其他可应用的先进技术

(一)电子顺磁共振(EPR)

EPR也被称为电子自旋共振(ESR),它已被用于研究宝石中某些过渡金属元素的价态和化学键。这是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,可用于定性或定量检测物质原子或分子中所含的不配对电子,并探索其周围环境的结构特性。对自由基而言,轨道磁矩几乎不起作用,总磁矩的绝大部分(99%以上)的贡献来自电子自旋,所以电子顺磁共振亦称“电子自旋共振(ESR)”。电子顺磁共振光谱技术已存在了50年以上,但在宝石学中尚未得到广泛应用。测试样品放置在高频微波场中,受到强烈的、可变的磁场作用,含有未配对电子的离子会对处于特定磁场的微波产生强烈的吸收。EPR对检测特定组分非常敏感,可用于检测超高温处理宝石材料,如测试铍扩散刚玉中形成的氧离子。

(二)激光散射层析成像(LST)

这是一种通过激光散射得到90°散射断层照片的无损显微镜检测技术。原日本宝协实验室应用该技术,对热处理蓝宝石和合成红宝石中的微小缺陷进行了成像分析对比研究。

(三)核磁共振(NMR)

这是一种根据原子核与磁场的相互作用而研制出来的一种无损检测技术,在生命科学、医学、材料学等多个学科领域获得极其广泛的应用。该技术可用于许多物体结构的测定,如化合物结构中高分子化合物结晶度,高分子链立体构型成分,药物成分,生物大分子的结构,药物与生物大分子、细胞受体之间的相互作用,生物活体组织含水量,癌症诊断,人体NMR断层扫描(NMR-CT)等。目前在珠宝玉石材料研究中主要用于琥珀的年龄研究和优化处理鉴定。另外,通过对特定元素如氢、氟的研究,可区分某些天然和合成祖母绿及热处理海蓝宝石。今后,该方法在珠宝玉石研究和鉴定中将发挥更大的作用。

(四)X射线衍射分析(XRD)

该仪器是利用晶体形成的X射线衍射,对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时,X射线因在晶体内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射的X射线在某些方向上相位得到加强,从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高,能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。这种方法在宝石学上被广泛应用于珠宝玉石品种的鉴定及其包体的鉴定,在产地信息采集方面,主要利用X射线衍射微区分析技术对宝石中包体的矿物组成和结构进行研究。

(五)粒子诱发X射线荧光分析(PIXE)

它是高能粒子束分析的一种重要技术。PIXE分析具有灵敏、快速、取样少和无损分析等特点。该方法对大多数元素(Z≥12)是很灵敏的,其相对灵敏度为10^-6,一次测量可探知多种元素,还可采用微束。目前因设备成本太高,只在零散的珠宝材料的物理学研究及考古等文章有使用该仪器的报道。

(六)X射线光电子能谱分析(XPS)

用X射线去辐射样品,使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。通过检测器可以测量被激发出来的光电子的能量,以光电子的动能为横坐标,相对强度(脉冲/s)为纵坐标可做出光电子能谱图,从而获得待测物的化学元素组成。XPS主要是通过测定电子的结合能来实现对表面元素的定性分析,包括价态的分析。X射线光电子能谱仪对化学分析最为有效,这种技术在宝石学研究和鉴定上主要用于检测样品的元素组成和氧化状态,以及珠宝玉石表面镀膜材料的鉴定等,在检测翡翠表面注蜡或聚合物注入方面与红外光谱的作用相似。

(七)X射线形貌法(XT)

又称X射线貌相学,它是根据晶体中衍射衬度变化和消像规律,来检查晶体材料及器件表面和内部微观结构缺陷的一种方法。它具有非破坏性检验、样品制备方便、实验重复性好、能决定缺陷的性质等优点,广泛用于晶体材料完整性的研究。随着科学技术的发展和近完整晶体材料的大量使用,20世纪50年代后期以来,X射线形貌技术和X射线衍射动力学理论的研究都有很大的发展,逐步成为材料科学中一种重要的检验手段和一门学科分支。该方法在珠宝材料研究中,目前主要对钻石、水晶、蓝宝石等工业用途品种有部分研究,今后,该技术有望用于彩色宝石产地的鉴定研究。