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祖母绿裂隙中充填物的研究!
浏览次数:4634    发表日期:2012/10/27 20:37:49
在宝石显微镜下观察不同的宝石特征信息对检测祖母绿的充填是非常重要的。在特定的照明方式下出现的闪光效应,就是祖母绿中填充与其折射率接近的物质例如树脂,所呈现的特征信息。扁平气泡的存在或者残余物的改变也是宝石充填的一个线索。在紫外荧光灯下宝石呈现特征荧光颜色如蓝白色或黄绿色是充填物质引起的。傅里叶变换红外光谱计因为获得物质的分子振动数据而有效地检测出宝石是否充填了树脂或油。通过这个方法可以分析整个宝石,并且可以大概的分析出充填物的数量。拉曼光谱有高的分辨率,并在显微镜的放大检测下可以分析出裂隙中充填了物质的具体位置。
一 绪 论
众所周知“不存在无裂缝的祖母绿。”任何地方产的祖母绿都有内含物。许多晶体在开采的时候已经产生破裂,并且这些裂隙在晶体切割、抛光或加工成型过程中由于不当操作可能变得越来越大。在以前为了使祖母绿延伸到表面的瑕疵看起来不明显,传统的方法是在破裂处填充透明的物质。
正如我们所知道的,冰放在清水里就会看不清其形貌,因此要使祖母绿中的裂缝显得不是很明显就必须在裂缝中充填与祖母绿折射率很接近的物质。祖母绿的折射率在1.57-1.59之间,很接近这个折射率并可用于充填的物质有油脂类或人造树脂。已知的充填材料有很多种,但是应用广泛的是杉木油和石蜡油。杉木油是从几种松类树中萃取出来的,主要来自刺柏木。从1980年以后,环氧树脂也被广泛的应用。树脂比油脂更接近祖母绿的折射率,并且可以更有效的改善透明度。Opticon在工业上被广泛认知,是环氧树脂的一类。
二 观察充填物
在宝石显微镜下采用不同的照明方式,综合放大观察祖母绿的填充部位,可以获得其鉴定方面的重要信息。
(1) 闪光效应
在充填裂隙中常常可观察到闪光效应。此效应的原因是祖母绿和充填材料对光的不同散射引起的,虽然它们的折射率很接近。举个例子:在亮域下观察充填裂隙可以呈现蓝色至紫色的反射光(如照片1所示),但是在暗域下倾斜的观察可变成橙色(如照片2所示)。在不同情况下观察,颜色会呈现不同变化。环氧树脂,如Opticon折射率比油更接近于祖母绿,因此充填了那些树脂的宝石呈现代表性的闪光效应(如照片3和照片4)。当用光纤灯源的暗域照明时能很明显的呈现闪光效应。


照片1: 蓝色闪光效应 (在亮域下观察): 树脂充填



照片2: 橙色闪光效应 (在暗域下观察):树脂充填



照片3: 橙色闪光效应: 树脂充填



照片4: 橙色至紫色闪光效应:树脂充填
(2) 气泡和残余物
充填裂隙中常常含有气泡。没有处理过的祖母绿中也含有气泡,常存在于两相或三相包裹体中,这样的气泡呈球状,形状不是很明显,而充填裂隙中的气泡很明显(见照片6),常常是扁平状的(见照片5)。油充填的裂隙中气泡比较小而且不常见(见照片7和照片8),而树脂充填裂隙中的气泡则是大小不一。如果充填的非常完美,裂隙几乎看不见,一旦裂隙充填的物质发生质变(例如乳化或被氧化),则会变成截然不同的残余物质而易被发现。因此,油类充填的裂隙中比树脂充填的裂隙中更可见白色物质(见照片9)。
被油充填的裂隙由于被氧化而常常在亮背景观察下可以出现褐色闪光效应 。 (见照片10),而氧化残余物会形成像树枝状的特征形状(见照片11)。

      
照片5:    扁平状气泡:树脂充填    


 照片6:    在高突起时的球形气泡: 树脂充填    

         
照片7:    一群小气泡: 油充填    


    照片8:    一群小气泡: 油充填    

         
照片9:    白色残余物质: 油充填    


照片10:    残余物质在裂隙中被氧化成褐色物质: 油充填    


照片11:    残余物质会形成褐色树枝状: 油充填   


       

三 紫外荧光   
     铬在祖母绿晶体结构中的某些位置出现会使祖母绿呈现红色荧光,若其中含有其它杂质元素比如铁时,荧光呈惰性。树脂充填的宝石会呈现蓝白色至微弱蓝白色荧光。注油的祖母绿有时会呈现亮黄绿色荧光。许多充填材料不会导致宝石出现荧光,而且只有特征的荧光效应对鉴定宝石有所帮助。   
四 傅里叶变换红外光谱分析     
    FTIR是傅里叶变换红外光谱仪的缩写,它通过一个分光光度计在红外区域通过频率分析而获得的吸收光谱,称为傅里叶在波形的转换,主要原理是用从干涉光源发出的光而形成一复合光波照到样品上得到的。通过获得物质中分子的振动,FTIR可以有效地分析晶体中的水分子,氢氧基和树脂或油。   
     用傅里叶变换红外光谱仪测试祖母绿一般用漫反射原理,让宝石的台面向下放在样品台上,样品台上有一层镜面薄膜。光线从宝石的亭部射进贯穿整个宝石,并且反射到镜面上,再次从背后穿过宝石并且到检波器。通过这个方法整个宝石的检测信息被傅里叶变换红外光谱仪观测并分析,这样就没有必要事先查找裂隙的位置。然而检测样品时应该在镜面上360度旋转宝石,因为裂隙中充填树脂或油仅仅在宝石中占很小的部分,而产生的光必须要穿透充填的区域。   
  用傅里叶变换红外光谱仪检测祖母绿会出现很大的吸收峰,而充填物质的谱线必须在很窄的波段(3200-2400 cm-1)中被检测到。没有处理过的祖母绿和充填了树脂和油的祖母绿的红外吸收光谱分别如图1和2所示。    
  

图1:    FTIR 分析 (未处理的祖母绿)   


图2:    FTIR 分析 (蓝色: 树脂充填祖母绿; 红色:油充填祖母绿)   

五 显微拉曼光谱   
      当光线撞击物质并发生散射,有些散射光会改变其波长,改变量依据具体物质而定。这个现象以发现者命名为拉曼效应。拉曼光谱可用于鉴别物质或分析分子结构。通过拉曼效应获得的散射光一般是非常弱,因此需用用强的激光束来照射以及精密的探测器。   
     带显微镜的拉曼光谱仪有高的分辨率,可以对宝石进行局部分析,也可以分析接近宝石表面的包裹体。对祖母绿充填物质的检测,通常是在显微镜下对可能充填的裂隙进行局部放大分析。   


    
图3:    显微拉曼光谱 (绿色: 未处理祖母绿; 蓝色: 树脂充填祖母绿) 

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