科学仪器助力研究人员讲述宝石故事
研究人员通过将其发现与 GIA 多年来检测过的海量宝石数据库进行比对，分析样本宝石的身份并得出结论。他们运用自身的专业知识和学识，寻找揭示宝石身份的独特特征。
研究人员所收集的信息以及用于收集此类信息的仪器可分为光分析、原子结构分析、化学分析与成像以及其他仪器设备。
此外，GIA 还设计并开发了众多仪器，以满足我们研究和分析宝石的内部需求，同时也为行业研发仪器设备。本页面展示了我们研究工具箱中的各种工具。其中许多仪器均由 GIA 科学家和工程师设计而成，或经 GIA 改造以满足各种宝石数据收集需求。
光分析
光谱法分析光线与宝石相互作用的方式。研究人员可通过检查宝石如何吸收或透射光线来鉴定宝石，并且通常能确定宝石是否经过处理或属于合成宝石。
可见光吸收光谱仪
可见光光谱仪通过扫描一系列波长（从光谱的蓝端到红端）发射一束窄光束穿过宝石。未被样品吸收的光波长会传输至仪器的检测器。这些透射部分在人眼观察下即为颜色。此项分析的结果以图表形式显示，展示光的相对透射率（或吸收率）与波长的关系。研究人员利用这些信息来确定材料的颜色成因。
深入了解 GIA 如何运用光谱法确定宝石的原产地和处理方式：紫外线—可见光—近红外 (UV-Vis-NIR) 分光光度法在宝石学中的应用
可用设备：
- GIA 制造的仪器种类繁多，具有多种可能的配置，包括可配合光纤或积分球操作、使用透射或反射模式、在室温或液氮温度下使用的仪器。
- Perkin Elmer Lambda 950 紫外/可见光光谱仪
- Hitachi U-2910 紫外-可见光光谱仪
- Agilent Cary 60 光谱仪，配备定制款 GIA 集成球形漫反射附件 (DRA)。
红外吸收光谱仪
红外光谱仪用于测量不可见的光谱，即红外光谱。红外光谱可帮助研究人员确定宝石是否经过处理，或其属于 I 型还是 II 型钻石。
该仪器会产生波长超出光谱红端以外的辐射，其“光线”是人眼看不到的，但可以感觉到热。接受分析鉴定的样品可以吸收、透射或反射这类波长。
用于彩色宝石处理的树脂、油、塑料和其他物质等材料，在其红外光谱中具有明显的特征，可通过光谱仪检测到。红外光谱法也有助于检测某些宝石（如红宝石和蓝宝石）中的微量氢物质，在某些情况下，可以为识别是否存在人工热处理提供线索。
许多矿物还具有独特的振动指纹图谱，可通过红外光谱法识别，从而帮助鉴定。
了解 GIA 科学家如何利用红外线鉴定天然与实验室培育钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿和翡翠：红外光谱法及其在宝石学中的应用
可用设备：
- Thermo Scientific Nicolet iS50 FT-IR 红外光谱仪，配备漫反射附件或溴化钾分束器附件
- Thermo Scientific Nicolet iS5 FT-IR 红外光谱仪，配备漫反射附件（配备 GIA 分析软件 GIA DiamondCheck 向公众提供）
红外吸收映射
可用设备：
- Thermo Scientific Nicolet iN10
拉曼/光致发光光谱仪
拉曼光谱仪使用激光照射样品并记录其拉曼光谱，帮助研究人员识别宝石或矿物样本。结果由图表上的尖峰组成，研究人员会对其进行检查，并与不同种类宝石材料的已知光谱库进行比对。
该仪器也可用于通过一种称为光致发光（或 PL）光谱法的技术记录样品的发射光谱，其中通过激光的光线使样品发射特定波长的能量，从而产生发光光谱。
GIA 研究人员还会使用单独的仪器收集二维区域内一个特定光谱峰的拉曼数据。这样便绘制出了材料内部原子级缺陷的空间分布图，这正是导致该光谱峰的成因。
此类仪器是鉴定宝石特性的关键。了解 GIA 研究人员如何运用这些强大的工具来了解宝石的地质历史并检测合成品：可用设备：
- Renishaw inVia 光谱仪，配备 325、457、488、514、633 和 830 nm 激光器。可在液氮温度和室温下使用
- GIA 定制款 PL 光谱仪，配备 405 nm 激光器，可在室温下使用
- Aminco Bowman Series 2 发光光谱仪，用于室温荧光光谱
可用设备：
- Thermo Scientific DXRxi 拉曼成像显微镜
- 定制款高光谱成像设备
电子顺磁共振光谱仪
这是一项先进的技术，使 GIA 研究人员能够检测材料中具有不成对电子的特定类型原子级缺陷。
短波紫外荧光光谱仪
