文/張大為 楊繼勝

由于鉆石較為珍貴，在利益的驅(qū)使下不斷有各種類型假冒鉆石問世。隨著人工晶體生長技術(shù)的發(fā)展，假冒鉆石由早期的人造鉛玻璃、天然無色礦石發(fā)展至藍(lán)寶石、尖晶石、金紅石等人工寶石。最近由于物理氣相傳輸方法的發(fā)展，克瑞等美國公司獲取的無色莫桑石（人工合成碳化硅）直徑已達(dá)150mm，莫桑石飾品已大量充斥市場。由于莫桑石和鉆石各項(xiàng)物理性質(zhì)極為接近，傳統(tǒng)的肉眼觀察、比重法、熱導(dǎo)儀法等已經(jīng)不再適用于鑒定莫桑石。

市場上已經(jīng)出現(xiàn)多起莫桑石假冒鉆石的事件，因此無損、準(zhǔn)確、快速鑒定寶石的組成和含量顯得十分迫切，本文結(jié)合作者多年采用光譜鑒別方法的工作經(jīng)驗(yàn)，提出一種使用拉曼光譜無損、快速鑒別莫桑石的方法。

基本原理

當(dāng)頻率為v的單色光照射到樣品上時(shí)，在散射光中，除很大一部分的頻率仍為v的瑞利散射光外，還有一小部分由于非彈性散射—拉曼散射導(dǎo)致的頻率為v±△v的散射光。拉曼頻移△v由散射物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分等性質(zhì)決定。不同物質(zhì)由于分子構(gòu)成、結(jié)構(gòu)不同，其拉曼頻移不同即特征拉曼峰位置不同，據(jù)此可以對測試樣品的成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征以達(dá)到測定、鑒別的目的。

目前市場上出現(xiàn)的莫桑石主要為六方晶系的碳化硅4H-SiC和6H-SiC，均屬于α-SiC。而鉆石晶體結(jié)構(gòu)屬立方晶系，且為單質(zhì)體。因此，其拉曼特征峰存在明顯差異，可通過拉曼特征峰位置對莫桑石和鉆石進(jìn)行鑒別。鉆石的特征峰位于1332cm-1；4H-SiC特征峰位于196、204、266、776、796、838、964cm-1；6H-SiC特征峰位于145、150、236、241、266、504、514、767、789、797、889、965 cm-1。

鑒別試驗(yàn)

分別對市場上銷售的莫桑石和鉆石進(jìn)行了拉曼光譜測試，測試儀器為Horiba Jobin Yvon HR800光譜儀，激發(fā)光源為532nm固態(tài)激光器，由于采用了功率密度較大的激光作為激發(fā)光源，光譜采集時(shí)間為1s。采集的波數(shù)范圍均為100～1500cm-1，采集光路配置為背散射模式，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 莫桑石、鉆石拉曼光譜

由試驗(yàn)結(jié)果，我們可以看出鉆石與莫桑石特征峰具有明顯的可辨識性，對于鉆石其特征峰位于1332c m-1，而莫桑石樣品在對應(yīng)位置并無相應(yīng)光譜峰出現(xiàn)。4H-SiC及6H-SiC莫桑石的拉曼峰位均與上文所述一致。然而無論4H-SiC還是6H-SiC莫桑石特征峰數(shù)量均少于上文所述峰位，原因?yàn)棣?SiC屬于六方晶系，存在各項(xiàng)異性，特征峰是否出現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)幾何配置相關(guān)。而鉆石屬于立方晶系，晶體各項(xiàng)同性，1332cm-1的特征峰是否出現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)幾何配置無關(guān)。

結(jié) 論

拉曼光譜使用光子作為探針對樣品無任何損傷，采集時(shí)使用功率密度較大和單色性好的激光作為激發(fā)光源，光譜采集時(shí)間非常短，幾秒鐘便可完成光譜采集工作。對于鉆石無論任何實(shí)驗(yàn)幾何配置采集的拉曼光譜，1332cm-1處并肯定存在特征光譜峰，而在相應(yīng)位置莫桑石的拉曼光譜并不存在特征光譜峰，因此可以通過1332cm-1處是否存在特征光譜峰來鑒別與鉆石相似度極高的假冒鉆石莫桑石。因此，拉曼光譜方法是一種快速、無損鑒別假冒鉆石莫桑石的方法。