本文格式為Word版，下載可任意編輯——大型儀器在寶石學中的應用

1895年倫琴發現X射線，故X射線又稱倫琴射線。

X射線：X射線是由于原子中的電子在能量相差懸殊的兩個能級之間的躍遷而產生的粒子流，是波長介于紫外線和γ射線之間的電磁波,其波長約介于0.001-10nm之間。

X射線的散射分為相干散射和非相干散射兩種。相干的光子進行相互干擾并產生一些衍射現象。

X射線管產生的X射線包含兩部分：一部分是具有連續波長的連續X射線，另一部分是由陽極金屬材料成分決定的有一定波長的特征X射線。

連續X射線：具有連續波長的X射線。特征X射線：具有特定波長的X射線。

X光在晶體中的衍射一定要滿足布拉格方程（2dsinθ=nλ），此方程中符號的物理意義：①n為衍射級數、②λ為X射線熒光的波長、③d為晶面間距、④θ為衍射角。

X射線熒光(XRF)光譜產生的原因是由于初始X射線光子的能量足夠大，以致可以在樣品中產生電子空穴，導致二次輻射（熒光）產生；兩種光譜儀一種是波長色散光譜儀(WDX)；另一種是能量色散光譜儀(EDX)。它們與波譜儀(WDS)和能譜儀(EDS)的區別是激發源使用X射線而不使用電子束。

X射線熒光(XRF)光譜儀在寶玉石學中的應用:

①鑒定寶石種屬(采用XRF測得馬達加斯加粉紅色綠柱石中含少量Cs、Rb等致色元素，故可確定其為銫綠柱石）；②區分自然與合成寶石（合成藍色尖晶石中存在Co致色元素，而自然藍色尖晶石中存在Fe雜質致色元素）；③鑒別優化處理寶石（熔合再造處理翡翠中富含自然翡翠中不存在的Pb雜質元素）。

電子探針基本原理：電子探針(EPMA)又稱X射線顯微分析儀。它利用集束后的高能電子束轟擊寶石樣品表面，并在一個微米級的有限深度和側向擴展的微區體積內激發，產生特征X射線、二次電子、背散射電子、陰極熒光等。

在掃描電鏡中的高能電子束與樣品相互作用后，從樣品中激發出各種信息。對于寶石工最常用的是3中信息：二次電子、背散射電子、特征X射線。

掃描電鏡中做形貌觀測主要是用二次電子，掃描電鏡若帶有能譜（EDS）則可運用特征X射線做成分分析。

電子探針成分分析一般是借助于入射電子束作用于樣品表面產生的特征X射線的波長和強度來實現的。

電子探針定性分析的原理是根據莫塞萊定律，寫出此定律的表達式λ=k(z-σ)-2，及其公式中符號的物理意義λ為特征X射線波長、Z為原子序數，K為常數，σ為屏蔽系數。

電子探針(EPMA)做成分分析的3種基本方法是：點分析、線分析、面分析。其中線分析能得到寶石學中化學元素在空間上的變化規律信息，面分析能得到寶石中化學元素在空間上的配比與分布規律信息。

波譜儀(WDS)和能譜儀(EDS)的儀器結構上的主要區別波譜儀使用分光晶體；而能普儀直接使用探測器，多道脈沖分析器。波譜儀利用分光晶體對X射線的衍射作用來達到使不同波長分散的目的，通過測量對應元素的適當譜線的X射線強度就可以得到這種元素的定量結果。而能譜儀是利用特征X射線的能量不同而進行展譜分析。

波譜儀(WDS)、能譜儀(EDS)和X光熒光(XRF)光譜儀不可以查明鉆石樣品中的碳和氮含量而能查明合成鉆石中鎳的含量。

電子探針在寶玉石學中的應用：①點分析②線分析③面分析

④表面微形貌分析

寶石在紅外光的照射下，引起晶體、絡陰離子團和配位基的振動能級發生躍遷，并吸收相應的紅外光而產生的光譜稱為紅外光譜。

紅外光譜基本原理：能量在4000—400cm-1的紅外光不足以使樣品產生分子電子能級的躍遷，而只是振動能級與轉動能級的躍遷。由于每個振動能級的變化都伴隨大量轉動能級的變化，因此紅外光譜屬一種帶狀光譜。分子在振動和轉動過程中，當分子振動伴隨偶極矩改變時，分子內電荷分布變化會產生交變電場，當其頻率與入射輻射電磁波頻率相等時才會產生紅外吸收。

紅外光譜產生的條件：

1.輻射應具有能滿足物質產生振動躍遷所需的能量；

2.輻射與物質間有相互偶合作用。例對稱分子沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性，如N2、O2、Cl2等。而非對稱分子有偶極矩，具紅外活性。

