Introduction

La gemmologie est un domaine complexe qui implique de nombreuses disciplines telles que les sciences naturelles, l'art, l'histoire et l'archéologie. L'une des questions les plus importantes dans la recherche gemmologique est l'identification des pierres précieuses, y compris l'identification de leur espèce, leur pureté, leur origine et si elles ont été traitées manuellement. Comme les objets à analyser sont souvent des pierres précieuses macroscopiques, de grande valeur économique, et peuvent parfois être incrustés sur des ornements ou encapsulés dans des conteneurs, ils doivent être finis et entièrement intacts.Et discriminer de manière non invasive. La spectroscopie Raman est une technique complète et totalement non invasive, sans contact, qui ne nécessite aucune préparation d'échantillon, est un moyen d'analyse basé sur le phénomène de diffusion Raman pour analyser la structure moléculaire et la composition chimique en mesurant les minuscules variations de fréquence de la lumière incidente induites par les vibrations moléculaires dans l'échantillon. La technologie de spectroscopie Raman présente également des avantages tels que des temps de mesure courts et une faible demande d'échantillons. Il est donc très favorisé dans le domaine de la gemmologie. Très peu dans le passéLe laboratoire peut appliquer la spectroscopie Raman à la recherche sur les pierres précieuses, mais depuis près d'une douzaine d'années, avecL'atr3000L'avènement d'un spectromètre Raman portable a permis à la technologie de spectroscopie Raman de démontrer pleinement les avantages de l'application dans ce domaine. Au cours des dernières années, de nombreux laboratoires de gemmologie ont été équipés de spectromètres Raman pour effectuer des recherches sur les émeraudes, les diamants, les inclusions de pierres précieuses, ainsi que sur les pierres précieuses incrustées, etc., en particulier en utilisant des spectromètres Raman portables pour analyser les objets tels que les pierres précieuses sur les artefacts qui ne peuvent pas être déplacés. Cet article explorera l'utilisation du spectromètre Raman portable dans la recherche sur les pierres précieuses, en mettant l'accent sur ses résultats remarquables dans la classification, l'identification et l'analyse sur le terrain des pierres précieuses. La conviction est que l'introduction de cette technologie de pointe est en mesure d'offrir une nouvelle perspective à la recherche dans le domaine de la gemmologie, donnant une nouvelle vie à la recherche scientifique et l'identification des pierres précieuses.

I. application de la spectroscopie Raman à la gemmologie: identification

Les choses que nous voulons savoir quand nous voyons une pierre précieuse * * sont simples et sont: Qu'est - ce que cette pierre précieuse devant nous? De nombreuses pierres précieuses sont attribuées à une espèce minérale bien définie, par exemple la composition chimique du diamant est le carbone; Le béryl, la jade jaune et le zircon sont attribués aux minéraux silicatés, tandis que le composant principal du rubis et du saphir est l'oxyde métallique. Dans ce cas, l'utilisation d'un spectromètre Raman portable permet d'effectuer des tests rapides sur les pierres précieuses, dont l'espèce minérale est facilement identifiable, et les informations à mesurer peuvent être obtenues en les comparant à une galerie de spectres standard après l'obtention de la carte. L'image ci - dessous est un spectrogramme Raman de l'Aigue - marine, du saphir, de la tanzanite, de la péridot de magnésium et de la cordiérite, par le nombre et l'emplacement des pics du spectre Raman, vous pouvez distinguer visuellement les différentes pierres précieuses.

La figure 1 utilise les spectres Raman de quelques gemmes communes (Aigue - marine et saphir) et rares (tanzanite, péridot magnésienne et cordiérite) obtenus par excitation à 633 nm.

II. Application de la spectroscopie Raman à la gemmologie: Composition

Dans de nombreux cas, les pierres précieuses appartiennent à une série de groupes de minéraux de composition homogène et hétérogène dont la composition chimique varie de manière continue dans une gamme spécifique. Les pôles et les extrémités de la gamme de composition sont ce que l'on appelle les éléments terminaux, en général, les pierres précieuses du Groupe des minéraux peuvent être considérées comme des solutions solides des éléments terminaux, la tourmaline et le grenat ne correspondent pas aux espèces minérales mais aux exemples de pierres précieuses du Groupe des minéraux. Connaître la composition réelle d'une pierre précieuse (c'est - à - dire le pourcentage des éléments terminaux les plus divers de ce groupe de minéraux) est important pour évaluer correctement sa valeur et sa provenance.

