电子探针

电子探针（EPMA）又称X射线显微分析仪（见图2-2-7）。它利用集束后的高能电子束轰击宝石样品表面，并在一个微米级的有限深度和侧向扩展的微区体积内激发，产生特征X射线、二次电子、背散射电子、阴极荧光等。现代的电子探针多数配有X射线能谱仪，根据不同X射线的分析方法（波谱仪或能谱仪），可定量或定性地分析物质的组成元素的化学成分、表面形貌及结构特征，为是一种有效、无损的宝石化学成分分析方法。

图2-2-7 R-1800型电子探针

一、基本原理

电子枪用以发射具有一定能量的电子束，通过轴对称电场或磁场构成的电子透镜调节电子束的束斑的强度与大小。扫描发生器按时间与空间的顺序，把电子束打到样品室内的宝石样品上，并随时收集所产生的二次电子。二次电子是电子束轰击到宝石时，逐出宝石样品浅表层原子的核外电子。由于一定能量的电子束所逐出的二次电子的激发效率和宝石样品元素的电离能以及电子束与宝石样品的夹角有关，因此根据二次电子的强度可作宝石样品的形貌分析。当电子束在宝石样品上扫描时与显示屏幕的扫描完全同步，即可保证宝石样品上的“物点”与显示屏幕上的“像点”在时间与空间上一一对应，于是在显示屏幕上就得到一个反映宝石样品表面形貌的放大图像。若利用分光晶体来测定所产生的特征X射线波谱或者利用半导体检测特征X射线能谱，即测得不同波长或者不同能量及与它们相对强度的信息，从而可获取微区的成分的定性、定量的结果。电子探针可视为一种试样的无损分析法。电子探针通常由电子枪、电子透镜、样品室、信号检测、显示系统及真空系统组成。

二、分析方法

1波谱仪（波长分散谱仪）

一般说来，入射电子束激发宝石产生的特征X射线是多波长的。波谱仪利用某些分光晶体对X射线的衍射作用来达到使不同波长分散的目的，通过测量对应某元素的适当谱线的X射线强度就可以得到这种元素的定量结果。为了排除谱波仪在检测不同元素谱线时条件不同所产生的影响，一般采用化学成分已知的标样进行标定。

2能谱仪（能量色散谱仪）

能谱仪与波谱仪不同，它是利用特征X射线的能量不同而进行展谱分析的方法，当高能电子束轰击宝石样品时，宝石样品中各种元素都被激发而放射出不同能量的X射线，能谱仪将这些X射线收集起来，按能量大小将其分类并快速显示出谱线再加以检测，从而进行定性、定量分析。

三、宝石学应用

1点分析

即对宝石表面或露出宝石表面的晶体包体选定微区作定点的全谱扫描，进行定量、定性或半定量分析。首先用同轴光学显微镜进行观察，将待分析的宝石样品微区移到视野中心，然后使聚焦电子束固定照射到该点上，这时驱动谱仪的晶体和检测器连续地改变L值，记录X射线信号强度I随波长的变化曲线。通过检查谱线强度峰值位置的波长，即可获得所测微区内含有元素的定性结果，测量对应某元素的适当谱线的X射线强度就可以得到这种元素的定量结果。图2-2-8为充填处理红宝石的电子探针能谱点分析的结果，显示充填物为铅玻璃。

图2-2-8 铅玻璃充填处理红宝石的EPMA能谱点分析

2面扫描分析

聚焦电子束在宝石表面进行光栅式面扫描，将X射线谱仪调到只检测某一元素的特征X射线位置，用X射线检测器的输出脉冲信号控制同步扫描的显像扫描线亮度，在荧光屏上得到由许多亮点组成的图像。亮点就是该元素的所在处。根据图像上亮点的疏密程度就可确定某元素在试样表面上分布情况，将X射线谱仪调整到测定另一元素特征X射线位置时就可得到那一成分的面分布图像。电子探针面扫描分析有助于探讨宝石中化学元素在空间上的配比与分布规律（见图2-2-9）。

