紫外可见光谱在宝石检测中的应用

发布时间：2025-11-22

随着珠宝市场的快速发展和繁荣，越来越多的矿物品种进入到珠宝市场中，同时多种优化处理手段也出现了，合成宝石的技术也得到了很大改善和提升，特别是合成钻石已经大规模市场化销售，不同产地的宝石价格可能存在很大的差别，产地的鉴定也越来越受到消费者关注。紫外可见光谱分析技术的出现，极大满足了珠宝鉴定的应用目的，具有无损、快速、准确、高效的特征，已经成为宝石检验中的重要手段。

李诗怡等[1]阐述了老挝红宝石的光谱特征，重点说明了紫外可见光谱在鉴定老挝红宝石特征中的作用。朱红伟等[2]介绍了一种疑似合成钻石的天然钻石的光谱特征，首先采用紫外可见光谱分析，同时结合365 nm紫外手电测试光致发光光谱。张晓玉等[3]利用紫外可见光谱测试CVD合成钻石具有737 nm吸收峰。林静韬等[4]利用紫外可见光谱分析了昌乐达碧兹型蓝宝石的成因，分析元素的分布特征。朱红伟等[5]重点分析了一类水热法合成祖母绿的紫外可见光谱特征，分析了天然祖母绿与水热法合成祖母绿紫外可见光谱的区别。鲍珮瑾等[6]测试了巴基斯坦斯瓦特山谷祖母绿的谱学特征，分析了紫外可见光谱特征。曹稳政等[7]对不同方法合成蓝宝石与天然蓝宝石的谱学进行了对比研究，阐述了紫外可见光谱在其鉴定中的重要作用。李恩祺等[8]对泰国玄武岩红宝石的宝石学进行分析，测试分析了紫外可见光谱的特征。通过查询文献，紫外可见光谱已经在宝石领域得到了广泛的使用，但主要集中在某一种宝石的测试分析阶段，详细阐述紫外可见光谱在宝石检测中的作用的文献极为少见，本文通过阐述紫外可见光谱在宝石品种鉴定、天然与合成宝石鉴定、优化处理宝石鉴定、宝石致色机理分析和宝石产地研究中的作用，同时重点阐述了使用紫外可见光谱仪的注意事项、使用技巧等，希望能够对宝石从业人员提供科学依据和技术支撑。

1 原理

紫外可见光谱是指在紫外-可见波段电磁波的辐射下，宝石内部质点(原子、离子或分子)的价电子对特定波长的光(能量)产生选择性吸收，并在相应的电子能级间发生跃迁而形成的光谱。宝石鉴定中使用的紫外可见光谱仪测试的波长范围通常在225～1000 nm, 包含了部分近红外的波长范围。

与宝石紫外可见吸收光谱相关的晶体物理原理主要有以下几种：晶体缺陷是指晶体点阵周期性重复结构的局部畸变，常分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三类；色心是指对紫外可见光产生选择性吸收使晶体呈现颜色的晶格缺陷，有电子型色心和空穴型色心两类；致色元素是指使宝石致色的化学元素，可以是成分中的主要元素或次要元素，主要为过渡金属元素，还有稀土及放射性元素。电子跃迁是指宝石材料中的致色离子的外层电子在能级间转移而产生的能量变化。从低能级转移到高能级会吸收能量；从高能级转移到低能级则会释放能量。

利用紫外可见光谱可以鉴定宝石品种、宝石的成因(天然与合成)、宝石的优化处理、宝石的致色机理、宝石的产地特征分析等。

2 测试方法

2.1 透射法

适用于薄至中等厚度、表面较光滑、透明至半透明样品，具有两个平行面者最佳。由于宝石一般都具有一定的琢型，比较难以找到可以让光路直线通过的刻面，因此应尽量使光束透过宝石样品的最大光面，应使样品尽量靠近测试台。此方法对于不透明或者透明度不高的样品极不适用。

