红宝石测针

有望应用于数据存储及高级计算机 科学家用红宝石改变光速 图片来源：英国格拉斯哥大学 　　英国格拉斯哥大学的科学家日前通过把光的速度降到比声速还慢，并使之通过一个旋转的晶体，从而实现了以一种可控的方式对光线进行拖拉，这在世界上尚属首次。 　　人们一般认为光速是恒定不变的，但这只是在真空条件下——如它在太空的传播速度约10.8亿千米每小时。但是当光穿过不同的物质时，如水或固体，它的速度就会减慢，不同波长(颜色)的光会以不同的速度传播。 　　此外，当光通过不同的正在移动的物质时，如玻璃、空气或是水，它便可以被拖拉，这种现象最早由光学家奥古斯丁简菲涅尔于1818年预言，并最终在100年后得到证实。 　　在这项新的研究中，格拉斯哥大学的研究人员设计了一个实验，他们把一个原始图像(一个绿色激光器的椭圆形轮廓)投射在一个红宝石棒上，这个红宝石棒以每分钟3000转的速度绕轴旋转。 　　研究人员发现，一旦光线进入红宝石，它的速度就会被降低到和声音速度差不多，旋转着的红宝石棒拖拉着进入其中的光线，结果导致所产生的图像被旋转了约5度，其改变程度是肉眼足以观察到的。研究人员指出，这项研究可能应用在非同以往的数据存储以及高级计算机上。 　　该校光学家Miles Padgett表示：“光的速度只有在真空条件下才是恒定不变的。当光通过玻璃传播时，玻璃的移动同时就会拖拉进入其中的光。例如，尽你最大能力来快速转动窗户，就会轻微转动窗户后面你所看到的影像。然而这种转动可能只有百万分之一度，是人眼所感受不到的。” 　　在研究人员于《科学》杂志上发表的论文中，他们采取了不同的方法来设计激光器和旋转红宝石棒试验。 　　在实验中，该校的Franke-Arnold博士产生了利用红宝石减慢光速来观察光牵现象的想法。他说：“我们主要是希望示范基本的光学原理，但是这项工作也可能具有实际应用效果。” 　　Arnold 表示：“图像是一种存储自身密度的信息与能力，而定相是光学存储与处理量子信息的重要步骤，最终达到典型计算机永远无法达到的程度。能够选择以任意角度转动图像为编码信息带来了一种新的方式，一种目前任何图像编码信息所不能做到的方式。”

供稿 | 文军红蓝宝石，与钻石、祖母绿、金绿猫眼石被列为世界五大名贵宝石，其珍贵价值毋庸置疑。很多人认为宝石好不好主要看品质（重量、颜色、切工等），其实宝石产地也很重要。贵重宝石像红蓝宝石、祖母绿，对产地的要求都很高，那代表的是宝石的血统。比如高级的蓝宝石，公认都是克什米尔蓝宝石。克什米尔产的蓝宝石呈微带紫的靛蓝色，著名的矢车菊蓝宝石就产于此。其次是斯里兰卡的皇家蓝价值高，而斯里兰卡还有cat blue以及俗称卡兰的蓝宝石。绝世「克什米尔」蓝宝石传世「皇家蓝」蓝宝石红宝石产地质地好的是缅甸，它的鸽血红就像动脉的血色，很艳，又浓又亮，特别漂亮，但是颗粒小、杂质多，产量比较少，经常只出现在拍卖会上。