Einleitung

Gemologie ist ein komplexes Feld, das eine Vielzahl von Disziplinen umfasst, darunter Naturwissenschaften, Kunst, Geschichte und Archäologie. Eine der wichtigsten Fragen in der gemologischen Forschung ist die Identifizierung von Edelsteinen, einschließlich der Identifizierung ihrer Art, Reinheit, Herkunft und ob sie manuell verarbeitet wurden. Da das zu analysierende Objekt in der Regel makroskopische Edelsteine ist, von großem wirtschaftlichen Wert und manchmal auf Schmuckstücke eingebettet oder in Behälter verpackt werden kann, muss es intakt und unbeschädigt sein.Unterscheidung von nicht-invasiven Methoden. Die Raman-Spektrologietechnologie ist eine Technologie, die nicht invasiv, kontaktfrei und ohne Probenvorbereitung ist. Sie basiert auf der Analyse des Raman-Streuungsphänomens und analysiert die molekulare Struktur und die chemische Zusammensetzung durch die Messung der kleinen Frequenzveränderungen des eingehenden Lichts durch molekulare Vibrationen in der Probe. Die Raman-Spektrologie hat auch Vorteile wie kurze Messzeiten und geringere Probenbedarf. Deshalb sehr bevorzugt im Bereich der Gemology. Früher selten.Das Labor kann das Raman-Spektrum für die Edelsteinforschung anwenden, aber seit mehr als einem JahrzehntDer ATR3000Die Entstehung eines tragbaren Raman-Spektrometers, der repräsentativ ist, hat die Vorteile der Raman-Spektrologie in diesem Bereich vollständig demonstriert. In den letzten Jahren wurden viele gemologische Labore mit Raman-Spektrometern ausgestattet, um die Untersuchung von Großgrün, Diamanten, Edelsteinhüllen und Mosaiken zu durchführen, insbesondere mit tragbaren Raman-Spektrometern, um unbewegliche Objekte wie Edelsteine auf Antiquitäten zu analysieren. Dieser Artikel untersucht die Anwendung des tragbaren Raman-Spektrometers in der Edelsteinforschung und konzentriert sich auf seine bemerkenswerten Ergebnisse bei der Klassifizierung, Identifizierung und Feldanalyse von Edelsteinen. Wir sind davon überzeugt, dass die Einführung dieser fortschrittlichen Technologie eine völlig neue Perspektive auf die Forschung im Bereich der Gemologie bieten und die wissenschaftliche Forschung und Identifizierung von Edelsteinen erneut beleben kann.

Anwendung des Raman-Spektrums in der Gemologie: Identifizierung

Wenn wir einen Edelstein sehen, ist es einfach, was wir wissen wollen: Was ist dieser Edelstein vor uns? Viele Edelsteine gehören zu bestimmten Mineralarten, wie zum Beispiel die chemische Zusammensetzung eines Diamanten ist Kohlenstoff; Grüne Säulensteine, Jade und Zirkon gehören zu Silikatmineralen, während Rubine und Sapphire hauptsächlich Metalloxide enthalten. In diesem Fall kann ein tragbares Raman-Spektrometer den Edelstein schnell testen, die Mineralarten des Edelsteins können leicht erkannt werden und die Informationen zur Messung erhalten werden, wenn die Karte mit der Standardspektrogrammabibliothek verglichen wird. Das folgende Bild ist ein Raman-Spektrum von Meersaphiren, Sapphiren, Tansaniten, Magnesium-Olivensteinen und Sardinien. Sie können verschiedene Edelsteine intuitiv durch die Anzahl und die Lage der Raman-Spektrum-Spitzen unterscheiden.

Abbildung 1 Das Raman-Spektrum für einige häufige Edelsteine (Meersaphire und Sapphire) und ungewöhnliche Edelsteine (Tansanit, Magnesium-Olivenstein und Soridium), die mit 633 nm-Stimulation erhalten wurden.

II. Anwendung des Raman-Spektrums in der Gemologie: Zusammensetzung

In vielen Fällen gehören Edelsteine zu einer Reihe von homogenen, heterogenen Mineralgruppen, deren chemische Zusammensetzung sich kontinuierlich in einem bestimmten Bereich ändert. Die extremen und endlichen Elemente des Zusammensetzungsbereichs sind die sogenannten Endelemente, im Allgemeinen können Edelsteine in der Mineralgruppe als feste Lösung der Endelemente angesehen werden, Elektrostein und Granat sind Beispiele für Edelsteine, die nicht der Mineralart entsprechen, sondern der Mineralgruppe entsprechen. Das Verständnis der tatsächlichen Zusammensetzung eines Edelsteins (d.h. der Prozentsatz der einzelnsten Endelemente dieser Mineralgruppe) ist wichtig, um seinen Wert und seine Herkunft richtig zu bewerten.

Hier ist ein Beispiel für einen Granat, ein Edelstein, der zur Gruppe der Granatminerale gehört, kann in der Regel geschrieben werden: A3B2(SiO)4)3A steht für Ca2+und Fe2+und Mn2+und Mg2+， B steht für Al3+und Cr3+und Fe3+. Die Endelemente in der Granat Mineralgruppe sind ungefähr in Magnesium-Aluminium-Granat (Pyr, Mg) unterteilt3Al2Sie3O12Eisen-Aluminium-Granat (Alm, Fe)3Al2Sie3O12Mangan und Aluminium (Spe, Mn)3Al2Sie3O12für repräsentierende Aluminium-Granat und Kalzium-Chrom-Granat (Uva, Ca3Cr2Sie3O12Kalziumgranat (und Ca)3Fe2Sie3O12Kalzium und Aluminium (Gro, Ca)3Al2Sie3O12Als repräsentierter Kalziumgranat sind Edelsteine, die reinen Endelementen entsprechen, in der Natur selten zu finden, daher sind die üblichen Granaten feste Lösungen, die sich aus diesen Endelementen zusammensetzen. Das Raman-Spektrum der Rot- und Gelbgranatenarten, wie in Abbildung 2 dargestellt, wurde durch die Datenmodellierung von Matlab analysiert, um die Zusammensetzung der verschiedenen Endelemente der Granatenarten zu analysieren und eine Grundlage für ihre Wertbewertung zu schaffen.