2.2 反射法

适用于表面较平滑的透明至不透明样品(可选配积分球装置或光纤装置)。由于此种方法是利用光的反射来测试样品的紫外可见光谱，基本适用于所有宝石，特别是镶嵌宝石。

3 使用技巧

3.1 365 nm紫外手电模拟光致发光

关掉设备光源，利用365 nm紫外手电照射宝石样品(如钻石台面向下，照射亭部)获得有效的光致发光图谱。此方法对于某些IIa型钻石非常有用，在紫外可见光谱、红外光谱、DV等未能获得有效结果时，该方法可以高效快速判定钻石，特别是白色系列钻石(图1)。

3.2 利用仪器白板配件

对于一些透明度高的样品，利用白板盖在样品上面，可以获得更为明显的吸收峰。此方法对于一些反射法获得的图谱不理想或者特征峰不明显的情况下，非常有效，基本可以获得特征理想的图谱。如图2所示，使用白板后，蓝宝石450 nm吸收带明显增强。

4 应用

4.1 品种鉴定

不同宝石具有不同的矿物组成，所形成的晶体结构也具有明显差异，由于生长地质环境的不同，所包含的元素会具有特征性差异，对紫外可见光的选择性吸收必然不同。所以通过检测宝石的紫外可见吸收光谱特征，并将结果与标准紫外可见吸收光谱图库进行比对分析，得出宝石的品种(图3)。

图1白色系列钻石紫外可见光谱

Fig.1 The ultraviolet-visible spectrum of the white series diamond

图2黄绿色蓝宝石紫外可见光谱

Fig.2 The ultraviolet-visible spectrum of a yellowish-green sapphire

4.2 天然与合成的鉴定

天然宝石形成于自然条件，受到各种地质条件的限制，在宝石中必然存在一定的杂质或者缺陷。而合成宝石是在实验室条件下生长形成，具有相对稳定的生长环境和条件，所形成的宝石与天然宝石必然不同。即使合成宝石与天然宝石的物理化学性质基本一致，主要的化学成分也基本一样，但其中含有的微量元素、缺陷存在明显的差异，这就造成了他们的紫外可见光谱存在明显差异。因此，利用紫外可见光谱的特征可以有效地鉴定两者的区别(图4)。

4.3 优化处理的鉴定

宝石的优化处理就是将天然宝石经人工处理后达到高档天然宝石的外观效果，以获得高额收益。经处理过的宝石与天然宝石的微量元素、致色机理必然不同，所反映的紫外可见光谱也亦然不同，这样就可以利用紫外可见光谱有效地鉴定宝石是否经过优化处理(图5)。

4.4 致色机理分析

宝石颜色不同很大程度上是宝石中所含有的致色元素不同造成的，一般情况下，Cr元素可以产生红色和绿色，Fe元素可以产生绿色和蓝色，Mn元素可以产生粉色，Ni元素可以产生蓝色等等。由于不同元素的电子跃迁所需要的能量不同，他们产生紫外可见吸收光谱的位置和强度就不同，通过分析紫外可见光谱有助于分析宝石的致色机理(图6)。

4.5 宝石产地分析

不同产地产出的同一种宝石，由于其形成的地质条件不同，其含有的微量元素存在明显差异，通过分析宝石的紫外可见光谱特征峰的吸收强度，可以分析宝石的微量元素含量，进而有助于确认宝石的产地。如图7所示，缅甸红宝石氧铁荷移带的截止边在285 nm附近，莫桑比克红宝石氧铁荷移带的截止边在400 nm之后，主要是由于莫桑比克红宝石铁含量高造成的。

5 注意事项

(1)珠宝玉石紫外-可见吸收光谱主要为珠宝玉石的成因属性及致色机理分析提供信息或依据，有时不能仅凭紫外-可见吸收光谱数据来鉴定未知宝石。如钻石未检测到415 nm吸收峰，判定为合成钻石，不能排除天然钻石也不能检测到415 nm吸收峰。

(2)谱图分析时应综合考虑吸收峰的波长位置、数目、峰形及相对吸收强度。

(3)测试方法、条件和仪器特性的微小变化均可能会引起光谱图差异，甚至不同时间获得的光谱图也可能出现峰位和峰强上的差异。如积分时间，仪器背景时间等。

图3天然宝石紫外可见光谱

Fig.3 The ultraviolet-visible spectrums of natural gemstones