Voici un exemple de grenat, les pierres précieuses appartenant au Groupe des minéraux grenat peuvent généralement être écrites: a3C. B2(SiO)4) et3Où a représente ca2 +et Fe2 +et Mn2 +et Mg2 +， B pour Al3 +et Cr3 +et Fe3 +. Les éléments terminaux du Groupe des minéraux grenat sont grossièrement divisés en grenats magnésium - aluminium (pyr, mg3Al2Si3O12), grenat de fer et d'aluminium (ALM, Fe3Al2Si3O12), et le grenat manganèse - aluminium (SPE, Mn3Al2Si3O12), représentant le grenat d'aluminium et le grenat de calcium - chrome (UVA, ca3Cr2Si3O12), grenat de calcium et de fer (et, ca3Fé2Si3O12), et le grenat Calcium - aluminium (Gro, ca3Al2Si3O12), comme le grenat de calcium représenté, les pierres précieuses correspondant à des éléments terminaux Purs sont rares dans la nature, de sorte que les Grenats communs sont des solutions solides constituées par ces éléments terminaux. Les spectres Raman des lignées de grenat Rouge et jaune sont illustrés à la figure 2 par la modélisation des données par MATLAB, qui permet d'analyser les proportions de composition des différents éléments d'extrémité des espèces de grenat pour servir de base à l'évaluation de leur valeur.

Figure 2 spectre Raman des grenats des séries grenat Rouge (A) et grenat jaune (b).

Iii. Application de la spectroscopie Raman à la gemmologie: imitations, pierres précieuses synthétiques et traitement manuel

Comme mentionné précédemment, l'un des défis les plus importants en gemmologie est l'identification et l'identification des méthodes de traitement intensif des pierres précieuses naturelles, telles que le chauffage, le remplissage des fissures, l'exposition aux radiations, le revêtement, le blanchiment, la teinture, etc. Par exemple, certains rubis fissurés ont été remplis de verre à indice élevé pour améliorer leur pureté, Fan et al. ont trouvé du verre au plomb à 1500 cm dans le spectre Raman du rubis.-1Les pics caractéristiques larges (Figure 3) fournissent un outil puissant pour l'identification des pierres précieuses traitées manuellement.

Figure 3 spectrogrammes Raman de rubis naturels et de verre de remplissage: naturel est le pic intrinsèque du rubis, p1, P2 sont les pics caractéristiques du remplissage sur le rubis.

D'autre part, pour la spectroscopie Raman, la détection d'imitations est une tâche relativement simple, car sa composition est souvent différente de celle d'une vraie pierre précieuse, comme la zircone cubique souvent utilisée pour usurper l'identité d'un diamant et d'autres pierres précieuses, sa composition chimique est complètement différente de celle d'un diamant et présente également un profil différent. La figure 4 montre les spectres Raman du diamant, de son imitation la plus courante de zircone cubique, ainsi que d'un autre imitation de titanate de strontium.

Figure 4 spectres Raman d'un diamant et de ses imitations, zircone cubique et Titanate de strontium, successivement de haut en bas diamant, zircone cubique et Titanate de strontium.

résumé

La spectroscopie Raman signifie vitesse, sensibilité et essais non destructifs, répondant aux exigences de la gemmologie. L'utilisation d'un spectromètre Raman, équipé de différents lasers dans le visible et le proche infrarouge, permet d'obtenir des informations sur la nature, la composition, la structure et la pureté des pierres précieuses pour identifier les inclusions et détecter les traitements intensifs. Des études récentes ont montré que la spectroscopie Raman peut également être utilisée pour obtenir des informations quantitatives sur la composition des pierres précieuses. L'analyse Raman n'est pas * * différente des cristaux inorganiques et permet également d'obtenir des informations sur des matériaux gemmes organiques (coraux, ambre et perles) ou amorphes ou nanocristallins (obsidienne, opale).Spectromètre portable atr3000Il est également possible d'élargir la portée de la recherche en permettant l'analyse des pierres précieuses conservées dans les musées ou des pierres précieuses incrustées sur des œuvres archéologiques ou historiques.

La spectroscopie Raman peut être utilisée comme outil standard dans les laboratoires de gemmologie et les vendeurs de pierres précieuses devraient utiliser largement la spectroscopie Raman pour une identification rapide. La mesure Raman, à la fois rapide et sans frais en dehors de l'achat d'instruments, a montré son application dans le domaine de la recherche gemmologique, apportant une contribution importante à l'étude de la genèse et de la provenance des pierres précieuses. L'analyse de légères variations du spectre vibratoire et l'étude précise des fluides microscopiques et des inclusions solides peuvent révéler des détails importants sur l'histoire géologique des minéraux.

À long terme, l'utilisation d'un spectromètre Raman avec différentes techniques (par exemple, Microscopie électronique à balayage, spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie ou spectroscopie FT - IR) élargira encore l'application de la spectroscopie Raman à la recherche gemmologique. D'autre part, la popularité de la base de données complète de spectroscopie Raman minérale, l'automatisation des mesures de routine sur un grand nombre d'échantillons et des systèmes logiciels et matériels conviviaux permettant d'identifier rapidement les pierres précieuses et leurs composants avec un niveau de confiance suffisant en utilisant des méthodes d'utilisation contribueront à la propagation de la technologie au - delà des laboratoires de recherche.

Références:

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