Giới thiệu

Ngọc học là một lĩnh vực phức tạp liên quan đến nhiều ngành như khoa học tự nhiên, nghệ thuật, lịch sử và khảo cổ học. Một trong những vấn đề quan trọng nhất trong nghiên cứu đá quý là xác định đá quý, bao gồm xác định loại, độ tinh khiết, nguồn gốc và liệu nó có được xử lý thủ công hay không. Vì các đối tượng được phân tích thường là đá quý vĩ mô, có giá trị kinh tế lớn và đôi khi có thể được đặt trên đồ trang sức hoặc đóng gói trong các thùng chứa, chúng phải được hoàn thành và hoàn toàn không bị phá hủy.Và cách phân biệt không xâm nhập. Công nghệ quang phổ Raman, một kỹ thuật hoàn toàn không xâm lấn, không tiếp xúc và không yêu cầu chuẩn bị mẫu, là một phương tiện phân tích dựa trên hiện tượng tán xạ Raman để phân tích cấu trúc phân tử và thành phần hóa học bằng cách đo những thay đổi tần số nhỏ trong ánh sáng tới do rung động phân tử trong mẫu. Công nghệ quang phổ Raman cũng có những ưu điểm như thời gian đo ngắn và nhu cầu mẫu thấp. Vì vậy rất được ưa chuộng trong lĩnh vực bảo thạch học. Trước đây rất ítPhòng thí nghiệm có thể áp dụng quang phổ Raman cho nghiên cứu đá quý, nhưng trong những thập kỷ gần đây, vớiMã sản phẩm: ATR3000Sự ra đời của máy quang phổ Raman cầm tay đại diện cho công nghệ quang phổ Raman đã thể hiện đầy đủ lợi thế ứng dụng trong lĩnh vực này. Trong những năm gần đây, nhiều phòng thí nghiệm đá quý đã được trang bị quang phổ Raman để nghiên cứu ngọc lục bảo, kim cương, bao bọc đá quý và đá quý, đặc biệt là sử dụng quang phổ Raman di động để phân tích các vật thể không thể di chuyển như đá quý trên đồ tạo tác. Bài viết này sẽ khám phá các ứng dụng của quang phổ Raman di động trong nghiên cứu đá quý, nhấn mạnh những kết quả đáng chú ý mà nó đã đạt được trong việc phân loại, xác định và phân tích thực địa đá quý. Người ta tin rằng sự ra đời của công nghệ tiên tiến này có thể cung cấp một cái nhìn hoàn toàn mới về nghiên cứu trong lĩnh vực đá quý và tiếp thêm sức sống mới cho nghiên cứu khoa học và xác định đá quý.

I. Ứng dụng phổ Raman trong đá quý: Xác định

Khi chúng ta nhìn thấy đá quý, điều chúng ta muốn biết rất đơn giản, đó chính là: Viên đá quý trước mặt này là gì? Nhiều loại đá quý thuộc về các loại khoáng chất được xác định rõ ràng, chẳng hạn như thành phần hóa học của kim cương là carbon; Beryl, topaz và zircon được quy cho khoáng chất silicat, trong khi thành phần chính của ruby và sapphire là oxit kim loại. Trong trường hợp này, đá quý có thể được kiểm tra nhanh chóng bằng máy quang phổ Raman di động, các loại khoáng chất của đá quý có thể dễ dàng xác định và thông tin về vật cần kiểm tra có thể được thu thập bằng cách so sánh với thư viện phổ chuẩn sau khi thu được bản đồ. Minh họa dưới đây là biểu đồ quang phổ Raman của bảo thủy đá, Sapphire, Tanzanite, Ma - giê - ri - ve và Pansy, thông qua số lượng và vị trí của đỉnh quang phổ Raman, bạn có thể phân biệt trực quan các đá quý khác nhau.

Hình 1 Phổ Raman của một số loại đá quý phổ biến (aquamarine và sapphire) và các loại đá quý không phổ biến (tanzanite, olivin magiê và cordierit) thu được bằng cách sử dụng kích thích 633 nm.