Abbildung 2 Raman-Spektrum der Granaten der Serien Rote Granaten (a) und Gelbe Granaten (b).

Anwendung des Raman-Spektrums in der Gemologie: Nachahmungen, synthetische Edelsteine und künstliche Verarbeitung

Wie bereits erwähnt, ist eine der wichtigsten Herausforderungen in der Gemologie die Identifizierung und Identifizierung intensiver Behandlungsmethoden für natürliche Edelsteine wie Heizung, Rissfüllung, Strahlenbelastung, Beschichtung, Bleichen, Färbung usw. Zum Beispiel füllen einige gebrochene Rubine ein hochbrechendes Glas, um seine Reinheit zu verbessern, Fan et al. fanden Bleiglas im Raman-Spektrum des Rubins bei 1500 cm.-1Die breite Charakteristik Spitze (Abbildung 3) bietet ein leistungsstarkes Werkzeug für die Identifizierung von Edelsteinen mit künstlicher Handhabung.

Abbildung 3 Raman-Spektrum von natürlichen Rubinen und gefülltem Glas: natural ist der eigentliche Spitzenpunkt des Rubins, P1 und P2 sind die eigentlichen Spitzenpunkte der Füllung auf Rubinen.

Auf der anderen Seite ist es für das Raman-Spektrum eine relativ einfache Aufgabe, Nachahmungen zu erkennen, da ihre Zusammensetzung im Vergleich zu echten Edelsteinen oft anders ist, wie zum Beispiel Zirkonoxid, das häufig verwendet wird, um sich als Diamant und andere Edelsteine auszuspielen, dessen chemische Zusammensetzung ganz anders als Diamant ist und ein anderes Spektrum darstellt. Abbildung 4 zeigt das Raman-Spektrum eines Diamanten, seiner häufigsten Nachahmung von Zirkonoxid und einer anderen Nachahmung von Strontium-Titanat.

Abbildung 4 Das Raman-Spektrum von Diamanten und deren Nachahmen, Zirkonoxid und Strontium-Titanat, von oben nach unten in der Reihenfolge von Diamanten, Zirkonoxid und Strontium-Titanat.

Zusammenfassung

Das Raman-Spektrum bedeutet Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und beschädigungsfreie Prüfung, die den Anforderungen der Gemologie gerecht wird. Mit einem Raman-Spektrometer, der mit verschiedenen Lasern im sichtbaren und nahen Infrarot-Bandbereich ausgestattet ist, können Informationen über die Eigenschaften, die Zusammensetzung, die Struktur und die Reinheit von Edelsteinen erhalten werden, um Zwischenstoffe zu erkennen und intensivierte Behandlungen zu erkennen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass das Raman-Spektrum auch verwendet werden kann, um quantitative Informationen über die Zusammensetzung von Edelsteinen zu erhalten. Die Raman-Analyse umfasst nicht nur anorganische Kristalle, sondern auch organische Edelsteinmaterialien (Korallen, Bernstein und Perlen) oder amorfe oder nanokristalline Materialien (Obsidian, Protein).ATR3000 tragbares SpektrometerDie Forschung kann auch erweitert werden, um in Museen erhaltene Edelsteine oder Edelsteine, die auf archäologischen oder historischen Kunstwerken eingebettet sind, zu analysieren.

Das Raman-Spektrum kann als Standard-Werkzeug in gemologischen Laboren verwendet werden und Edelsteinhändler sollten das Raman-Spektrum für eine schnelle Identifizierung weit verbreitet verwenden. Die Raman-Messung, die schnell und ohne zusätzliche Kosten für den Kauf von Instrumenten erfolgt, hat ihre Anwendung auf dem Gebiet der Gemologieforschung gezeigt und hat einen wichtigen Beitrag zur Erforschung der Ursache und Herkunft von Edelsteinen geleistet. Die Analyse leichter Veränderungen im Schwingungsspektrum sowie die genaue Untersuchung mikroskopischer Flüssigkeiten und Festkörper können wichtige Details der geologischen Geschichte der Mineralien aufdecken.

Langfristig wird der Einsatz von Raman-Spektrometern in Kombination mit verschiedenen Technologien wie Scan-Elektronenmikroskop, Energie-Diffusion-Röntgenspektrum oder FT-IR-Spektrum die Anwendung des Raman-Spektrums in der Gemologieforschung weiter ausbauen. Auf der anderen Seite wird die Verbreitung einer umfassenden Datenbank über die Raman-Spektrale des Minerals, die Automatisierung der routinemäßigen Messungen einer großen Anzahl von Proben und die Möglichkeit, dass Software- und Hardwaresysteme mit Anwendermethoden schnell Edelsteine und ihre Komponenten mit ausreichender Zuverlässigkeit identifizieren, die Verbreitung der Technologie außerhalb des Forschungslabors erleichtern.

Referenzen:

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