Введение

Магнология - сложная область, охватывающая различные дисциплины, такие как естественные науки, искусство, история и археология. Одним из наиболее важных вопросов в области палеонтологии является идентификация драгоценных камней, включая их вид, чистоту, происхождение и то, были ли они обработаны вручную. Поскольку объектом анализа обычно являются макроскопические драгоценные камни, которые имеют большую экономическую ценность и иногда могут быть инкрустированы в аксессуары или упакованы в контейнеры, они должны быть завершены & без потерьИ неинвазивным способом идентифицировать. Рамановская спектроскопия - это метод полного и полностью неинвазивного, бесконтактного и не требующего подготовки образцов, основанный на анализе явления рассеяния Рамана, который анализирует молекулярную структуру и химический состав путем измерения небольших частотных изменений падающего света, вызванных молекулярными колебаниями в образце. Рамановская спектроскопия также имеет такие преимущества, как короткое время измерений и низкий спрос на образцы. Поэтому он очень популярен в области биохимии. Раньше их было очень мало.Лаборатория может применить спектр Рамана к исследованиям драгоценных камней, но в течение почти десятилетияСкачать ATR3000Появление портативного спектрометра Рамана, представленного компанией, позволило Laman Spectrology полностью продемонстрировать преимущества применения в этой области. В последние годы многие камеологические лаборатории оснащены спектрометрами Рамана для изучения изумрудов, алмазов, драгоценных камней и инкрустированных драгоценных камней, в частности для анализа неподвижных объектов, таких как драгоценные камни на артефактах, с помощью портативных спектрометров Рамана. В этой статье будет рассмотрено применение портативного спектрометра Raman в исследованиях драгоценных камней с уделением особого внимания его замечательным результатам в классификации, идентификации и полевом анализе драгоценных камней. Считается, что внедрение этой передовой технологии может дать совершенно новый взгляд на исследования в области палеонтологии и вдохнуть новую жизнь в научные исследования и идентификацию драгоценных камней.

I. Применение спектра Рамана в палеонтологии: идентификация

Когда мы видим драгоценный камень, то, что мы хотим знать, очень просто: что это за драгоценный камень перед нами? Многие драгоценные камни относятся к определенным видам минералов, например, химический состав алмазов - углерод; Бирюз, желтый нефрит и циркон относятся к силикатным минералам, в то время как основными компонентами рубинов и сапфиров являются оксиды металлов. В этом случае, используя портативный спектрометр Рамана, можно быстро протестировать драгоценные камни, легко идентифицировать минеральные виды драгоценных камней и получить информацию о предметах, подлежащих измерению, после получения карты по сравнению со стандартной спектральной библиотекой. На рисунке ниже показана спектрограмма Рамана для морских сапфиров, сапфиров, танзанитов, магниевых олипов и фиалки, которая визуально различает различные драгоценные камни по количеству и местоположению спектральных пиков Рамана.

На рисунке 1 показан спектр Рамана, полученный с использованием 633 нм возбуждения для некоторых распространенных драгоценных камней (морских сапфиров и сапфиров) и менее распространенных драгоценных камней (танзанита, магниевого олифа и фиалкита).

II. Применение спектра Рамана в палеонтологии: компоненты

Во многих случаях драгоценные камни относятся к ряду изоморфных групп минералов, химический состав которых непрерывно изменяется в определенном диапазоне. Полярные и оконечные элементы диапазона являются так называемыми концевыми элементами, и, как правило, драгоценные камни в группе минералов могут рассматриваться как твердые растворители в концевых элементах, а электролит и гранат являются примерами драгоценных камней, которые не соответствуют типу минерала, а соответствуют группе минералов. Понимание фактического состава драгоценных камней (то есть процентной доли самых концевых элементов в этой группе минералов) важно для правильной оценки их ценности и происхождения.

Вот пример граната, где драгоценные камни, принадлежащие к группе минералов граната, обычно могут быть написаны: A3В2(Сио)4)3В том числе A означает Ca2 +и Fe2 +и Mn2 +и Mg2 +， Б. Ал.3 +и Cr3 +и Fe3 +. Конечные элементы в группе минералов граната в основном делятся на магниевые и алюминиевые гранаты (Pyr, Mg).3Аль2Си3О12Железо - алюминиевый гранат (Alm, Fe)3Аль2Си3О12) и марганцевый алюминиевый гранат (Spe, Mn)3Аль2Си3О12Для обозначения алюминиевого граната и кальциевохромового граната (Uva, Ca)3Кр2Си3О12• Железисто - кальциевый гранат (And, Ca)3Фе2Си3О12) и кальциевый алюминиевый гранат (Gro, Ca)3Аль2Си3О12Для представления кальциевого граната драгоценные камни, соответствующие чистым концевым элементам, редко встречаются в природе, поэтому распространенный гранат является твердым раствором, состоящим из этих концевых элементов. Как показано на рисунке 2, спектр Рамана в системах красного граната и желтого граната, моделирование данных с помощью Matlab позволяет анализировать соотношение компонентов различных оконечных элементов граната и служит основой для оценки их ценности.