II. Ứng dụng phổ Raman trong đá quý: Thành phần

Trong nhiều trường hợp, đá quý thuộc về một loạt các nhóm khoáng chất được tạo thành từ các dị hình đồng nhất có thành phần hóa học thay đổi liên tục trong một phạm vi cụ thể. Các cực&cuối của phạm vi được gọi là terminal, nói chung, đá quý trong nhóm khoáng vật có thể được coi là dung dịch rắn của terminal, và tourmaline và garnet là những ví dụ về đá quý không tương ứng với các loại khoáng vật mà là nhóm khoáng vật. Hiểu được thành phần thực tế của đá quý (nghĩa là tỷ lệ phần trăm của các thành phần khác nhau trong nhóm khoáng sản này) là rất quan trọng để đánh giá đúng giá trị và nguồn gốc của nó.

Dưới đây là một ví dụ về garnet, đá quý thuộc nhóm khoáng vật garnet thường có thể được viết: A3B2(SiO)4)3Trong đó A đại diện cho Ca2+và Fe2+và Mn2+và Mg2+， B là Al3+và Cr3+và Fe3+. Các phần tử cuối trong nhóm khoáng vật Garnet được phân chia rộng rãi theo Magnesium Algarnet (Pyr, Mg)3Al2Si3O12Đá sầu riêng (Alm, Fe)3Al2Si3O12và mangan nhôm Garnet (Spe, Mn)3Al2Si3O12Thuộc dự án: Đất thổ cư Tại Trảng Bàng Tây Ninh (3Cr2Si3O12(Ca, Ca)3Fe2Si3O12) và canxi aluminium Garnet (Gro, Ca)3Al2Si3O12(Đá lựu canxi đại diện cho đá vôi, đá quý tương ứng với nguyên tố tinh khiết rất hiếm thấy trong tự nhiên, vì vậy đá lựu thông thường đều là chất cố định thông qua những nguyên tố này. Quang phổ Raman của các dòng Garnet đỏ và Garnet vàng, được mô hình hóa bằng dữ liệu thông qua Matlab, cho phép phân tích tỷ lệ thành phần của các phần tử cuối khác nhau của các loài Garnet, cung cấp cơ sở để đánh giá giá trị của chúng.

Hình 2 Phổ Raman của loạt Garnet (a) và Garnet (b).

III. Ứng dụng phổ Raman trong đá quý: bắt chước, đá quý tổng hợp và xử lý nhân tạo

Như đã đề cập trước đó, một trong những thách thức quan trọng nhất trong đá quý là xác định và xác định các phương pháp điều trị tăng cường cho đá quý tự nhiên, chẳng hạn như sưởi ấm, lấp đầy vết nứt, tiếp xúc với bức xạ, lớp phủ, tẩy trắng, nhuộm và nhiều hơn nữa. Ví dụ, một số viên ruby bị nứt được lấp đầy bằng kính chiết suất cao để tăng độ tinh khiết của chúng, Fan et al. đã tìm thấy kính chì ở 1500cm trong quang phổ Raman của ruby.-1Đỉnh đặc trưng rộng (hình 3), cung cấp công cụ mạnh mẽ để xử lý nhân tạo việc nhận dạng đá quý.

Hình 3: Phổ Raman của hồng ngọc tự nhiên và thủy tinh lấp đầy: Natural là đỉnh đặc trưng của hồng ngọc, P1 và P2 là đỉnh đặc trưng của chất bổ sung trên hồng ngọc.

Mặt khác, đối với quang phổ Raman, việc phát hiện các bản sao là một nhiệm vụ tương đối đơn giản, vì thành phần của chúng có xu hướng khác nhau so với đá quý thực sự, chẳng hạn như zirconia khối thường được sử dụng để giả mạo kim cương và các loại đá quý khác, có thành phần hóa học hoàn toàn khác với kim cương. Hình 4 cho thấy quang phổ Raman của kim cương, khối zirconia bắt chước phổ biến nhất của nó, và stronti titanate, một dạng bắt chước khác.

