定系統中都分解的很清楚。一般傳統儀器基本上是可以解決這三問題的。但缺點是面對現在連G.I.A.都頭疼的一小部分的優化處理就不得不使用更精密高價的儀器了,但精密度高的儀器在寶石鑑定過程中,絕對是需要傳統儀器先配合做前置作業,才能做後面的結論。

 

    現在的寶石鑑定所面對這些問題,就必需要購買更高精密度的儀器。光買儀器還不夠,更需要充實自己的物理、化學、甚至光學方面的知識,要不然光買儀器使用,而鑑定比對不正確也沒有用,除了這些儀器外,是否有更高價位的儀器在未來中會使用到,這是必然的道理,比方說ED-XRF(能量X光螢光光譜儀)LA-ICP-MS( 雷射導入感應偶合電漿質譜儀)等等,這將是一個很大的財務壓力,所以未來可能會出現鑑定所中的鑑定所,也就是可能會出現國家級的鑑定所,是必然的趨勢。

 

基本的寶石鑑定三部驟為:仿冒品。合成寶石。優化處理。

仿冒品:

通常針對仿冒品的鑑定最主要的是折光儀測試,其折光率再配合比重,顯微鏡,螢光作用,體色,透明度,等其它寶石特性加以輔助檢測即可,倒不需要牛刀小試用到高價儀器如拉曼或紅外綫光譜,簡單準確性高,也不會複雜。

 

合成寶石:

   合成寶石不管鑄熔法、水熱法或火溶法,其特殊的內含物特徵,可配合顯微鏡觀察,通常是最正確的方法,因為天然寶石的內含物和人為製造出來寶石內含物是長相不同的。在G.I.A.系統中,分析內含物可以說是最重要的部份。當然

再配合一些其它特徵的檢測,也不需要用到拉曼或紅外綫光譜儀。

 

優化處理:

最後是針對寶石的優化處理, 至於可能發生的優化處理,主要是熱處理。玻璃填充處理。輻射線處理。染色處理。擴散處理。泡油處理。雷射攅孔處理。夾層處理。處理。硬玉B貨處理。挖底處理H.P.H.T.等等.雖然一般傳統儀器可以檢測出來,但其中有部份比較不明顯的優化處理因為考慮到更微量的化學結構分析,原子分子結構分析等等。

 

這時候就必需要精密度更高的儀器檢測,當然其儀器代價也更高,使用這些儀器又需要更專業的物理化學知識,真的是一山又比山高,鑑定所中的鑑定所。

 

以下是各種鑑定儀器的優缺點分析

 

拉曼光譜儀基礎原理

 

當光線照射到分子並和分子中的電子雲及分子鍵結產生交戶作用,如果入射光子有能量損失就會發生拉曼效應,所產生的振動分子圖譜,簡單說就是晶體的"指紋"和紅外綫光譜儀F.T.I.R.相輔相成,同樣是觀查分子振動的光譜, 只不過F.T.I.R.是吸收光譜利用(利用雷射光進入寶石內部的透視光),拉曼是利用雷射光進入寶石表面的散射光譜。

 

優點

 

1.拉曼光譜儀測試為非破壞性測試,而顯微型拉曼光譜儀甚至能測試寶石內部液態及固態的內含物,測試填充物質:如填充環氧樹脂類的B貨翡翠區分泡油祖母綠灌膠祖母綠。玻璃填充鑽石。及辨別晶格位移的鑽石(HPHT高溫高壓處理鑽石)

 

2.拉曼光譜儀能很迅速地檢測出經過HPHT處理後晶格位移的天然鑽石亦可鑑定CVD製程的人造合成鑽石。

 

3.拉曼光譜儀對於華人所鍾愛之硬玉翡翠的檢測有一定的優勢,由於紅外線光譜儀FTIR對於已鑲好的珠寶及雷射光無法穿透的翡翠測試效果不佳,造成許多珠寶不是要拆台,不然就是需要以效果較差的反射光檢測。而拉曼光譜儀相較起來就沒有這類的問題。而且由於它對有機化合物非常敏感,所以也能對目前造成鑑定界困擾的黃、紅色翡翠作較確切且科學的辨識。