莫桑比克红宝石颗粒也不是很大，但净度比较好，颜色也比较纯正。稀世「鸽血红」红宝石跨世「莫桑比克」红宝石如何鉴定红蓝宝石的产地？1追根溯源——红蓝宝石产地鉴定在天然红蓝宝石生长过程中，由于外来物种的侵入或者环境条件的变化,宝石内部会形成包裹体。红蓝宝石因外在形成环境地质条件的不同, 它的包裹体也会呈现不同特征。通过这些特征我们就可以判断某一红宝石或蓝宝石的来源，做出产地鉴定啦著名的星光红蓝宝石，就是因为含针状或纤维状金红石包裹体，而产生美丽的六射星光星光红宝石、蓝宝石斯里兰卡蓝宝石包裹体的天鹅绒效应2共焦显微拉曼技术助力红蓝宝石中包裹体鉴别常规宝石鉴别，主要利用显微镜观察其内部细小包裹体、裂隙、色带以及宝石的表面特征等，结果带有主观性，不可靠、信息量少。近年来，人们多用共焦显微拉曼来研究红蓝宝石包裹体。显微拉曼光谱仪把拉曼光谱仪和光学显微镜耦合在一起，利用显微镜观察包裹体中微小特征的同时，还可以测量观察区域（直径约1微米）的拉曼光谱信号，从而对包裹体的内含物物种做出鉴别。此外也可以利用拉曼成像技术，描绘出一定范围内的样品成分分布。Valentina Palanza等人就利用共焦显微拉曼分析了一系列不同产地蓝宝石的包裹体，以下是一些典型案例：1产自变质岩环境的蓝宝石a 是斯里兰卡出产的蓝宝石（P1标记处的圆形区域内部为其包裹体）b 是包裹体局部放大c-5 为包裹体的拉曼光谱，位于157, 335, 450, 667, 795, 1195 cm-1 处的特征峰归属于包裹体中的水铝石矿物而1285, 1387 cm-1处的特征峰归属于包裹体中的二氧化碳气体。其他几条分别是越南锐钛矿、斯里兰卡的金红石和硫、马达加斯加金红石、马达加斯加方解石。2产自岩浆岩和碱性玄武岩环境的蓝宝石其拉曼光谱结果如下图所示，分别是澳大利亚蓝宝石中的赤铁矿包裹体、坦桑尼亚的金红石和石墨、碱性玄武岩锆石。3产自坦桑尼亚的蓝宝石显微镜下可见蓝宝石表面下几个微米深处的红色包裹体，根据拉曼光谱特征峰可以确认包裹体的成分是赤铁矿(hematite, Fe2O3)。实际研究中，由于包裹体大多位于宝石表面之下一定深度，宝石本体的拉曼信号会掩盖包裹体内含物的信号。HORIBA真共焦拉曼技术，引入可以调节的共焦针孔光阑，构建出共轭光学系统，在纵向上限制了样品范围（可以达到微米量级的纵向分辨率），进行拉曼切片，从而大化了包裹体的拉曼信号，抑制了其他干扰信号，为研究宝石包裹体提供了强有力的工具。XploRA PLUS智能型全自动显微拉曼光谱仪研究这些包裹体,不仅可以帮助鉴别天然红蓝宝石的产地，区分天然宝石与人造宝石，同时还能揭示宝石形成时的物理化学条件、介质成分和性质以及后期成矿活动的特征，从而指导宝石矿的寻找及宝石的合成和优化工作。更多信息请参考：Valentina Palanza, et al. J. Raman Spectrosc. 2008 39: 1007.

