红外光谱仪鉴定翡翠B货.doc

红外光谱仪鉴定翡翠B货使用带近红外光纤探头附件 红外光谱仪鉴定翡翠B货 张蓓莉高岩 (国家珠宝玉石质盆监督检验中心，北京，100034) 摘要带有近红外光纤探头附件的红外光谱仪是一种有效的、非破坏性鉴定工具，用于鉴定漂白及聚合物 充填处理的翡翠(所谓翡翠B货).此项技术在鉴定翡翠中具有下列优点:不但能对较厚的或镶嵌的翡翠饰品进 行鉴定，而且能对非常大的翡翠饰品，如手镯、大型雕件等进行鉴定，这对其它红外技术来讲是望尘莫及的。 本项技术的关键在于使用了光纤探头，并且在近红外频率范围进行测试。因此，能获得7400cm一至 4000cln一，频率范围内清晰明确的近红外光谱。翡翠B货在此频率范围内产生的吸收光谱起因于c一H键伸缩 振动与弯曲振动的合频以及伸缩振动的倍频。 关键词翡翠B货鉴定近红外光纤 分类号p61928 0前言 人们使用傅立叶变换红外光谱仪鉴定翡翠B 货有许多年T。最早的报道见于Hurwit(1989)， 那时人们对这种翡翠的认识及鉴定知之甚少。后 来，从理论上及技术上较成熟的发展包括已被广 泛使用的FTxR透射技术(Fritseh等，1992)以及 最新的DRxFT漫反射技术(Quek等，1997)。尽 管使用DRIFT漫反射技术可以对较厚的或镶嵌 的翡翠饰品进行鉴定，但对于很大的样品还很困 难。 FTIR透射技术及DRIFT漫反射技术鉴定翡 翠B货的基本原理是研究和比较中红外光谱上的 两组吸收峰，一组位于3200em一至2800em一， 主要产生于处理材料中C一H键的伸缩振动;另 一组集中于3500。m一，是由于翡翠组成矿物中 o一H键的伸缩振动产生的。对于某些样品，有时 很难区分出这两组吸收峰。例如，如果一件样品 很厚的话，则在3600一2800cm一产生包络线吸 收。在这种情况下，研究近红外频率范围内翡翠B 货的吸收光谱能确定翡翠的性质。由于通常使用的傅立叶变换红外光谱仪在近 红外颇率范围能量分布较低，并且在近红外频率 范围c一H键的摩尔吸收系数很低，因此很难获 得翡翠B货在近红外频率范围信噪比很好的吸收 光谱。采用近红外光纤技术能解决这个问题。 1原理及实验方法 聚合物中c一H键伸缩振动与弯曲振动的合 频振动，产生4300cm一，附近的吸收;c一H键伸 欲、侧麟娜奋友班 缩振动的一级倍频振动，产生5900cm一，附近的 吸收。 在天然翡翠的近红外光谱上，除了由于翡翠 中的水分子产生的5230。m一，吸收改变了纯翡翠 的红外光谱外，在近红外颇率范围，没有其它任 何吸收，因此，翡翠B货中的聚合物产生的吸收 显而易见，不受翡翠本身吸收的影响。 实验采用了美国尼高力公司Magna一750傅立 叶变换红外光谱仪，并首次结合使用一套“sabIR” 光纤探头附件。附件中包括聚光元件、光纤、采集 探头、探测器和探头底座几部分。光纤的一端连 接于不锈钢制成的探头，另一端通过特殊探测器 连接于红外光谱仪(图版v一1)。使用白光(石英卤 素灯)和KBr分束器，扫描波数范围设定在6500 一4200em一，分辨率为8em一，扫描次数为10。 从光纤传导的近红外线照射于被测量样品， 从集合体样品发出的漫反射光被探头采集，通过 光纤传导至探测器，用这种附件获得漫反射光谱。 漫反射光谱的原理见Quek等(1997)。 除了用一块净布擦试样品表面外，不需要做 其它样品准备。样品可以放于探头底座上(图版 v一2)，也可以手持直接测量(图版v一3)。 50多块通过常规宝石学方法及采用FTIR透 射技术已经证明的翡翠A货和翡翠B货样品用于 此项研究。为了得到结论性结果，笔者将一块翡 翠A货原石锯开两半(样品1和样品2)，将其中 一块(样品2)送于一家翡翠经销商进行漂白和聚 合物充填处理，得到翡翠B货。 翡翠的质量越好，此峰的相对强度越低。因此， 5230cm一，吸收峰的相对强度可以用于指示翡翠 中杂质的含量，尤其是那些含水的矿物。 波数j.一l 图1a.优质、近半透明绿色天然翡翠(样品3) 的近红外光谱，b.