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在这里分享一下2005年美国海军实验室用海洋光学的光谱仪测试著名的希望宝石与海洋之心的应用案例。先介绍一下背景吧:希望宝石(HOPE DIAMOND): 现存最大的蓝色钻石,重45.52克拉。传说是印度一座神像的眼睛之一,后被法国冒险家盗走,被盗走的第二天神庙的人下了诅咒,诅咒所有起于私心而拥有宝石的人。而随后拥有希望宝石的人也都如被诅咒一般遭到了厄运。当然这只是传说,详细地介绍见:http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B8%8C%E6%9C%9B%E9%92%BB%E7%9F%B3。 这颗钻石有个非常特别的地方:当用UV灯照射时,它如其他的蓝色钻石一样,会呈现淡淡的磷光,但移走UV灯后,它的磷光会很快转变为红色,如同从火里取出的烧热的碳的颜色一般,而且会持续较长的时间。以前人们只是把这个现象拍摄下来过,但还从未进行过科学分析。海洋之心(BLUE HEART): 这颗蓝色钻石我想我不用介绍了,泰坦尼克号上ROSE戴的那颗就是,如果有人没看过泰坦尼克的就去墙边划圈圈吧。海军实验室利用海洋光学的光谱仪对这两颗钻石以及其他的蓝色钻石进行了吸收、拉曼、磷光、荧光以及其他光谱分析。最终发现希望宝石出现这个现象是因为其磷光颜色是由500和660nm这两个波长的磷光共同组成的,这两个磷光峰的强度比例不一样就导致了他们呈现不同的颜色,而在被UV灯照射后,希望宝石的500nm的磷光峰很快就衰减了,而660nm的磷光峰却持续了很长时间,因此呈现很长时间的红色。
在珠宝界,宝石的计量单位常常用 “克拉”,这是怎么来的呢? 克拉作为重量单位,起源于欧洲地中海边的一种角豆树的种子。角豆树有一个奇特的现象,不管它长在什么地方,它所结的果仁,每一颗重量均精确一致。在历史上这种果实就被用来作为测定重量的砝码,久而久之便成了一种重量单位,用它来称量贵重和细微的物体。 1907年,国际上商定克拉为宝石和黄金的计量单位。1914年,国际上把 “克拉”的标准重量定为200毫克。钻石以克拉计重在世界上是法定的。其它一些高档宝石如红宝石、蓝宝石、祖母绿、碧玺、海蓝宝、金绿宝石等,目前也都使用克拉作为计量单位。以实际重量乘上每克拉单价,就是某颗宝石的价格。
高能量的电子束激发宝石使之发光称为阴极发光,阴极发光仪作为宝石的一种无损检测方法,近年来在宝石的测试与研究中得到了较广泛的应用。 1、基本原理固体能带理论认为,宝石矿物内存在价带、禁带和导带。在高能量的电子束激发下价带电子被激发到导带,形成不稳定的激发态。处在激发态的电子通过各种形式释放能量回到基态。如果以可见光的形式释放能量,就形成阴极发光。宝石矿物可以因为含有微量的杂质成分、结构缺陷,而有不同的阴极发光颜色、图式和光谱。 2、仪器的结构 宝石阴极发光仪(图8-3-11)主要由真空系统、电子枪、控制系统和样品仓等部分组成,为了观察需要,还需配备体视显微镜(宝石显微镜)和照相系统等辅助设备(图8-3-10)。 ① 真空系统:由旋转机械泵、扩散泵、离子泵、真空阀门和真空检测器组成,功能是为电子系统提供真空条件,以增强束电压和束电流的强度,同时也可防止样品室污染。 ② 电子枪:多为冷阴极式电子枪,发射直径为2~20mm大小的电子束,然后在l~25kV加速电压作用下可形成100~5000uA的束电流。 ③ 控制系统:由真空检测、高压调节、电流强度调节、束斑聚焦调节等部分组成。用来控制束电压、电流强度和束斑焦点的大小,其功能是维持整个系统的正常工作状态。 ④ 样品仓:用于放置样品并可以前后左右调节样品位置。 ⑤ 显微镜和照相系统:用于观察现象和照相。 3、宝石学应用 (1)区分天然与合成钻石 阴极发光技术最成功的应用就是能迅速有效地区分天然和合成钻石。天然钻石多发出相对均匀的中强蓝色一灰蓝色光,并显示生长环带结构(图8-3-11);由于合成钻石晶体多发黄绿色光, 并显示几何对称的生长分区结构。 ② 天然和处理蓝色托帕石的鉴定阴极发光技术另外一项不可替代的作用是鉴别天然和处理蓝色托帕石。天然蓝色托帕石的阴极发光明显比无色的托帕石强,无色的托帕石又比处理的蓝色托帕石强。用无色的托帕石为参考,可以方便地区分出天然和处理的蓝色托帕石。