紫外可見光譜儀(UV-Visible)及紫外螢光光譜儀(UV Fluorescence )在寶石學的應用



人人都想學習寶石鑑定,學了寶石鑑定之後,也都想找尋有效的寶石鑑定方式。但是往往有很多因素考量,特別是預算上的問題,以灌膠處理的B貨硬玉為例,若要百分之百檢驗出含膠,則須以紅外或拉曼光譜儀器鑑定出含不含膠的圖譜。但是要投入的成本太高了,所以大部分的人不會考慮,所以有必要開發更經濟便捷有效的寶石鑑定方式,讓想鑑定寶石的人獲得方便。


寶石散發出的美麗顏色,往往是決定其價值的重要因素。不同的寶石也可能散發出相似的顏色,雖然肉眼看來類似。但是在精密儀器的光譜圖中,應該是不同的。傳統寶石學對於顏色的鑑定上,主要是常光下的顏色,以分光鏡鑑定;以及長短波紫外光照射下,對於寶石所可能發出顏色的鑑定。


手持分光鏡的運用


目前運用最頻繁的即是染色的綠色C貨硬玉的鑑定,若在紅區發現寬的黑帶吸收,則足以證明為染色翡翠,因為天然翡翠的綠色是鉻致色,鉻的吸收光譜應該是在紅區有二到三條漸層的黑線,若能發現也可證明寶石是天然色。不同的致色因子,在寶石晶體內對光線有不同程度的吸收,造成了寶石的豐富色彩。

但是手持的分光鏡,常常受限於樣品對於光線的穿透度以及樣品本身的顏色濃淡;甚至儀器操作人員的實驗技巧,都會影響測試結果。為了得到寶石優化處理鑑定更有力的證據,所以可以引入紫外可見光譜儀(UV-Visible)來進行更精密的光譜測試。


電磁波譜中,只有波長介於400~700nm的範圍肉眼可見,稱為可見光。其餘都是不可見,寶石的美麗顏色都在可見光的範圍內,所以理論上和寶石顏色相關的主題,都可以此儀器來測試研究。


除了可見光的光譜,再來就是紫外螢光燈的鑑定


物質散發出螢光(Fluorescence)的原理


物質在經過某波長的照射之後,其內部分子被激發到較高能量的狀態,並在極短時間之內又返回到原始的狀態,同時發射出波長較被照射光長的螢光。如果這個螢光的波長,恰巧為可見光(約400~700nm)的波長範圍,則可被人類的肉眼看見。如果以傳統寶石鑑定學上的重要儀器:長短波螢光燈的鑑定為例子,長波即為一個固定波長(365nm),當此光線照射在待測寶石樣品上,有些寶石就會發出肉眼可見的螢光,比方說紅寶石的鮮紅色螢光或者灌膠B貨硬玉的白色螢光。但是也有某些寶石所放出的是肉眼難以察覺的螢光,主要的原因是其放射光的波長不屬人類可見光範圍。


傳統寶石學習慣將待測寶石樣品,放入暗箱,然後以肉眼觀察是否呈現螢光反應。寶石學常用的紫外光波長範圍介於200~400nm,短波紫外光(SWUV)約在253.7nm,長波紫外光(LWUV)約在365nm;目前對於貴重寶石的鑑定,長波紫外線的用途較廣泛些。

左圖下方鐲子為B貨灌膠硬玉,在螢光燈下呈現白色螢光。左圖上方鐲子為天然A貨硬玉,含鐵共生礦部分呈現之黃色螢光反應。右圖下方為B貨灌膠硬玉螢光燈下的白色螢光,上方為天然A貨硬玉無鐵共生礦白色部分螢光燈下的惰性反應。


目前僅有注蠟處理的硬玉,仍然被歸類在A貨的範圍。川蠟與樹酯膠其實是不同的東西,但是在紫外光燈下都會發生螢光,僅僅有經驗的鑑定師,較能夠觀察出其中的差距。若是運用拉曼光譜儀,自然是可以分辨其中的差異。但是投資的成本太高,未必符合一般人的需求。較便宜的紫外螢光光譜儀(UV Fluorescence )也是可以達到這個效果。


上圖為川蠟與樹酯膠在長波紫外光激發後所呈現的螢光光譜,以雲陽科技所提供的儀器進行測試。由結果可明顯比較出二者不同的圖形。


縱使如此,世界上的著名寶石鑑定機構,目前仍未將螢光反應列入診斷性鑑定(Diagnostic feature)的結果。鑽石的鑑定上大家在乎的多在是螢光反應的強弱有無,也未將螢光反應的結果當作診斷性的鑑定證據。這根本的原因應當是單憑肉眼的觀察,難將螢光的結果數據化,所以無法做到最客觀的比較,所以往後或許可以運用更精密的螢光光譜儀器,建構出一套更經濟可用的寶石鑑定資料。


結論:


紫外可見光譜儀(UV-Visible)及紫外螢光光譜儀(UV Fluorescence )為傳統寶石學兩大鑑定儀器分光鏡及紫外燈箱的精密版本。和紅外拉曼相比,這兩個鑑定儀器的成本相對低廉。目前已經漸漸開始被重視,但是還沒有十分確定的圖譜,故未來可供寶石學家研究探討的空間還很大。兩者若合併使用,有機會成為一套有用的鑑定模組。用來解決各種寶石的染色或充填問題。讓鑑定的結果更客觀正確。


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