 

4.干擾拉曼訊號的螢光光譜能區分出天然珍珠、淡水養殖珍珠與海水養殖珍珠。而對於染色金珠與天然金珠也可辨別,而近年來流行的巧克力珠,拉曼光譜儀也可比對出是經由染色或漂白處理。

 

5.琥珀、蟲,若以拉曼檢測就可以很輕鬆地的辨別出樣本是聚苯乙烯(POLYSTYRENE、柯巴脂(COPAL)或是琥珀(AMBER)製品,無論樣本是已鑲或未鑲。

 

6.染色的紅珊瑚由於缺乏天然紅珊瑚1123 cm-1 1520 cm-1附近的兩個拉曼吸收峰,所以也是非常容易檢測的。

 

7.可分析寶石內部固態,及液態內含物(以散射光直接照射內含物),這是拉曼光譜儀的最大特色

 

 8.區別人造或天然紅寶。

 

9.鑑別祖母綠泡油或是灌環氧樹脂。

 

缺點

 

1.然而拉曼光譜儀也不是萬能的,除了比較高階的機種外,它們對於螢光很強的寶石比較有跼限性。諸如磷灰石、紅寶石、尖晶石、CZ、、、、、等等,由於部份螢光性強的寶石會遮蔽住拉曼信號,這在儀器未來的發展上是屬於待克服的部份。總結來說,拉曼光譜儀的確是能解決一些現今寶石鑑定上的盲點,比起傳統基礎鑑定來說是更具說服力。

 

2.拉曼對多晶質寶石或混生礦圖譜建立比對程序較為繁瑣,一定要將不同部位照射所產生的圖譜綜合起來判讀,這一部份是比較需要花時間比對圖譜,所以建立圖庫來一一比對是很費時間和精力的。也是最難也最重要的部份。

 

3.無法對於金屬類無拉曼振動譜的樣本取得圖譜。

 

4.需要許多真正有效樣本建立圖譜,圖譜比對程式是否適用問題,建立圖庫是需要也是最重要的部份。

 

5.針對寶石的仿冒品,合成寶石和一般的優化處理,傳統儀器配合既簡單準確度也好,不需要用到高價位的拉曼光譜儀

 

紅外光譜儀F.T.I.R.

 

FTIR為目前鑑定翡翠硬玉B貨及人造水晶最方便的儀器,由於FTIR對水分子的吸收很敏銳,所以用來辨別以水熱法製程的人造寶石特別好用,諸如水熱法人造水晶及水熱法人造祖母綠

 

優點

 

1.FTIR傅立葉紅外光譜儀可判定未經熱處理的黃寶、蓮花剛玉及非洲Winza 紅寶,它們在3158 cm-1 有一吸收峰。

 

2.如果在3160 cm-1有一peak顯示其為未加熱藍寶,然而在3309 cm-1有一強度peak【漫反射法Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS) method】顯示可能是已加熱的非玄武岩藍寶,但中或弱度3309peak則可能顯示在已加熱的或未加熱藍寶上

 

3.採用透射光測定,內含較多雲霧狀、絮狀、及短針狀包裹體的熱處理紅寶石及一些火熔法合成紅寶石中,在33103309cm1波數處,均出現明顯的特徵吸收峰。內部含極少量絮狀物的熱處理紅寶石及Chatham助熔法合成紅寶石,一般未出現3310cm13309cm1這一特徵吸收峰。只有將3310cm1吸收峰與硬水鋁石假像包裹體結合起來才有鑒別意義。

 

4.紅外吸收光譜測試結果表明,GE合成翡翠顯示一組(337334703614 cm-1)與天然翡翠截然不同,且由羥基伸縮振動致紅外吸收譜帶。由此證實,GE合成翡翠記憶體在微量的水分子,是在高溫高壓和水的參與下結晶而成。

 

5.玻璃充填紅寶石在紅外光譜檢測時,在28003000cm-1處顯示CH鍵之伸縮振動吸收。

 