Рисунок 2 Спектр Рамана для граната (a) и граната (b) серии.

III. Применение спектра Рамана в палеонтологии: имитация, синтетические драгоценные камни и ручная обработка

Как упоминалось ранее, одной из наиболее важных задач в палеонтологии является выявление и идентификация интенсивных методов обработки природных драгоценных камней, таких как нагрев, заполнение трещин, радиационное воздействие, покрытие, отбеливание, окрашивание и т.д. Например, некоторые сломанные рубины заполняют стекло с высоким коэффициентом преломления, чтобы повысить его чистоту, и Fan et al. обнаружили свинцовое стекло в 1500 см в спектре Рамана рубина-1Широкий характеристический пик (рисунок 3) обеспечивает мощный инструмент для ручной обработки идентификации драгоценных камней.

Рисунок 3 Естественный рубин и спектрограмма Рамана, заполненная стеклом: природный рубин - это собственный пик рубина, а P1 и P2 - характерный пик наполнителя на рубине.

С другой стороны, для спектра Рамана обнаружение имитации - относительно простая задача, потому что ее состав часто отличается по сравнению с настоящими драгоценными камнями, такими как кубический оксид циркония, который часто используется для маскировки алмазов и других драгоценных камней, и его химический состав отличается от химического состава бриллианта и полностью отличается от спектральной карты. На рисунке 4 показан спектр Рамана алмаза, его наиболее распространенного аналога кубического оксида циркония и другого аналога титаната стронция.

Диаграмма 4. Рамановый спектр алмазов и их аналогов, кубического оксида циркония и титаната стронция, в свою очередь, состоит из алмазов, кубического оксида циркония и титаната стронция.

Резюме

Спектр Рамана означает скорость, чувствительность и неразрушающее обнаружение, которое отвечает требованиям палеонтологии. С помощью спектрометра Рамана, оснащенного различными лазерами в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, можно получить информацию о свойствах, составе, структуре и чистоте драгоценных камней для идентификации примесей и обнаружения усиленной обработки. Недавние исследования показали, что спектр Рамана может также использоваться для получения количественной информации о составе драгоценных камней. Анализ Рамана не * * в неорганических кристаллах, но также может получить информацию об органических драгоценных камнях (кораллы, янтарь и жемчуг) или аморфных или нанокристаллических материалах (обсидиан, опал).Портативный спектрометр ATR3000Исследования также могут быть расширены для анализа драгоценных камней, хранящихся в музеях или инкрустированных археологическими или историческими произведениями искусства.

Рамановский спектр может быть использован в качестве стандартного инструмента в палеонтологической лаборатории, и продавцы драгоценных камней должны широко использовать рамановский спектр для быстрой идентификации. Измерения Рамана были быстрыми и не были дорогостоящими, кроме покупки приборов, и показали свое применение в области палеонтологических исследований, внося важный вклад в изучение причин и происхождения драгоценных камней. Анализ незначительных изменений в спектре вибраций и точные исследования микроскопических флюидов и твердых частиц могут пролить свет на важные детали геологической истории полезных ископаемых.

В долгосрочной перспективе использование спектрометра Рамана с различными технологиями, такими как сканирующая электронная микроскопия, спектр рентгеновского излучения с дисперсией энергии или спектр FT - IR, расширит применение спектра Рамана в палеонтологических исследованиях. С другой стороны, популяризация интегрированной базы данных минерального спектра Рамана, автоматизация обычных измерений большого количества образцов, а также дружественные к возможностям программные и аппаратные системы, использующие пользовательские методы для быстрой идентификации драгоценных камней и их компонентов с достаточной степенью достоверности, будут способствовать распространению технологии за пределами исследовательских лабораторий.

Ссылки:

[1] Bersani, D. и Lottici, P.P., 2010. Применение Раманской спектроскопии к гемологии. Аналитическая и биоаналитическая химия, 397, pp. 2631-2646.

[2] Fan, J.L., Guo, S.G. и Liu, X.L., 2009. Применение конфокального микро-Раманского спектрометра к неразрушительной идентификации заполненных драгоценных камней. Spectroscopy Letters, 42(3), стр. 129-135.

[3] Bersani, D., Andò, S., Vignola, P., Marino, I.G. и Lottici, P.P., 2009, август. Микро-Раманское определение состава уграндитовых гранатов. В АИП Conference Proceedings (том 1163, № 1, стр. 35-43). Американский институт физики.

[4] Aponick, A., Marchozzi, E., Johnston, C.R. и Wigal, C.T., 1998. Определение подлинности драгоценных камней с помощью спектроскопии Рамана. Журнал химического образования, 75(4), с. 465.