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利用紫外可见分光光度计鉴定宝石

2019.8.09

摘要：为了给宝石鉴定提供依据，用紫外- 可见分光光度计测定了天然宝石和经优化处理宝石的紫外可见吸收光谱，并进行了分析对比。结果表明，热处理黄色蓝宝石、辐照处理黄色蓝宝石和天然黄色蓝宝石的吸收光谱不完全相同，因为它们的致色机理有差异；染色红宝石、染色祖母绿、染色翡翠、镀膜翡翠的吸收光谱不同于对应的天然宝石，因为它们的颜色是染料所致，其吸收光谱是染料的吸收光谱。

关键词：紫外可见吸收光谱、宝石、鉴定

1 黄色蓝宝石的吸收光谱特征

天然黄色蓝宝石的主要致色离子是Fe^{3 +} 。无色或浅色蓝宝石含有Fe^{2 +} ，在高温下，气体中的氧可以通过扩散将Fe^{2 +}氧化成Fe^{3 +} 。依Fe^{3 +} 浓度的不同，宝石可出现浅黄到中等的黄色，因而得到热处理黄色蓝宝石。含Fe^{2 +}的无色或浅色蓝宝石经中子辐照后可产生黄色色心，因而宝石呈黄色。

本文测得的热处理黄色蓝宝石和辐照处理黄色蓝宝石的吸收光谱分别如图lb 和图lc 所示，图la为天然黄色蓝宝石的吸收光谱。

从图la、图lb 和图lc 可知，天然黄色蓝宝石在375nm、387nm 和450nm 处有吸收窄带，且有紫外区吸收。三个吸收窄带是由Fe^{3 +}的c 电子跃迁产生的，紫外区吸收是由O₂→Fe³⁺荷移产生的。热处理黄色蓝宝石吸收光谱中几乎看不见375nm、387nm和450nm 吸收窄带，只有由O₂→Fe³⁺荷移产生的紫外区吸收。辐照处理黄色蓝宝石的吸收光谱中387nm 和450nm 吸收谷弱，这是由于辐射处理黄色蓝宝石中Fe3 + 晶体场带弱；辐照处理黄色蓝宝石还有分别以405nm、580nm 为中心的吸收宽带。405nm吸收宽带可能是属空穴心，是色心电子在跃迁过程

中电子与声子相互作用所致；580nm 吸收宽带是Fe2 + - Ti4 + 的电荷转移吸收所致。由此可见，三种黄色蓝宝石的吸收光谱不完全相同。

2 红宝石的吸收光谱特征

图2a 和图2b 分别为染色红宝石和天然红宝石的吸收光谱。天然红宝石在红区有3 条吸收线，分别是694nm、668nm、659nm；在黄绿区有宽的吸收带，这是红宝石晶体八面体配位场中的Cr^{3 +}的特征吸收；另外在蓝区有3条弱吸收线，分别是476nm、475nm、468nm。染色红宝石的吸收光谱中无特征吸收线，在绿、蓝、紫区完全吸收，这是因为染色红宝石的吸收光谱为染料的吸收光谱，染色红宝石原本为无色刚玉。

3 祖母绿的吸收光谱特征

图3a 和图3b 为染色祖母绿和天然祖母绿的吸收光谱。从图3b 可知，天然祖母绿在红区680nm、642nm处有吸收线，在580 ~ 630nm 有吸收带，这是祖母绿晶体八面体配位场中Cr3 + 的特征吸收。而染色祖母绿的吸收光谱中只有以620nm 为中心的宽的吸收带，无Cr³⁺的特征吸收，这同样是因为染色祖母绿的吸收光谱为染料的吸收谱，染色祖母绿原本是无色绿柱石。