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他山之石 可以攻玉 | 太赫兹技术在珠宝玉石方向的分析鉴定应用

发布时间: 2020-09-18 08:50 来源:青岛青源峰达太赫兹科技有限公司

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导语:不同产地的珠宝玉石组成矿物成分和结构构造十分相近,但价值差异很大。太赫兹时域光谱技术可以提供物质的化学组成,结构及构像等信息,光谱指纹特征信息可用于物质鉴别。


<一>

现代检测技术在珠宝鉴定应用中的意义


现代测试技术作为有效的鉴定珠宝的手段与方式之一,能够准确地分辨出合成珠宝与天然珠宝,并分析珠宝的成分、结构以及特点等性质;同时在进行珠宝的交易中能够为消费者提供较好的质量保障,有效树立商家的良好形象与信誉;避免不法分子的以次充好或者以假乱真现象给消费者造成的损失;可有效抵制国际非法珠宝贸易,促进国内珠宝行业的稳定发展。同时现代测试技术的运用能够有效提高对珠宝鉴定的准确性及可靠性;为较好地解决珠宝检测时遇到的难题或疑点现象;全面分析珠宝的内在成分、光学性质以及结构特点,有利于做好珠宝鉴定和分析评价等工作。


<二>

珠宝鉴定常用的几种检测方法


当前对珠宝鉴定工作的要求越来越高,而随着珠宝人造技术的飞速发展,珠宝鉴定工作的难度也越来越大。珠宝鉴定通常有以下五种检测方法:1. 肉眼观察鉴定法(颜色、形态、光泽、解理等);2. 物理性质测试鉴定法(相对密度、折射度、硬度);3. 以晶体光学性质为依据的偏光显微镜鉴定法4.化学成分分析法(化学简分析、化学全分析、电子探针成分分析等);5.晶体结构分析法(X涉嫌衍射分析、红外光谱分析、电子探针、拉曼光谱仪器、宝石分光镜、紫外分光光度计等)。



前三种鉴定方法的检测过程中,其分析结果需要严重依赖检测者的经验,主观因素干扰过大,不利于形成客观衡量珠宝真伪的标准。


 


化学成分分析法的缺点是速度慢,而且经常会损坏被测样品,由于珠宝的特殊性,不能随意刻划、破坏、侵蚀,所以化学分析方法的应用收到了很大的局限。



在目前的珠宝鉴定中,更多地使用晶体结构分析法中的现代大型仪器进行鉴定,但目前晶体结构分析法所普遍使用的珠宝鉴定设备均存在着价格昂贵、分析成本偏高、分析速度偏慢等缺点,且X射线属于有损检测,而红外光谱只对分子的强振动敏感,检测不到分子的弱振动。此外对珠宝的测试应确保珠宝的无损,尽量不改变珠宝的外观与形状;对珠宝的准确、客观测试对于维护消费者的合法权益、维护天然珠宝的商业价值具有重要的意义。可以看出,现有的检测方法显然已经不能完全适应当前珠宝检测行业的发展趋势。



<三>

太赫兹技术在珠宝玉石检测中的应用


白色软玉产地鉴定研究



利用透射式太赫兹时域光谱技术分别对新疆、韩国、青海和俄罗斯这4个产地的白色软玉进行测试,得到的时域光谱进行快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)和计算后使用Savitzky-Golay(S-G)平滑处理进行降噪,得到4个产地白色软玉的0.2~2.5 THz频域内折射率和吸收系数。研究表明,4个产地白色软玉THz光谱折射率存在数值差异;不同产地太赫兹特征吸收峰的存在形式不同,新疆、青海的白色软玉在2.0 THz波段有1个突出的小型特征吸收峰,而韩国和俄罗斯的白色软玉在1.5~2.0 THz波段有1个宽大的吸收包络。这些结果为进一步开发基于太赫兹时域光谱技术的白色软玉产地识别方法提供了基础数据。



和田玉的太赫兹光谱研究


结合THz-TDS技术的特点及其在物质成分识别方面的应用,测得三种和田玉(羊脂白玉、青花玉、青玉)在0.2~2.6 THz的吸收系数和折射率曲线,不同种类的和田玉吸收系数差别很大,折射率在0.2~2.6 THz波段为2.4~2.7。实验结果说明,通过太赫兹波段的吸收谱和折射率的特征差异与种类之间的关系判断和田玉的种类是可行的,为无损和田玉种类鉴别提供一种新型的方法。


不同玉石的太赫兹光谱研究

以太赫兹时域光谱分析技术为手段,研究不同玉石样品的太赫兹波段光谱特性,在0.4~1.4THz光谱区域间得到了样品的折射率、吸收系数和介电常数。太赫兹技术具有高的时间分辨率、相干探测、低能性及相对简单的测试与数据处理方法等优点,从吸收图谱可以看到白玉石样品有明显的特征吸收峰;通过吸收系数和折射率的测定和分析,可以看出白玉石的吸收系数、折射率比赝品玉石大,这主要是由样品中透闪石含量的不同引起的。


赝品玉石(1)& 白玉石(2)的吸收系数图


赝品玉石(1)& 白玉石(2)的折射率图


各类玉石化学成分与结构不同,可根据其折射率、吸收系数的不同等特征加以区别。实验结果表明,THz-TDS技术可作为玉石鉴定一种新型的分析手段。


珍珠粉的太赫兹波谱定量检测研究


利用THz时域光谱技术对海水珍珠粉,淡水珍珠粉以及贝壳粉做定性分析,结果表明不同产地的海水或淡水珍珠粉的折射率谱虽然在0.5~1.2THz范围内一致,但是在0.2~0.5THz或大于1.2THz范围内略有差别,这说明它们的成分或含量有一些细微差别。除此之外,随着颗粒直径的减小,折射率呈现逐渐增大趋势,折射率与颗粒直径成近似的线性关系,由此线性关系就可以通过珍珠粉颗粒直径推算出其相应的折射率,反之亦然。通过比较可以发现,海水珍珠粉的折射率明显高于淡水珍珠粉的折射率。这可能是由于海水珍珠粉与淡水珍珠粉的金属元素含量不同,而折射率又对金属元素敏感的原因,这点与文献报道的海水珍珠粉中微量金属元素的含量明显大于淡水珍珠粉的含量相吻合,尤其为Na元素的含量。当前,海水珍珠粉与淡水珍珠粉并不作区分,市场上大部分的珍珠粉产品均为淡水珍珠粉。这种THz-TDS定量分析方法快速、简便,为珍珠粉和贝壳粉的颗粒尺寸及定量检测提供参考。



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