宝石的荧光反应

斯里兰卡宝石 2023-08-25 2708浏览

宝石荧光的历史

人们对荧光的观察已有多年,但直到乔治·斯托克斯(George Stokes)爵士广泛记录了这种与宝石学相关的效应后,荧光才正式成为科学词汇的一部分。1852年,乔治爵士创造了“荧光”一词,以描述氟石(通常称为萤石),这是一种高度荧光的材料。

“荧光斯托克斯定律”或“斯托克斯位移”指出,荧光发射的光的波长总是比激发源的波长更长,即发射的光的能量比其激发源的能量低。

为什么使用荧光来测试宝石?

如果使用得当,荧光可以成为一个有用的工具。一些宝石在紫外线下表现出特征性反应,甚至在极少数情况下表现出诊断性反应。例如,钻石是一种同时发出荧光和磷光的宝石,通常在长波紫外线下发出蓝色荧光,然后发出黄色磷光。

这是 Cape 系列(Ia 型)中无色至黄色钻石的诊断结果,但请注意,荧光很少用于诊断,因为同一物种或品种的宝石内反应可能会有很大差异。

荧光可以指示或确认宝石的身份。例如,由于含有铁元素,黄水晶对荧光呈现惰性反应,从而消除了荧光。如果您正在测试一颗可能是黄水晶的黄色宝石,并且它在长波紫外线下发出橙黄色荧光,在短波紫外线下发出红色荧光,那么它很可能不是黄水晶,而更有可能是方柱石。

长波紫外线下产自安大略省的方柱石。

使用荧光的其他原因?观察反应速度很快,通常不到一分钟的时间。您可以测试裸石、镶嵌宝石、原石或成品宝石,也可以单独测试一颗宝石或同时测试多颗宝石。最后,非常有趣!

宝石如何产生荧光?

紫外线(UV)是最常用的激发源。我们看不到紫外线,因为它位于可见光谱的10-400纳米范围之下(可见光谱范围是400-700纳米)。宝石材料吸收紫外线辐射,从而发出能量较低的光,这是我们能够看到的荧光。但是,宝石内部究竟发生了什么,才能呈现如此丰富多彩的反应呢?

这与电子有关。当电子被激发时,它们会跃迁到原子核周围的更高能级。激发的电子会在短时间内保持这种激发状态,直到它们返回基态。当电子回到基态时,它们会以热量或可见光(荧光)的形式释放能量。



答:天然尖晶石、红色膏体、合成红宝石、铁铝榴石和两种天然红宝石。B:LWUV 下的相同宝石。C:SWUV 下的结果。

如果您想知道是否所有矿物都会发出荧光,答案是否定的。已知的矿物中只有15%表现出这种效应,其原因可能非常复杂。其中一个更为广为人知且可靠的原因是存在可以被更高能量波长激发的激活剂元素。

一些激活剂元素包括铬(Cr)、铀(U)、锰(Mn)、铅(Pb)、钛(Ti)和稀土元素(REE)。然而,也有一些元素被认为是相反的,它们会抑制或消除荧光,导致宝石呈现惰性。常见的抑制元素包括铁(Fe)和镍(Ni)。

SWUV 下的紫锂辉石。


使用紫外线测试宝石

在测试宝石时,通常会使用紫外线来观察荧光效应。紫外光的两种主要类型是主波长为365纳米的长波紫外线(LWUV)和主波长为254纳米的短波紫外线(SWUV)。测试设备多种多样,从紫外线钥匙圈(通常是LWUV)到紫外线观察柜不等。但是,在进行紫外线测试时,务必牢记,任何紫外线照射都会对眼睛造成伤害。尤其在使用短波紫外线时要特别小心,因为其辐射比长波紫外线更为危险。务必佩戴专门的紫外线防护护目镜,或者确保您使用的紫外线设备安装了可过滤紫外线的目镜。

为了正确使用紫外线钥匙圈,您可以按照以下步骤进行操作:

切勿直视灯光:紫外线辐射可能会对眼睛造成损害,因此避免直接注视紫外线光源。

关闭周围的灯光:确保您处于一个相对黑暗的环境中,以便更好地观察宝石的荧光反应。

宝石的放置:如果宝石有刻面,请将宝石的台面朝下放置在测试区域。如果将宝石放在桌面上,它可能会反射紫外线光线进入您的眼睛,从而导致结果产生混淆、矛盾或不确定。

确定距离:将紫外线钥匙圈放置在距离宝石约两英寸的位置,如果您要测试多颗宝石,始终保持与灯的距离一致。

记录观察结果:观察宝石是否显示荧光反应以及反应的强度。记录宝石是呈现惰性反应还是发出荧光,并注意观察荧光的明亮程度。

有时您可能会在宝石内部或刻面边缘看到一些暗紫色或红色的光。这表示宝石正在反射紫色的紫外线,而不是发生荧光反应。



答:合成凡诺蓝宝石、方柱石、天然蓝宝石、黄玉和黄水晶。B:在长波紫外线下。C:在 SWUV 下。

了解荧光测试结果

虽然荧光测试并不总是用于诊断宝石,因为即使在同一宝石种类中,结果也可能因多种因素而有很大差异(例如,不同的祖母绿结果),但它仍然可以作为宝石特性的一个有用指标。当测试钻石和无色透明仿品时,请记住下表。

在测试红色至粉红色宝石时,需注意,天然红宝石的荧光可能会因铁含量不同而产生不同的表现。如果存在铁元素,红宝石可能会显示微弱的荧光甚至不发荧光。合成红宝石通常会显示更强的荧光反应。

在测试绿色宝石时,荧光往往不易用于鉴别。但在某些情况下,它可能有助于判断祖母绿或绿色玉中是否存在填充物。

某些填充物可能会在长波紫外线下发出白色荧光。如果您在上述宝石中看到此类反应,可能表示存在填充物,尤其是如果荧光集中在裂隙或特定区域,而不是均匀分布在整个宝石表面。

然而,请注意,天然的祖母绿也可能发出白色荧光(从右数第二颗),这可能暗示可能使用了填充物。需进行进一步测试以确认。

从左到右:合成熔炼绿柱石、合成热液法绿柱石、天然绿柱石、铬透辉石。

此外,天然祖母绿若发出荧光,在长波紫外线下会呈现红色至惰性的反应,而在短波紫外线下可能会表现出较弱的惰性或绿色反应。合成祖母绿可能会显示红色的荧光,或者在合成热液法制备的祖母绿中,如果添加了铁以模仿天然惰性反应,可能会呈现出惰性的特征。

未经处理的翡翠通常不会发出荧光,因此需要怀疑其他任何可能反应,并进行进一步测试。在测试黄色宝石时,底部的图表可能会提供有用的信息。


无色宝石

长波紫外线

短波紫外线

钻石(天然)

反应最强,最常见的是蓝色,但也可以是黄色和绿色

与 LWUV 颜色相似,但反应较弱

金刚石(合成)

与 SWUV 颜色相似,但反应较弱

反应最强,主要发出橙色至黄色荧光

立方氧化锆

弱至惰性(通常为惰性),但颜色与 SWUV 相同,黄橙色。

中度至强烈的黄橙色(杏色),可变

合成碳硅石

反应多变

反应多变

合成尖晶石

惰性

明亮、白垩白色或蓝色/绿色

粘贴

惰性

可变,可能具有白垩白色表面

红色和粉色宝石

长波紫外线

短波紫外线

红宝石(天然)

可变,强红色至惰性

与 LWUV 相同,但惰性反应较弱

红宝石(合成)

鲜红色,往往比天然红宝石更浓

红色,弱于 LWUV,但仍比天然红宝石明亮

红色尖晶石

红色的

红色,但弱于 LWUV

锂辉石,变种。紫锂辉石

橙色或紫色

较弱的紫色、白色或惰性

铁铝榴石(存在铁,这种石头从不发出荧光)

惰性

惰性

红色玻璃/浆料

惰性

可变,可能具有白垩白色表面

黄色宝石

长波紫外线

短波紫外线

石英、黄水晶品种

惰性

惰性

黄色蓝宝石(天然)

杏橙色至惰性

惰性

黄色蓝宝石(合成)

弱红色至惰性

惰性

黄色方柱石

淡黄色

微红

黄色托帕石

淡黄色

发白