图2-2-9 铅玻璃充填处理红宝石的EPMA能谱面扫描分析

3线扫描分析

在光学显微镜的监视下，把样品要检测的方向调至X或Y方向，使聚焦电子束在宝石的生长环带或色带的扫描区域内沿一条直线进行慢扫描，同时用计数率计检测某一特征X射线的瞬时强度。若显像管射线束的横向扫描与试样上的线扫描同步，用计数率计的输出控制显像管射线束的纵向位置，这样就可以得到特征X射线强度沿试样扫描线的分布特征。EPMA线扫描分析有助于探讨宝石中化学元素在空间上的变化规律。图2-2-10为铍扩散处理橙红色蓝宝石的Fe、Ti、Cr的EPMA能谱线扫描分析结果。

4表面微形貌分析

二次电子是电子束轰击到试样时逐出样品浅表层原子的核外电子，由于一定能量的电子束所逐出的二次电子的激发效率和样品元素的电离能以及电子束与样品的夹角有关，因此根据二次电子的强度可作形貌分析。图2-2-11为翡翠中环带交代结构的EPMA二次电子像。

图2-2-10 铍扩散处理橙红色蓝宝石的EPMA能谱线扫描分析

图2-2-11 翡翠中环带交代结构的EPMA二次电子像

新烧蓝宝石可以出证书。新烧的蓝宝石，是加热加充填，国内证书会标注蓝宝石（处理）。国际证书如GRS会根据充填物残留程度划分等级：H（a)/(b)/(c)/(d)，只有H（a)微量残留物算是优化范畴，值得购买，H(b)/(c)/(d)都是处理，性质不稳定，价值不高。此外还有H（Be）、E（IM），分别代表铍扩散处理、扩散式热处理，标注这两种的都是不值钱的。

并不是所有用于解决宝石学问题的仪器都能为宝石实验室所用。很多先进的技术,如电子顺磁共振(EPR/ESR)、激光散射层析成像(LST)、核磁共振(NMR)、X射线衍射分析(XRD)、粒子诱发X射线荧光分析(PIXE)、X射线光电子能谱分析(XPS)、X射线形貌法、透射电镜(TEM)等其他仪器,偶尔可以用于特殊问题的研究,但由于成本高,对样品有损害,或是应用受限,这些功能强大的仪器至今还未能用来解决日常宝石检测难题。从发展和科学进步的角度看,这些仪器将会在彩色宝石产地鉴别中发挥积极作用。以下简单介绍几种方法及其应用。

(一)电子顺磁共振(EPR)

EPR也被称为电子自旋共振(ESR),它已被用于研究宝石中某些过渡金属元素的价态和化学键。这是由不配对电子的磁矩发源的一种磁共振技术,可用于定性或定量检测物质原子或分子中所含的不配对电子,并探索其周围环境的结构特性。对自由基而言,轨道磁矩几乎不起作用,总磁矩的绝大部分(99%以上)的贡献来自电子自旋,所以电子顺磁共振亦称“电子自旋共振(ESR)”。电子顺磁共振光谱技术已存在了50年以上,但在宝石学中尚未得到广泛应用。测试样品放置在高频微波场中,受到强烈的、可变的磁场作用,含有未配对电子的离子会对处于特定磁场的微波产生强烈的吸收。EPR对检测特定组分非常敏感,可用于检测超高温处理宝石材料,如测试铍扩散刚玉中形成的氧离子。

(二)激光散射层析成像(LST)

这是一种通过激光散射得到90°散射断层照片的无损显微镜检测技术。原日本宝协实验室应用该技术,对热处理蓝宝石和合成红宝石中的微小缺陷进行了成像分析对比研究。

(三)核磁共振(NMR)

这是一种根据原子核与磁场的相互作用而研制出来的一种无损检测技术,在生命科学、医学、材料学等多个学科领域获得极其广泛的应用。该技术可用于许多物体结构的测定,如化合物结构中高分子化合物结晶度,高分子链立体构型成分,药物成分,生物大分子的结构,药物与生物大分子、细胞受体之间的相互作用,生物活体组织含水量,癌症诊断,人体NMR断层扫描(NMR-CT)等。目前在珠宝玉石材料研究中主要用于琥珀的年龄研究和优化处理鉴定。另外,通过对特定元素如氢、氟的研究,可区分某些天然和合成祖母绿及热处理海蓝宝石。今后,该方法在珠宝玉石研究和鉴定中将发挥更大的作用。

(四)X射线衍射分析(XRD)

