• Michael Miao

寶石鑑定:如何得知珠寶的種類、是否經過優化處理、確認寶石內含物及晶體:拉曼儀器


上圖為鑽石中酷似海龜的綠色晶體內含物,喜歡研究寶石內含物的朋友們,一定也想了解那內含物的真實身份。
上圖為鑽石中酷似海龜的綠色晶體內含物,喜歡研究寶石內含物的朋友們,一定也想了解那內含物的真實身份。
寶石的真偽、顏色及透明度好壞深深影響著寶石的價值

傳統的寶石鑑定


著重在寶石家族的判別,例如要區分紅色系統中的紅寶石、紅尖晶石或紅榴石,可以用折光率或比重來協助確認。隨著科技的進步,造就了合成寶石的出現,由於合成寶石具有和天然寶石相同的物理化學性質,所以就必須以更精密的鑑定方式來區分合成及天然寶石的差異點,例如內含物的鑑定等方法。其實最具爭議的是經過化妝處理寶石技術的日新月異,利用外來物質讓寶石的外觀等級得以提升,但處理過的證據,並不易以傳統的方式鑑別,故近十數年來,各大知名國際名鑑定機構頻繁運用精密儀器鑑定,如紅外光譜、拉曼光譜、EDX、SEM….等,廣泛應用物理化學相關原理,實質性的拓展了寶石鑑定的範疇。



本實驗室之精密拉曼光譜雙雷射頭鑑定儀器Thermo DXR Raman Spectrometer

拉曼光譜儀器:寶石內含物成分鑑定


近年來廣泛運用在分析化學、生醫工程、石化工業及高分子化學,拉曼的光譜線圖對於不同的分子結構具有特徵鑑別性,可以很快速的鑑定固體或液體樣本,寶石內含物成分的鑑別,甚至在各寶石產地特徵的研究上亦多有貢獻。本實驗室的DXR拉曼機台為了讓內含物分析更準確,裝配了高倍率(100/200/500倍率)之Auto Stage顯微樣本定位系統(同時擁有明場及暗場照明),可用肉眼在接目鏡上直接觀察,或是藉由專屬的軟體,自電腦螢幕上顯示定位。同時亦擁有兩組不同能量的雷射頭(780nm及532nm),可視不同的寶石種類挑選不同雷射頭進行測試,以確保鑑定出正確的數據。



本實驗室之拉曼機台具放大100/200/500倍的顯微樣本定位系統
本實驗室之拉曼機台具放大100/200/500倍的顯微樣本定位系統

本實驗室之拉曼機台亦可經由專用電腦軟體於電腦上以LiveView方式對焦(本次以Dark Field 暗場照明),清晰地顯示欲測試的標的。
本實驗室之拉曼機台亦可經由專用電腦軟體於電腦上以LiveView方式對焦(本次以Dark Field 暗場照明),清晰地顯示欲測試的標的。

現代寶石鑑定:拉曼光譜儀


傳統寶石鑑定的方法雖然已能夠解決大部份的寶石鑑定問題,但仍有可能因為寶石的表面粗糙程度、本身大小、甚至因人而異的的判斷標準而造成誤差。例如粗糙不光滑的表面或者超過1.81折光率的寶石會讓折光儀的量測失準、重量太輕的寶石讓比重測試的誤差增加。此時便可以用拉曼光譜儀器來進行非破壞性的測試。拉曼光譜儀器可以輕易的鑑定出寶石的種類,此外因其裝配的顯微對焦系統,可定位寶石晶體表面到內部一定深度的位置,達到隔山打牛的效益。以一顆鑽石在顯微鏡下觀察到的棕紅色內含物為例,光用肉眼觀察是不可能知道其確切的礦物種類,若以結晶形態去推測可能的礦物,亦只能說個大概。所以需要以拉曼儀器來進行內含礦物的確切判定。


以下為一顆本實驗室的鑽石樣本,從顯微鏡內觀察可發現數顆晶體,且由不同角度看可透出棕紅色光,以其顏色及晶體外型推測可能為石榴石晶體。



顯微鏡下見到的鑽石晶體內含物。

接著以拉曼顯微鏡對焦在晶體的表面,以確保呈現的圖譜為不明晶體的特徵光譜,而非僅是鑽石本身。


由拉曼電腦定位程式(500X)擷取的圖,我們把焦點對在晶體的表面。
由拉曼電腦定位程式(500X)擷取的圖,我們把焦點對在晶體的表面。

同時也拿一顆石榴石,進行拉曼測試,將兩者的圖譜比較,可發現鑽石內晶體的圖譜除了石榴石較強的特徵峰(920cm-1,560cm-1, 370cm-1…)之外,尚可發現鑽石中最強的1332cm-1峰。與石榴石圖譜重疊對比,可發現較強峰的位置大致可吻合,較弱的峰因為1332cm-1峰的強度太強,故相對不明顯,但放大觀察後仍可找到其餘較弱峰,足以判斷此顆鑽石的內含物為石榴石,驗證拉曼光譜儀隔山打牛的實力。


由拉曼圖譜的對比,可判定此晶體內含物石石榴石。
由拉曼圖譜的對比,可判定此晶體內含物石石榴石。

寶石填充物、是否經過優化處理,都將影響價格


拉曼光譜儀除了對於天然寶石內含晶體的鑑定具功效外,對於一些寶石的充填處理,例如紅寶石的膠或鉛玻璃充填處理、翡翠的B貨灌膠處理、祖母綠的灌膠充填處理、金珠/黑珠/巧克力珠的染色處理、珊瑚的染色處理、紅色紫色硬玉的處理證據…等,也可提供診斷性的鑑定證明;突破一些傳統寶石鑑定方式所會產生的灰色地帶。拉曼精密儀器在寶石學鑑定的圖譜尚未完備,圖譜不若FTIR豐富,所以一切仍需倚靠一步步實驗,累積樣本圖譜,未來還期望能夠進行天然與合成鑽石的區分、人造鑽石再處理色的鑑定、白色軟玉和田產地以外的特徵鑑定、輻射處理的黑色珍珠以及深層Be擴散處理的藍寶石的鑑定。

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