理想的激发波长能有效激发被测样品的目标光谱特征，荧光光谱仪则记录样品的发射光谱。使用产生中波紫外光的 275 nm LED 激发样品（如珍珠的珍珠层）的荧光。反射光纤探头将紫外光引导至样品并收集荧光信号。光谱仪负责记录信号并将光谱发送至计算机进行分析。
可用设备：
- GIA 制造的短波紫外激发装置，配备 275 nm LED 光源和 Avantes AvaSpec-Mini 光谱仪。
化学分析
研究人员使用化学分析来确定宝石由哪些元素构成，以及宝石是天然的、合成的还是经过处理的。
X 射线荧光法 (XRF)
X 射线荧光法可帮助研究人员识别宝石中的化学元素。该系统使用 X 射线源的能量对样品进行照射，记录宝石中存在的化学元素所特有的特定能量的 X 射线发射情况。此款仪器可对具有大片平坦抛光表面的样品进行快速且无损的定性化学分析。
该技术可以让研究人员快速知晓样品中存在哪些化学元素。这项技术在彩色宝石的地理原产地鉴定以及确认用铅玻璃进行红宝石净度优化等处理方法方面具有一定的应用价值。
这两种技术有助于 GIA 研究人员识别彩色宝石的原产地和潜在处理方式。点击此处，了解更多信息：宝石鉴定所的化学分析：XRF 与 LA-ICP-MS
可用设备：
- Thermo Scientific ARL Quant’x 能量色散 X 射线荧光 (EDXRF) 光谱仪
- Horiba Mesa-50 XRF
X 射线荧光 (XRF) 成像
该技术用于确认珍珠的生长环境。由于锰含量的不同，淡水珍珠和海水珍珠在 X 射线激发下呈现不同的发光反应。
淡水珍珠因存在微量的锰 (Mn)，通常呈现中度至强烈的黄绿色发光。由于锰含量极低或不含猛，大多数天然珍珠则保持惰性（不发光）。然而，有核养殖的海水珍珠若珍珠层相对较薄，可能会显示出其下淡水贝壳珠核的微弱发光。
珍珠在 X 射线下的发光反应可使用数码相机通过监视器进行显示和记录。
可用设备：
- MatriX-FocalSpot Verifier PF-100 X 射线荧光装置（100 kV 和 3.2 mA 激发），配备佳能 EOS REBEL T4i 数码单反相机（5 秒曝光，F5.0，ISO 12800）
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 (LA-ICP-MS)
此款先进仪器可帮助研究人员确定样品中每种元素的含量。
来自激光器的光束聚焦在样品表面，并对表面进行剥蚀处理或去除微小颗粒。这些颗粒由流动气体送入高温等离子体炬中，再分解为可被检测器识别的单个原子。这使得研究人员能够对自然存在的元素进行定量化学分析，甚至包括样品中的低浓度元素。在此过程中，仅有极小部分的样品会遭到破坏。
在现代宝石鉴定所中，LA-ICP-MS 对于检测经过铍扩散处理的红宝石和蓝宝石具有无可估量的价值。LA-ICP-MS 的高灵敏度还使研究人员能够测量低至百万分率 (ppm) 以下的微量元素，从而测量微量元素的指纹图谱，这在许多情况下对于确定多种彩色宝石的地理原产地至关重要。
可用设备：
- Thermo Fisher iCAP Q ICP-MS，耦合 Elemental Scientific Lasers NWR 213 激光剥蚀系统，配备五倍频 Nd:YAG 激光器（213 nm 波长，4 ns 脉冲宽度）。
成像
摄影（特别是显微摄影）为研究人员提供了一种捕捉宝石内部特征或内含物特写图像的方法。研究人员利用这些信息来确定宝石形成的环境，以及某些宝石的原产地。
显微照相机
双筒显微照相设备用于采集宝石中特征或内含物的摄影图像。研究人员利用这些信息帮助鉴定宝石并确定其是天然的、经过处理的还是合成的。
可用设备：
- Nikon Eclipse LV-100 显微镜
- Nikon SMZ1500
- Leica DM750P 岩相显微镜
深紫外荧光成像技术
DiamondView 仪器通过使用短波紫外线光源产生荧光图案，帮助区分大多数天然钻石与合成钻石。该仪器由英国戴比尔斯钻石贸易公司的研究人员于 1996 年开发。
详细了解造就宝石迷人光芒的发光原理、机制和特征：发光的宝石：钻石、彩色宝石和珍珠的荧光与磷光
可用设备：
- DiamondView，配备一套用于选择性进行荧光成像的滤光片
- GIA 定制款 LumiSense
珍珠的 X 射线成像
天然珍珠和养殖珍珠通常呈现相似的外观，若不检查其内部结构，有时则无法自信地加以区分。X 射线成像是研究人员和宝石鉴定所使用的一项重要技术，用于揭示珍珠的内部生长模式以进行鉴定。
实时显微放射成像 (RTX) 为操作人员提供即时二维 X 射线图像，可以通过监视器聚焦并查看极其精细的细节，并以数字格式对图像进行记录。