质次、不透明绿色天然翡翠 (样品4)的近红外光谱，。.漂白及聚合物充填 处理翡翠的近红外光谱，使用“sabIR”附件测试 Fis.1Near一IRspetrumof(a)ahish一quality， neartransParent，greennaturaljadeite(sample 3);(b)aPoor一quality，opaque，greennatural jadeite(samPle4);(e)ableaehedandPolymer- imPregnaredjadeite，testedusinga“sabIR，ae- Ce8Sory 2结果和讨论 图1a，b为两块天然翡翠(样品3和样品钓典 型的近红外吸收光谱。样品3为一块优质、近于半 透明的天然绿色翡翠。样品4为一块质次、不透明 的天然绿色翡翠。从图中可以看出，5230。m一处 的吸收峰为天然翡翠的特征吸收，但是此峰的相 对强度在不同的样品之间变化较大。实验表明， .26. 图1c为漂白及聚合物充填处理翡翠的典型光 谱，包括四组有代表性的吸收峰。第一组吸收峰 包括5985、5922、5885和5700em一，;第二组 吸收峰为5230cm一;第三组吸收峰包括4680、 4622和4530em一;第四组吸收峰包括4370、 4342和4524。m一。笔者认为，接近6000em一， 的第一组吸收峰主要与c一H键伸缩振动有关， 4300cm一，附件的第四组吸收峰与c一H键伸缩 振动和弯曲振动同时相关。其它两组吸收峰的成 因还有待解释。 1.160目 1.1印 1.1月0 1.130. 1.120- 1.110 1.100- 1.优旧- 1.080 1.07公 1.创刃 1。O沁 1.以O !。030 l。020 1。010 1.(洲刃 翡翠一致。笔者认为，在浸蜡的翡翠上，是由于蜡 含量极低以至于不能产生明显的吸收。 对漂白及充蜡处理翡翠的近红外光谱没有研 究，但笔者预计，其光谱一定很特征，对其鉴定也 会同聚合物充填翡翠一样容易。 3局限性 如果一块天然翡翠加工极薄，并且用胶粘接 于首饰上，近红外线有可能穿透翡翠样品直达有 机胶质层。结果，可能得到与翡翠B货相似的红 外光谱。针对这种情况，在鉴定测量时一定要牢 记在心，谨慎处理。次、势娜哪贫早 4结论 55以15以洲) 波数/一1 图2未经漂白及聚合物充填处理翡翠(样品 l)的近红外光谱山.由样品1制作的翡翠B货 (样品2)的近红外光谱，使用“sabIR”附件测试 Fig.2Near一IRsPectrumof(a)ajadebefore beinsbleachedandPolynler一如Pregnated(sam- Plol);(b)Bjademadefromthemateriaiof samplel(sampleZ)，testedus加sa“sabIR” 日Cce88ory 图Za，b为样品1和样品2的近红外吸收光 谱。从图中可明显看出，经过漂白及聚合物充填 处理后，5230。m一，吸收峰的相对强度明显降低， 直接证明翡翠经过漂白处理，其中杂质(尤其是那 些含水矿物)可以被破坏。尽管在两个样品的近红 外吸收光谱上均存在5230cm一吸收峰，但成因 可能是不同的。 浸蜡天然翡翠的近红外吸收光谱几乎同天然 在傅立叶变换红外光谱仪上安装近红外光纤 附件，提供了一种有效且容易的鉴定各种翡翠饰 品的方法，尤其是可以用于鉴定大件翡翠饰品及 雕刻品。这项技术的测试灵敏性非常好，很容叭 获得清晰、特征的光谱。扫描次数设置在10即可 获得很好的光谱，所以这项技术特别适合快速鉴 定大批量的翡翠饰品。 本项研究主要结论如下: 1.在6500。m一，至s000em一频率范围内， 除了523oCm一吸收峰外，天然翡翠没有产生其 它任何吸收; 2.5230。m一吸收峰的相对强度可以用于指 示天然翡翠的质量优劣，一般情况下，翡翠的质 量越好，5230cm一吸收峰的相对强度越低; 3.在经过漂白及聚合物充填处理的翡翠B货 红外光谱上，5230cm一吸收峰的相对强度弱于 处理前的天然翡翠。因此，如