6.光譜運用于寶玉石檢測,用其所長,能準確測定寶玉石中(OH)nH2OH3OOH-及高分子材料(矽基聚合物、環氧樹脂、塑膠)確定寶玉石名稱及優化處理內涵。

以紅外線光譜儀檢測樹脂的成份,如果翡翠B貨有灌膠,我們會發現在2800-3200 cm-1之間會有數道強力吸收峰。

 

7.天然祖母綠與助熔劑合成祖母綠區別在於天然祖母綠在34003800cm-1有一強吸收峰,助熔劑合成祖母綠無34003800cm-1強吸收峰,這與天然祖母綠中含有一定結晶水(H2O)有關。

 

8.典型合成黃水晶的吸收光譜,光譜通常包含在3200cm-1處有很重的水吸收光譜 (常因為太強而無法解析),而且在3580cm-1 處會具有單一的銳利吸收波鋒。一般,天然的黃水晶有較少的含水量及更複雜的紅外線吸收光譜。

缺點

 

紅外光譜儀正常的礦物檢測方法,是先將檢測的寶石研磨成粉末狀,再滲入白色粉末狀溴化鉀共同研磨,在壓片機上壓制成測試圓形薄片,然而寶石不可能研磨成粉狀,這種破壞性的鑑定法,客戶是無法接受的,再不然受檢測的寶石需要一個以上或更多的拋光平面進行測試,拋光不好的寶石可能需要將飾品重新處理再進行測試,這就是紅外光譜測試的局限性。樣本太厚雷射光無法穿透的寶石測試效果也不佳,鑲好的寶石不易測試。尺寸太大的寶石也無法正確測試。

 

傳統儀器

 

1.折光儀:

 

利用折光儀來區分寶石家族仍然是很好的辦法,但缺點是當寶石家族折射率重複或是超出折光儀測試範圍就必須配合其他方法來檢測,諸如觀察顏色、外觀、透明度、比重、螢光作用多色向性、顯微鏡觀察等等。好處是較拉曼光譜儀和FTIR紅外線光譜儀便宜許多,缺點是但對優化處理則效果不佳。

:當【TOPAZ拓帕石、【TOURMALINE】碧、【PERIDOT】橄欖石、【ANDALUSITE柱石,這幾個家族的折光率就有重複的現象,此時如果樣本為嚴重雙折光就可能是【TOURMALINE】碧或【PERIDOT】橄欖石,而【TOPAZ拓帕石或【ANDALUSITE柱石就必須配合體色及檢測比重來決定結果【TOPAZ拓帕石會沉3.32比重液,然而ANDALUSITE柱石進入3.32比重液會浮起來。

例二:當折射率出現在1.65左右時,外觀為半透明綠色聚成岩寶石,若配合3.32比重液及分光光譜儀(SPECTROSCOPE)出現4370吸收線時,就幾可確定為硬玉家族,此方法對紅藍寶石也很有效。但對軟玉家族效果就不明確了,因為和軟玉家族物化特性接近的寶石是存在的,對於填充處理的B貨翡翠無效,但對合成祖母綠的鑑定有輔助性的效果。

 

2. 顯微鏡:

 

好的高顯微鏡可利用內含物區分天然或是人造寶石,區分產地亦可用來檢視寶石是否經過熱處理,但對部份灌膠處理的硬玉或水熱法人造石英效果並不明顯。

:人造寶石中最常見的就是紅藍寶石的火熔法與助熔法,火熔法彎曲色帶、生長紋理及氣泡是關鍵特徵;而助熔法紅藍寶的助熔劑。水熱法的釘狀物是有一定特徵可供觀察。有人認為以觀察結晶方式來區分灌膠硬玉,但個人以為這個方法並不是很有效,至於利用染料集中的方式來分辨染色硬玉也不失為一好辦法。                 分析其它天然寶石內含物是很好的鑑定佐

G.I.A.的鑑定系統中,有一套完整的內含物分析資料,對一個有經驗的鑑定師是非常非常重要的。

 