X 射线计算机显微断层扫描 (μ-CT) 应用于珍珠检测，可提供形态结构的高分辨率三维成像，相比传统 X 射线照相术，能够更详细地观察细微的生长特征。
RTX 和 μ-CT 的结果为灰度图像，其中不同深浅的明暗灰度强度对应于材料的 X 射线不透明度。矿化材料（如霰石或方解石）比富含有机质的特征或充满气体和/或液体的空隙更致密或具有更强的射线不透性；因此，完全由霰石组成的区域会比包含富含有机物或孔洞特征（通常显得较暗）的区域显得更亮。
X 射线照相术和 X 射线计算机显微断层扫描在珍珠鉴定中发挥着至关重要的作用。详细了解这类成像技术及其在宝石学中的重要性：X 射线照相术和 X 射线计算机显微断层扫描在宝石学中的应用
可用设备：
- Pacific X-ray Imaging (PXI) GenX-90P X 射线系统，配备 4 微米微焦点、90 kV 电压和 0.18 mA 电流 X 射线源，结合 PerkinElmer 1512 平板探测器。
- Matrix-FocalSpot XT-3 实时 X 射线检测系统，配备 4 微米微焦点、90 kV 电压和 0.18 mA 电流 X 射线源，结合 PerkinElmer 1512 平板探测器。
- ProCon CT-mini X 射线系统，配备 5 微米微焦点、90 kV 电压和 0.18 mA X 射线电流源。使用两个带有图像采集卡的探测器来采集结果：Hamamatsu 平板探测器 C7921CA-29（50 微米像素间距，1032 × 1032 像素分辨率）和 Varex 1207 平板探测器（74.8 微米像素间距，1536 × 864 像素分辨率）。
扫描电子显微镜
该仪器利用聚焦的电子束生成高倍率放大图像，显示样品材料极小表面区域的形貌和成分。
配备一些额外附件，还可收集阴极发光光谱和图像。
可用设备：
- Zeiss Evo MA 10 扫描电子显微镜，使用可变压力二次电子探测器 (VPSE G4) 和 Gatan MonoCL4 Swift 系统（包含高灵敏度光电倍增管 (HSPMT)）。
其他仪器/设备
用于实验室培育钻石的化学气相沉积反应器
激光切割和抛光 – 通常用于钻石和其他宝石的平板制作
加热/冷却显微镜载物台
该设备在收集光谱或采集图像时对样品进行精确的温度控制 (-196oC – 600oC)。
可用设备：
- Linkam THMS600
高温熔炉
可使用此熔炉将宝石材料加热至特定温度，并在特定的氧化或还原气氛下进行处理，从而更好地了解宝石的热处理以及固体材料的热行为。
可用设备：
- 1000-3560-FP24 Thermal Technology 气体混合炉。最高温度可达 1800oC。最长持续时间可达连续 7 天。惰性、氧化和还原气氛，可用气体包括 CO2、O2、H2、N、CO。
- MTI GSL 1500X 炉，配备 2 英寸外径莫来石管：室温 -1500oC；环境或惰性环境；由于缺乏联锁装置，持续时间约为 12 小时或更短。
近期仪器出版物与专利
GIA 计量学
用于宝石分析的可调谐激光光致发光和激发光谱法
用于宝石分析的多激发光致发光光谱系统
开发用于钻石和其他高折射率材料的大体积线扫描、高光谱范围和分辨率 3D 高光谱光致发光成像显微镜
宝石的高分辨率发光与拉曼 3D 高光谱成像 - Astrophysics Data System
利用原位吸收光谱法分析光致变色宝石
使用便携式拉曼光谱仪快速鉴定宝石矿物 - Tsai - 2023 - Journal of Raman Spectroscopy - Wiley Online Library
出版编号：US10641526B2
标题：快速冷却宝石的方法和装置，包括两阶段冷却
出版编号：US10859505B2
标题：用于宝石学应用的荧光盒
出版编号：US11037282B2
标题：宝石净度标记的检测
出版编号：US11915407B2
标题：用于净度测量和净度分级的自动化系统及方法
出版编号：US20240159683A1
标题：用于评估宝石光学质量的装置及方法
出版编号：US20240167955A1
标题：用于宝石荧光分级的装置及方法
出版编号：US12135278B2
标题：用于宝石评估的发光二极管布置
出版编号：US20240385119A1
标题：用于宝石鉴定的成像辅助扫描光谱法
出版编号：US20240394961A1
标题：宝石切工分析
出版编号：US12196678B2
标题：用于宝石筛选的发光成像