一般將簡正振動形式分成兩類：伸縮振動和彎曲振動（變形振動）。

紅外光區劃分為3個部分：近紅外光區（波長范圍0.78-2.5μm，波數范圍12820-4000cm-1）；中紅外光區（波長范圍2.5-25μm，波數范圍4000-400cm-1）；遠紅外光區（波長范圍25-1000μm，波數范圍400-10cm-1）。但只有中紅外區的1500—400cm-1區域是指紋區，而4000--1500cm-1稱為基頻振動區,主要用于鑒別寶石中可能存在的官能團。

紅外光譜儀分為兩大類：

色散型（單光束和雙光束紅外分光光度計）、干擾型（傅立葉變換紅外光譜儀）。

紅外吸收光譜的測試方法分為兩類：

反射法（鑒定寶石種屬）、透射法（鑒定自然與合成寶石）。

紅外光譜在寶石學中的應用：①鑒定寶石種屬；

②鑒別自然與合成寶石；③鑒別優化處理寶石；

④鉆石中雜質原子存在形式及類型劃分；⑤仿古玉的鑒別等。

拉曼散射（基本原理）：激光拉曼光譜是一種激光分子與寶石分子發生非彈性碰撞后，改變了原有入射頻率的一種分子聯合散射光譜。

拉曼散射是非彈性散射，因此光子與分子之間發生能量交換后，光子的能量會減少或增加，則在瑞利散射線的兩側出現斯托克斯線和反斯托克斯線。

斯托克斯線和反斯托克斯線統稱為拉曼光譜。

有紅外活性的寶石必需具有偶極距，有拉曼活性的寶石必需具有極化率的變化。

拉曼光譜圖和紅外光譜圖的表示是相像的，拉曼光譜圖的橫坐標是拉曼位移\\波數(cm-1)，縱坐標是光子計數；紅外光譜的橫坐標是波長（μm）、波數(cm-1)，縱坐標是吸收強度。

紅外光譜和拉曼光譜都是分子光譜，但紅外光譜是吸收光譜，而拉曼光譜是散射光譜。

拉曼光譜在寶石學中的應用：

①鑒定寶石種屬（利用拉曼光譜測試技術能有效地鑒別黑色翡翠及其相像玉種）；

②鑒別優化處理寶石（利用拉曼光譜分析測試技術對染色處理黑珍珠和海水養殖黑珍珠的鑒定)；

③鑒定包體（利用拉曼光譜對桂林水熱法合成黃色藍寶石中流體包體進行了測試，確定液相中含有具鑒定意義的碳酸根成分）等。

紫外一可見分光光度法基本原理：紫外—可見吸收光譜是在電磁輻射作用下，由寶石中原子、離子、分子的價電子和分子軌道上的電子在電子能級間的躍遷而產生的一種分子吸收光譜。具不同晶體結構的各種彩色寶石，其內所含的致色雜質離子對不同波長的入射光具有不同程度的選擇性吸收，由此構成測試基礎。

寶石測試中常見三種紫外可見吸收光譜類型：

d電子躍遷吸收光譜（如紅寶石、祖母綠的紫外可見吸收光譜）、

f電子躍遷吸收光譜（如藍綠色磷灰石、人造釔鋁榴石、稀土紅玻璃)、電荷轉移(遷移)吸收光譜（如山東藍寶石）。

紫外一可見分光光度計類型好多，但歸納為三種類型：單光束分光光度計、雙光束分光光度計和雙波長分光光度計。

紫外一可見分光光度計在寶石學中的測試方法可分為兩類：直接透射法和反射法。

紫外一可見分光光度計在寶石學中的應用：

①區分自然與合成寶石（水熱法合成紅色綠柱石顯示特征的Co、Fe元素致可見吸收光譜，自然紅色綠柱石僅顯示Fe及Mn元素致可見吸收光譜）；②鑒別優化處理寶石（利用反射法，能有效地區分自然綠松石與人工染色處理綠松石，前者由Fe、Cu水合離子致色，在可見吸收光譜中顯示寬緩的吸收譜帶，后者則無或微弱）；③探討寶石呈色機理。

從陰極射線管發出具高能量的加速電子束轟擊寶石礦物的表面，使電能轉化為光輻射而產生的發光現象，稱之為陰極發光。

陰極發光的原理:通過具高能量的加速電子束轟擊寶石礦物的表面使之發光以研究其成分、晶體形態及二者相互之間的關系等特征。

陰極發光在寶石學中的應用：區分自然和合成紅寶石（在電子束的激發下，焰熔法和晶體提拉法合成紅寶石發很強的亮紅色光，并顯示特征的弧形生長紋結構；自然紅寶石多發中等強度的深紅色或紫紅色光，并顯示六方生長環帶或角狀生長帶）區分自然和合成鉆石（在電子束激發下，自然鉆石多發出相對均勻的中強藍色一灰藍色光，并顯示規則或不規則