宝石是个价值数十亿美元的产业，市场需求增加及价格上涨导致大量仿冒品流出。光谱法等相关技术可快速有效地将其鉴别。同时，无需制样的技术优势可保证完整性。今天和大家分享我们是如何通过光谱学帮助识别仿冒品——宝石的分析与鉴定01 背 景拉曼光谱可探索宝石的分子结构，拉曼光谱仪提供的指纹光谱包含可与宝石的化学结构相关的峰，以及祖母绿和红宝石具有独特的微量矿物质和内含物（图1）。图1.拉曼光谱法是分析宝石很好的工具。此图中峰的强度已被变换以便比较光谱形状差异。02 鉴定天然钻石利用高灵敏度拉曼光谱仪支持的系统能同时测量拉曼和光致发光信号，从而对天然钻石及其模拟物进行全面分析。以下是两个示例：天然钻石在1332cm-1处有一个很强的拉曼峰，而使用化学气相沉积生产的钻石则没有这样的峰-这一特性可实现近乎即时的鉴定。使用高温高压（HPHT）处理，不太理想的棕色和灰色钻石会被退火到几乎无色。尽管经过HPHT处理的钻石比真正的便宜多达65％，且可作为天然宝石出售，但它们缺乏几个在天然钻石的拉曼光致发光光谱中看到的发光峰（图2）。图2.天然透明的钻石在530-600 nm波段的光致发光发射峰。锆石是另一种天然宝石，加热使其无色，更类似于钻石。对两者进行拉曼分析可揭示每种物质的不同光谱特征（图3）。图3.在比较钻石和锆石样品时可观察到明显的光谱差异。03 鉴定琥珀标本恰帕斯州的琥珀比波罗的海和其他地区的都硬，很适合珠宝和雕刻。这种化石树脂要数百万年才能形成，会被人造树脂和玻璃仿冒。科研人员将假琥珀与波罗的海和恰帕斯州的比较，观察在457nm，488nm，514nm处激发的荧光。使用海洋光学的USB4000光谱仪，对两种琥珀测出了荧光，并与散射的激光叠加在一起，但对于假琥珀则没看到信号（图4）。图4.与天然琥珀不同，假琥珀没有荧光反应。进一步的调查还揭示了恰帕斯州和波罗的海琥珀样品的差异。波罗的海琥珀发射峰（535nm），恰帕斯州琥珀发射峰（525nm），发现两者也存在轻微不同。拉曼光谱还可将真假琥珀区分开，并可更清楚地识别来自不同地区的琥珀。04 确定染色的珍珠天然养殖的淡水珍珠有个宽且形状一致的发光峰，上面有文石和多烯化合物的小拉曼峰，而染过的淡水养殖珍珠呈现出多种发光曲线（图6），很容易鉴定染料的存在。图5.天然淡水珍珠具有与文石（碳酸盐矿物）相关的拉曼特征峰。图6.染色的珍珠产生各种发光曲线。05 识别染色的珊瑚天然彩色珊瑚有独特的拉曼峰（表示碳酸钙及聚乙烯类胡萝卜素），使其有各种颜色。当对染色珊瑚测试时，会看到更宽的光致发光谱（图7），二者均以不同波长为中心并且无拉曼峰。图7.染色珊瑚具有宽广的发光曲线。06 翡翠分类图8.光谱分析显示出天然与人工合成祖母绿之间的细微差别。祖母绿显示出两个Cr3+光致发光带，其确切位置受其他杂质影响，这样就可将合成和天然祖母绿区分（图8），合成的也比天然的有更高的铬离子浓度，导致更强的光致发光峰。即使天然翡翠的颜色主要归功于钒离子，铬离子的浓度仍然很高，足以显示出光致发光，这使其成为鉴定天然翡翠的非常有效的方法。07 将光谱分析应用于其他宝石负责识别和鉴定宝石的人员需要基于科学的全面设备。紧凑的光谱学系统可在许多层面上很好地发挥这一作用，可以检测与天然宝石、合成物和仿冒品相关的光谱峰和图案（图9）。图9.“玉”一词描述了翡翠或软玉的矿物。拉曼光谱有助于揭示玉石类型和起源点的差异。光谱学的力量超出了我们所有感官，它分析了材料的本质。模块化的光谱系统通过将仪器配置为用于研究的单一设置或集成到另一台设备的自定义解决方案，无论是在实验室还是在现场，都可以提供多种方法来应对假冒产品。参考文献：1. GemmoRaman-532 from Magilabs Oy (Ltd) (gemmoraman.com).2. López-Morales, Guadalupe, R. Espinosa-Luna, and Claudio Frausto-Reyes. “Optical characterization of amber of Chiapas.” Revista mexicana de física60.3 (2014): 217-221