科学仪器帮助研究人员讲述宝石的故事



这些仪器的名称听起来神秘,但对于 GIA 研究人员而言,他们是帮助揭开宝石奥秘的工具。

通过将宝石与 GIA 多年来调查而积累的宝石库中的大量宝石做对比,研究人员可以发现并确认样本宝石的特性。 他们利用自己的专业技能和知识,寻找那些可以揭示宝石特性的突出特征。

他们收集的信息以及用于收集信息的仪器可划分为光分析、原子结构分析、化学分析和成像。

光分析

光谱分析宝石与光线的相互作用。 研究人员能够识别一块宝石,并且通常能够通过进一步研究它吸收或透射光的方式,判断它是否经过处理或是否是合成宝石。

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可见分光光度计
可见分光光度计使用一系列不同波长的光线扫描宝石,从光谱的红端开始一直到蓝端,让一束很窄的光线穿透宝石。 不被样品吸收的光线波长将发送至仪器的检测器(已经传输的部分就是您的眼睛看到的颜色)。 这项分析的结果将显示为曲线图,它将展示光线与波长的相对传输(或吸收)。 研究人员使用这一信息确定宝石材料的颜色成因。

红外光谱仪
红外光谱仪测定被称为红外线的不可见光光谱。 红外光谱可以帮助研究人员确定宝石是否经过处理,以及它是否是 I 型或 II 型钻石。 这种仪器可以产生波长超出光谱红色端的辐射,这个范围内的“光”无法用肉眼看到,但可以感知其热量。 这些波长可以由接受分析的宝石样本吸收、传输或反射。 用于有色宝石处理的树脂、油、塑料和其它物质的红外光谱拥有不同的特征,并且可以由光谱仪检测。

红外显微镜
这种特殊显微镜让研究人员创作红外光谱在宝石表面区域的变化图。

拉曼光谱仪
拉曼光谱仪使用激光照射样本并记录其拉曼光谱,这样可以帮助研究人员识别宝石和矿物标本。 研究结果表现为由尖锐的峰值组成的图形,然后仔细检验并与不通过宝石材料类型的已知谱库对比。 通过使用一种称为光致发光(或 PL)光谱技术(使用这种技术时,激光器的光造成样品在特定波长发射能量,以创建发射光谱),该仪器也可用于记录样本的发射光谱。

原子结构分析

通过使用 X 光衍射,宝石样本将在原子级别接受检测。 研究人员使用这一信息确定其化学结构并识别样本材料。

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X 射线衍射计系统
X 射线绕射体系统通过使用一束 X 光照射粉末状样本来分析样本的晶体结构。 根据晶体的原子结构,X 射线束将以特定角度衍射或弯曲。 研究人员将结果与已知材料的特定角度图形标准数据库作对比。 这种方法会破坏宝石的一小部分样本,但却是识别材料的积极手段。

化学分析

研究使用化学分析来确定宝石由哪些元素组成,以及宝石是天然形成,还是经过合成和处理。

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X 射线荧光 (XRF)
X 射线荧光有助于让研究人员识别宝石的化学元素。 这个系统使用来自 X 射线的能量照射样本,然后记录宝石中所存在化学元素的特定能量特征的 X 光发射状况。 这种仪器可以对拥有大且平坦的抛光面的样本执行快速、无损、定性化学分析。 这项技术也可以快速告诉研究者样本中存在哪些化学元素。

激光剥蚀 - 电感耦合等离子体质谱 (LAICPMS)
这种先进仪器可以帮助研究人员确定样本中每种元素的数量。 激光光束聚焦在样品表面,烧蚀或除去样本表面的细小颗粒。 这些颗粒经流动气体的作用移动到高温等离子体焰炬。在这里,颗粒将被分解,检测器将可以确定单个原子。 研究人员因此可以对自然形成的元素进行定量化学分析,即便是样本中浓度较低的元素同样如此。 在此过程中,样本的极小一个部分会被破坏。

成像

研究人员可以通过摄影,特别是显微照相术,近距离拍摄宝石特征或内含物的图像。 通过这些信息,研究人员可以确定钻石形成的大致环境,对于某些宝石,还可以确定其来源。

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显微照相机
双目显微照相机可以用来拍摄宝石特征或内含物的摄影影像。 这些信息可以帮助研究人员识别宝石,并确定宝石是天然形成,还是经过处理或合成。

DiamondView
DiamondView 仪器可以通过使用短波紫外光源形成荧光图案,以区分天然和合成的钻石。 1996 年,戴比尔斯钻石公司的研究人员在英国开发出了这款仪器。

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