3. 紫外線燈:

 

這是便宜又蠻好用的輔助鑑定儀器,對於許多灌膠硬玉(B貨)是有一定的效果,對於部份染色的紫色硬玉也可作出辨別。針對很多有色寶石和鑽石的鑑定也非常有效。

 

:前陣子我們碰到一位客戶拿了塊很大的硬玉擺件來鑑定,對方拿了幾張鑑定A貨的證書要我們也照樣打一張,隨手翻了一下,其中還有FTIR穿透光作出來的圖譜,但我們檢視了這塊雕刻件,透明度並不佳又很厚,不曉得他的FTIR是如何打穿透的?就算要打,那麼大的雕件一般鑑定所所用的FTIR樣本室是放不進去的,要把蓋子打開才有辦法作穿透光的檢查。然而,客戶說他從拿擺件給對方鑑定到拿到證書只花了不到15分鐘??這種說法反而引起了我們的注意,雖然FTIR反射光可能作得出來是否為B貨,但這種方式所得到的結論並不大可靠。一般鑑定所並不採用該種方式檢驗硬玉的B 貨處理。

 

我們利用其他儀器檢查確定為天然色的硬玉後,隨後我們以紫外線燈照射其白色部份,果然發出強烈的白色螢光,這是標準為B貨的兆之一,只好告知客戶:對不起,您這塊翡翠,我們不敢打A貨,謝謝。

 

4. 分光光譜儀(Spectroscope)

    是價格不貴又好用的儀器,利用可見光光譜來區分寶石的化學結構的吸收線或吸收帶頗為有效,例如染綠色硬玉在紅區6500附近會有一寬有機化學染料吸收帶,好的天然綠色硬玉則在630066006900附近會有2-3條鉻原素的吸收線。此外,它與折光儀搭配也成為辨別各式柘榴石的最佳利器。

至於其它的寶石如藍寶石、黃鑽石等等也可比對G.I.A.現有的圖譜效果非常的好。

 

5.比重測量:

比重測試在寶石鑑定過成程中,有極重要的輔助作用,比方說B貨的硬玉(填充處理)3.32比重液中大多浮起再配合螢光作用幾乎可以確定為B貨,對拉曼和F.T.I.R.來講實為跌破眼鏡。針對鑽石的仿冒品,魔星石CZ也有決定性的效果。二度燒的藍寶石(擴散處理)也很明顯在比重液感覺出來。

(夾層處理)的組合寶石在比重液中,也可以很明顯感覺出來。

2.67比重液中,助熔法人造祖母綠也可以鑑定出來。比重測試法針對很多寶石的家族確定也佔著很重要的地位甚至貴金屬成分純度的測試都有一定的效果。

 

6.比色燈

  正式的分色不管在寶石鑑定或買賣過程中都很重要,因為不同的光源和背景會影響寶石的顏色和價值,通常分為三種光色,白色的冷光燈,陽光,和黃色的熱光燈(燭光)通常買寶石一定要分別在這三種光源下仔細觀查,買進時一定在同一光源,同一背景下比較價值,賣出時一定是在那一種光源這粒寶石最美麗必定為展示寶石的光源

 

    :紅寶石-買進必以白色冷光燈作最佳的比較,

           賣出時以黃色的燭光燈為最佳的展示。

 

     藍寶石-買進時必以黃色的燭光燈作為最佳的比較,

           賣出時以白色的冷光或陽光為最佳展示。

 

     翡翠-因顏色的鮮豔度最容易被光源而變動,所以比較鮮豔的新坑色就需要黃色的燭光來展示,不但可加重顏色亦可增加其嬌豔色

 

          暗灰綠的老坑色就需要白色的冷光或陽光來加重其嬌豔度。

總之,紅、橙、黃、綠、藍、、紫,都有其不同的分色方法,但最重要的就是比較分色,一個有經驗的鑑定師光看看寶石的顏色外觀,他應該心理有數,這粒寶石是仿冒品,合成或優化處理的第一步,然後再做進一步的其它儀器的輔助鑑定。

 

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