CN1140792C - 一种宝石矿物的拉曼识别法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宝石矿物的拉曼识别法，属宝石识别技术领域。本发明采用圆偏振的入射、散射光做散射配置，测得宝石矿物的拉曼活性声子，并按照散射强度的大小顺序给出声子频率，然后与我们提供的宝石矿物数据库相比较，识别出所测的宝石矿物。具有无破坏、可现场检测、简单、快速、实用等优点，可客观、准确地识别宝石和未知晶体。

Description

一种宝石矿物的拉曼识别法

本发明涉及一种宝石矿物的的拉曼识别法，属宝石矿物识别技术领域。

传统的宝石矿物识别方法有放大镜观测、测硬度、折光率、显微镜观测等。这些方法由于仅是表面的或不完善的，且参数单一，故检测精确度低。现代识别方法有电镜、X光、红外光谱等。这些方法中或对样品有破坏，或难于进行微区分析。

近年，专业人士采用显微拉曼技术，通过测定由宝石矿物的基本晶体结构决定的振动谱来识别宝石矿物。然而，从晶体的拉曼光谱原理可知道，一般的全部拉曼谱测量需要两个条件才能获得。第一是一块单独的完整晶体，并且沿着特定的晶体取向切割、抛光。第二是选择几种由晶体对称性决定的散射配置，做相应的偏振拉曼谱。这在实际的宝石矿物识别中是很难做到的。原因在于：第一，不可能将宝石样品切磨成物理学家要求的那样，破坏其外观和形貌美感。第二，多次散射配置测量也是费时和高价的。

本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种简便、快速、且无破坏性的宝石矿物的拉曼识别法。

本发明是这样实现的：

用拉曼光谱方法识别宝石矿物是基于光与物质相互作用的非弹性散射，光子和物质中热激发起的声子(晶体振动的量子)发生相互作用时遵守能量守恒：

      ω_散＝ω_λ±Ω       (1)

ω_散、ω_λ分别表示入射、散射光的频率，Ω代表参与散射的晶体中的声子频率。从(1)式可知，只要测出入射、散射光的频率差ω_散-ω_λ就测到了晶体的声子。由于各种晶体的结构不同，每种晶体都有自己独特的一套声子，而在上述散射过程中，其中拉曼活性的声子都有可能被检测出来。其散射强度遵守 $I^{\mathrm{\Ω}}=\left(\stackrel{\→}{E}s\right){\stackrel{\→}{R}}^{\mathrm{\Ω}}\left(\stackrel{\→}{E}i\right)----\left(2\right)$

其中R°是该声子的拉曼张量，Ei、Es分别是入射、散射光的电矢量(偏振方向)。(2)式表明不同晶体宝石矿物的不同声子有不同的拉曼张量，并在不同的入射光、散射光偏振测量下出现。所以一个对称性不高的晶体要进行多种配置下的入射、散射光偏振试验才能获得其全部拉曼活性的声子谱。这样对宝石矿物的彻底识别就很困难，而对已琢成的宝石工艺品就几乎是不可能的。

针对上述情况，本发明采用圆偏振入射光、散射光测量晶体宝石矿物的拉曼活性声子，然后按照散射强度的大小排序，并给出声子的频率。由(2)式可知，当入射、散射光均为圆偏振光时，拉曼活性声子的散射强度将与入射、散射光对晶体的相对取向无关，而所有的拉曼光活性声子均会出现，其散射强度只与晶体的基本参数有关。从而可以客观地、准确地获得全部拉曼活性声子谱。我们用该方法测量了近400种宝石矿物，并按照前三个最强峰的强度顺序给出声子频率，形成一个宝石、矿物的数据库。数据库的应用程序采用现有技术的对话式窗口，程序包含查询模块、数据模块、用户管理模块、身份验证模块和系统管理模块。当需要鉴定宝石矿物或者任何未知晶体时，只要将所测的拉曼光谱数据(频率、强度、半高宽等)输入数据库，计算机只需20-30分钟可以识别出所测的宝石矿物，并显示所测宝石矿物的种属。

附图1是用圆偏振光测试宝石样品的拉曼光谱的光路及仪器示意图。图中M-反射镜、L-聚焦镜。

附图2是实施例(黄玉)在线偏振光激发下不同偏振配置时的拉曼光谱。

附图3是实施例(黄玉)在圆偏振光激发下任意放置样品时的拉曼光谱。

下面结合附图对本发明作进一步详述：

将黄玉置于附图1所示的仪器中，用圆偏振光测试黄玉的拉曼活性声子，并按照散射强度的大小顺序给出声子频率，然后将所测的拉曼光谱数据(频率、强度、半高宽等)输入数据库(数据库的应用程序采用现有技术的对话式窗口，公知的程序包含查询模块、数据模块、用户管理模块、身份验证模块和系统管理模块)，计算机只需20分钟就可以识别出所测的宝石矿物，并显示所测宝石矿物的种属。

从附图2可以看出，线偏振光激发下其拉曼光谱依赖于入射光的偏振方向与晶体相对取向不同，光的偏振不同，所得到的拉曼光谱尤其是相对强度有很大不同。

从附图3可以看出，圆偏振光激发下其拉曼光谱与晶体相对取向无关，因此可以利用一个或多个特征拉曼峰的与强度排序关联频率，通过与我们提供的数据库进行比较，来唯一的确定晶体的种类。

本发明与现有技术相比，具有无破坏、可现场检测、简单、快速、实用等优点，可客观、准确地识别宝石矿物和未知晶体。

Claims (1)

1. 一种宝石矿物的拉曼识别法，其特征在于采用圆偏振的入射、散射光做散射配置，测得宝石矿物的拉曼活性声子，并按照散射强度的大小顺序给出声子频率，然后与宝石矿物数据库相比较，识别出所测的宝石矿物。