Hình 4 Phổ Raman của kim cương và các bản sao của nó, khối zirconia và stronti titanat, theo thứ tự từ trên xuống dưới là kim cương, khối zirconia và stronti titanat.

tổng kết

Phổ Raman có nghĩa là tốc độ, độ nhạy và kiểm tra không phá hủy, đáp ứng các yêu cầu của đá quý. Thông tin về tính chất, thành phần, cấu trúc và độ tinh khiết của đá quý có thể thu được bằng cách sử dụng quang phổ Raman, được trang bị các laser khác nhau trong dải tần nhìn thấy và hồng ngoại gần, để xác định các tạp chất và phát hiện xử lý tăng cường. Nghiên cứu gần đây cho thấy phổ Raman cũng có thể được sử dụng để thu thập thông tin định lượng về thành phần của đá quý. Phân tích Raman không phải là tinh thể vô cơ và cũng có thể thu thập thông tin về vật liệu đá quý hữu cơ (san hô, hổ phách và ngọc trai) hoặc vật liệu tinh thể vô định hình hoặc nano (obsidian, opal).Máy quang phổ cầm tay ATR3000Nghiên cứu cũng có thể được mở rộng để phân tích đá quý được bảo quản trong bảo tàng hoặc đá quý được khảm trên các tác phẩm nghệ thuật khảo cổ hoặc lịch sử.

Phổ Raman có thể được sử dụng như một công cụ tiêu chuẩn trong các phòng thí nghiệm đá quý và người bán đá quý nên sử dụng phổ Raman rộng rãi để xác định nhanh chóng. Các phép đo Raman nhanh chóng và không có chi phí ngoài việc mua dụng cụ, cho thấy ứng dụng của nó trong lĩnh vực nghiên cứu đá quý, đóng góp quan trọng cho nghiên cứu về nguồn gốc và nguồn gốc của đá quý. Phân tích những thay đổi nhỏ trong quang phổ rung động và nghiên cứu chính xác các chất lỏng vi mô và các chất bao rắn có thể tiết lộ các chi tiết quan trọng về lịch sử địa chất của khoáng chất.

Về lâu dài, việc sử dụng quang phổ Raman với các kỹ thuật khác nhau như kính hiển vi điện tử quét, phổ tia X phân tán năng lượng hoặc phổ FT-IR sẽ mở rộng hơn nữa việc sử dụng quang phổ Raman trong nghiên cứu đá quý. Mặt khác, sự phổ biến của cơ sở dữ liệu toàn diện về quang phổ Raman khoáng sản, tự động hóa các phép đo thông thường đối với một số lượng lớn các mẫu, và các hệ thống phần mềm và phần cứng thân thiện với khả năng sử dụng phương pháp người dùng để nhanh chóng xác định đá quý và các thành phần của nó với độ tin cậy đầy đủ sẽ hỗ trợ sự lây lan của công nghệ bên ngoài phòng thí nghiệm nghiên cứu.

Tài liệu tham khảo:

[1] Bersani, D. và Lottici, P.P., 2010. Ứng dụng quang phổ Raman cho gemology. Hóa học phân tích và phân tích sinh học, 397, pp.2631-2646.

[2] Fan, J.L., Guo, S.G. và Liu, X.L., 2009. Việc áp dụng máy phổ vi Raman confocal để xác định không phá hủy của đá quý đầy. Spectroscopy Letters, 42(3), pp.129-135.

Bersani, D., Andò, S., Vignola, P., Marino, I.G. và Lottici, P.P., 2009, tháng 8. Xác định Micro-Raman của thành phần của lựu ngọc ugrandite. Trong Hội nghị AIP (Vol. 1163, No. 1, trang 35-43). Viện Vật lý Mỹ.

[4] Aponick, A., Marchozzi, E., Johnston, C.R. và Wigal, C.T., 1998. Xác định tính xác thực của đá quý bằng cách sử dụng quang phổ Raman. Tạp chí giáo dục hóa học, 75(4), p.465.