该仪器是利用晶体形成的X射线衍射,对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时,X射线因在晶体内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射的X射线在某些方向上相位得到加强,从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高,能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。这种方法在宝石学上被广泛应用于珠宝玉石品种的鉴定及其包体的鉴定,在产地信息采集方面,主要利用X射线衍射微区分析技术对宝石中包体的矿物组成和结构进行研究。

(五)粒子诱发X射线荧光分析(PIXE)

它是高能粒子束分析的一种重要技术。PIXE分析具有灵敏、快速、取样少和无损分析等特点。该方法对大多数元素(Z≥12)是很灵敏的,其相对灵敏度为10-6,一次测量可探知多种元素,还可采用微束。目前因设备成本太高,只在零散的珠宝材料的物理学研究及考古等文章有使用该仪器的报道。

(六)X射线光电子能谱分析(XPS)

用X射线去辐射样品,使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。通过检测器可以测量被激发出来的光电子的能量,以光电子的动能为横坐标,相对强度(脉冲/s)为纵坐标可做出光电子能谱图,从而获得待测物的化学元素组成。XPS主要是通过测定电子的结合能来实现对表面元素的定性分析,包括价态的分析。X射线光电子能谱仪对化学分析最为有效,这种技术在宝石学研究和鉴定上主要用于检测样品的元素组成和氧化状态,以及珠宝玉石表面镀膜材料的鉴定等,在检测翡翠表面注蜡或聚合物注入方面与红外光谱的作用相似。

(七)X射线形貌法(XT)

又称X射线貌相学,它是根据晶体中衍射衬度变化和消像规律,来检查晶体材料及器件表面和内部微观结构缺陷的一种方法。它具有非破坏性检验、样品制备方便、实验重复性好、能决定缺陷的性质等优点,广泛用于晶体材料完整性的研究。随着科学技术的发展和近完整晶体材料的大量使用,20世纪50年代后期以来,X射线形貌技术和X射线衍射动力学理论的研究都有很大的发展,逐步成为材料科学中一种重要的检验手段和一门学科分支。该方法在珠宝材料研究中,目前主要对钻石、水晶、蓝宝石等工业用途品种有部分研究,今后,该技术有望用于彩色宝石产地的鉴定研究。

　　宝石范畴很广，包含钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、猫眼等，但是成品质量的鉴定主要从颜色、大小、净度、切工等几个方面来评判质量和成色。

　　颜色有纯天然的颜色，天然的颜色价格当然更高，优化的颜色有加热（有烧）、染色、铍扩散等方法，优化的颜色，价格要低很多，颜色越艳，越纯，价格越高，红宝石要红，鸽血红最贵，蓝宝石要蓝，纯净的蓝色，价格才高，颜色偏暗，杂色调多，价格就低；

　　同品质下，越大价值越高的；

　　净度越高，价值越高，瑕疵越多，价值越低，但天然的宝石，多少会有瑕疵的；

　　切工越好，价格越高的，如钻石的八心八箭。

　　还有时参考荧光情况，钻石是无荧光为佳，同时无奶咖绿的也是越贵的。附些供参考。

化学分析（chemical analysis）是指确定物质化学成分或组成的方法。根据被分析物质的性质可分为无机分析和有机分析。根据分析的要求，可分为定性分析和定量分析。根据被分析物质试样的数量，可分为常量分析、半微量分析、微量分析和超微量分析。需要检测、分析、测试的用户，推荐了解微谱，大品牌更放心。点击我和专业技术沟通

微谱，大型研究型检测机构，提供研发创新、质量升级、节能减排、工艺改善、调查分析、质量鉴定、计量校准、体系或产品认证等多层面的个性化综合性科技服务。微谱理念：服务，不止于检测！基于十多年的专业技术积累和遍布全国的服务网络，微谱每年出具近十万份技术报告，累计服务客户九万多家，其中包括众多世界五百强客户，高端技术水准和高质量技术服务深获客户好评。

买到的是合成宝石。在泰国、斯里兰卡、缅甸，新加坡等旅游区是很难买到天然红蓝宝石的，大多是合成、充填宝石或者铍扩散蓝宝石，因此会比较便宜。新加坡共和国，简称新加坡，旧称新嘉坡、星洲或星岛，别称为狮城，是东南亚的一个岛国。