简介

宝石是经过切割和抛光的矿物水晶片，用于宝石和珠宝行业。宝石这个词涵盖了各种各样的宝石，大约有200多种天然宝石。宝石可以分为两类:宝石，如蓝宝石，和半宝石，如石榴石。这些宝石的价值取决于它们的颜色、大小、质量和稀有程度。宝石通常会根据其化学成分进一步分类，这些种类可以有几个变种。例如，石英，其元素构型为SiO₂根据杂质的不同，如黄水晶和紫水晶，它的种类繁多。

市场上经常出现假冒宝石声称自己更有价值的情况。有几种技术可以使质量较差的宝石看起来像价格较高的宝石。例如，可以添加染料给石头添加正确的颜色，可以使用加热来增加透明度。即使有经验丰富的珠宝商进行分析，人们也不能总是区分真假宝石，因此需要额外的分析技术来准确识别宝石和确定质量。

拉曼显微镜是分析宝石和其他地质样品的理想方法。它的非破坏性和样品制备的缺乏使它特别有利于分析所有宝石，而不担心损坏或降低其价值。此外，拉曼散射技术对晶体结构和样品中微量成分的存在高度敏感。在本应用笔记中，使用RM5拉曼显微镜来识别几种宝石，并通过拉曼绘图突出了拉曼显微镜可以用来研究样品的不同成分。

材料和方法

使用配备了532 nm和785 nm激光激发的RM5拉曼显微镜。需要两条激光线，因为一些样品在一次激发下有大的荧光背景。一般来说，在选择激光激励时，从532 nm激光向785 nm激光移动会降低荧光，但也会降低拉曼散射。

图1:RM5拉曼显微镜

结果与讨论

光谱识别

三种流行的宝石:黄水晶、橄榄石和红宝石被分析为已知的宝石。黄水晶是石英的一种，是最有价值的石英宝石。黄水晶是一种黄色的宝石，与十一月有关，通常用于诞生石首饰。虽然官方的诞生石是黄水晶，但历史上黄水晶被称为金黄水晶，而实际上它是完全不同类别的宝石。黄水晶仍被用作11月诞生石，是黄玉的廉价替代品。橄榄石是一种绿色的宝石，橄榄石的宝石形式，它是橄榄石家族的成员，它的绿色可以归因于它含有的铁的数量。橄榄石是八月的诞生石，是少数几种只有一种颜色的宝石之一。玛瑙是玉髓的一种橙色宝石。玉髓群代表微晶石英。红宝石的颜色从浅粉色到铁锈棕色不等，通常用作珠宝首饰的珠粒。

图2:三种已知宝石的拉曼光谱:红宝石、橄榄石和黄水晶

每一种宝石的光谱如图2所示，通过使用KnowItAll®拉曼数据库确认了它们的鉴定。该数据库包含超过25000个光谱，以帮助样品识别，也允许用户创建自己的数据库，所有的爱丁堡仪器拉曼显微镜附带一年的免费订阅包。当将拉曼光谱输入软件时，结果将是一个潜在匹配的列表，以及测量光谱与数据库光谱之间的匹配百分比。当将样品光谱输入光谱数据库时，每个样本都返回一个百分比匹配，成功识别出黄晶石为97.47%，橄榄石为97.78%，红宝石为97.23%。这些结果强调了如何将拉曼光谱与数据库相结合来确认宝石的鉴定。

图3:三种未知宝石的拉曼光谱

接下来，从一盒未鉴定的宝石中选取3个样品进行分析，图3是这3个随机选取的样品的光谱图。第一个样品被确定为老虎眼，光谱匹配度为98.89%。虎眼是一颗棕色玉髓宝石。宝石2号为霞石，匹配度为96.07%。霞石是长石类的一种，通常用于玻璃制造和陶瓷。最终发现的滚落宝石为天青石，含量为98.27%。天青石是一种深蓝色的半宝石，因其强烈的色彩而用于珠宝和饰品。

首饰及珠宝分析

到目前为止所分析的样品都是以抛光、孤立的宝石形式购买的，不能真正代表真正的样品。两个样品，图4，用拉曼显微镜分析，测试宝石鉴定在更现实的条件下。

图4:a)小鸟点缀b)环

首先，我们分析并鉴定了一个小鸟形状的小装饰品，如图5a所示，它是菱形石，一种硅酸盐矿物，颜色从白色、灰色到绿色。如前所述，宝石的主要用途是珠宝行业，所以将一枚装有小宝石的戒指放在显微镜下，如图5b所示。戒指上的宝石被鉴定为elbaite，是碧玺群的一种，颜色和质量各不相同。

图5:拉曼光谱的一)一个小装饰品b)一枚戒指

模仿

宝石行业面临的最大挑战之一是廉价宝石对昂贵宝石的仿制。一个例子是绿松石，绿松石是一种蓝绿色的铝和铜的水合磷酸盐。它是12月的诞生石，通常用于珠宝和饰品。由于其形成所需的精确条件，绿松石是一种罕见的宝石;干旱地区富含铜的酸性地下水，与含铝和磷的矿物质发生反应。最高质量的绿松石比钻石更贵，而且大多数绿松石在珠宝商那里都经过处理以增强色泽和强度。由于对宝石的需求和它可以开采的少数地区，绿松石经常发现自己是模仿的受害者。人们已经发现了被染色模仿绿松石的芒石和豪沸石，幸运的是，它们的拉曼光谱变化很大，这意味着赝品可以很容易和快速地被识别出来。

图6:从已知的绿松石和2个仿制品的拉曼光谱

图6显示了每种宝石的不同拉曼光谱，以及每种宝石自称为绿松石的图像。绿松石是一种磷酸盐，菱镁石是一种碳酸镁材料，豪细石是一种硼硅酸盐氢氧化钙，两者在化学成分上都与绿松石有显著不同。这一特性导致了冒充者和绿松石之间明显不同的拉曼光谱。这个例子显示了拉曼光谱是多么容易被用来帮助宝石行业识别仿制品。

拉曼映射

到目前为止，在这篇应用笔记中，拉曼显微镜已经用于单点分析。然而，样本并不总是一个简单的组成部分。在这些情况下，整个样本可以进行拉曼映射(也称为拉曼成像)。可以在被分析的宝石上拍摄白光可见光图像，随后获得拉曼地图。这里分析的样品，图7，被描述为钠盐。索达利石是一种深蓝色的硅酸盐矿物，主要产于加拿大和格陵兰。当开采任何一种矿物时，通常会有多种矿物，样品的处理过程将决定其纯度和质量。在这个例子中，拉曼映射确定了样本中的3个组成部分。

图7:Sodalite样品的上反射亮场图像，样品的中拉曼图像，拉曼成像发现的3个组分的下拉曼光谱

拉曼地图以三种颜色表示被识别的三种成分。绿色区域代表宝石样品被标记为sodalite。粉色/紫色区域是正长石，这是一种钾长石材料，代表着地球上最丰富的矿物之一。最后，少量样本(拉曼图右上角)，用红色表示，被确定为霞石。

结论

在本应用笔记中，演示了RM5拉曼显微镜对宝石分析的能力。光谱分析用于识别未知矿物和检测赝品的存在。由于其非破坏性的特性，拉曼可以用于高级珠宝，以确保识别，而不会有损坏物品的风险。最后，拉曼映射被用来展示如何识别宝石样品中的所有成分。

RM5共聚焦拉曼显微镜

RM5是一种紧凑和全自动的拉曼显微镜用于分析和研究目的。RM5真正的共聚焦设计是市场上独一无二的，提供了不可妥协的光谱分辨率、空间分辨率和灵敏度。

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