Xác Thực Đá Quý Bằng Quang Phổ Raman

GIỚI THIỆU

Đá quý là một lĩnh vực phức tạp, nơi hội tụ nhiều ngành: khoa học tự nhiên (địa chất, hóa học, vật lý, khoáng vật học và tinh thể học), nghệ thuật, lịch sử và khảo cổ học. Một trong những vấn đề quan trọng nhất trong nghiên cứu đá quý là phân loại đá quý khoáng sản, độ tinh khiết, nguồn gốc và xác định các phương pháp xử lý. Rõ ràng, điều quan trọng là việc phân tích có thể được thực hiện theo cách hoàn toàn không phá hủy và không xâm lấn. Do đó, quang phổ Raman là một phương pháp lý tưởng để kiểm tra đá quý vì không cần phải chuẩn bị mẫu và không phá hủy. Hơn nữa, quang phổ Raman mang lại nhiều ưu điểm, chẳng hạn như thời gian đo ngắn và lượng vật liệu cần thiết thấp. Đối với mục đích nghiên cứu đá quý, nó được đặc biệt đánh giá cao.

PHƯƠNG PHÁP

Quang phổ Raman dựa trên sự tán xạ ánh sáng không đàn hồi của các phân tử phân cực, cho thấy mức năng lượng dao động của các liên kết hóa học của các phân tử. “Fingerprint” của quang phổ được sử dụng để xác định đá quý. Những đỉnh này có liên quan đến thành phần hóa học của đá quý, cũng như các khoáng chất vi lượng và tạp chất tạo nên màu sắc độc đáo cho các loại đá quý như ngọc lục bảo và hồng ngọc.

Cách tiêu chuẩn để đưa ra câu trả lời là so sánh dấu vết quang phổ của đá quý với một số quang phổ của khoáng chất tiêu chuẩn. Độ chính xác của quang phổ Raman thường có thể trên 95% để xác định và phân biệt chính xác giữa các loại đá quý khác nhau. Hình 1 cho thấy quang phổ Raman của một số loại đá quý phổ biến và không phổ biến. May mắn thay, sự sẵn có của cơ sở dữ liệu lớn về phổ Raman của các loại khoáng vật không ngừng tăng lên theo thời gian, vì vậy có thể phân loại đá quý bằng phương pháp quang phổ Raman. Nhiều loại đá quý là những loại khoáng vật được xác định rõ ràng, chẳng hạn như kim cương (C); hầu hết các loại đá quý là silicat, chẳng hạn như beryl, topaz và zircon, trong khi loại được đại diện nhiều thứ hai là các oxit, chẳng hạn như ruby và sapphire. Trong trường hợp này, các loại khoáng vật của đá quý khá dễ dàng được xác định bằng cách so sánh với quang phổ tiêu chuẩn.

Hình 1 Phổ Raman của một số loại đá quý thông thường

Trong nhiều trường hợp, đá quý thuộc nhóm khoáng chất tạo thành nhóm đá quý có thành phần hóa học thay đổi liên tục trong một phạm vi xác định. Độ chính xác của quang phổ Raman thường có thể trên 95% để xác định chính xác thành phần của đá quý. Một trong những ví dụ quan trọng nhất về việc sử dụng quang phổ Raman trong việc xác định thành phần của đá quý là ngọc hồng lựu. Nhóm đá quý này thường được chia thành hai nhóm: pyralspite (pyrope, almandine, spessartine) và granit (uvarovite, Grossular, andradite). Phổ Raman của ngọc hồng lựu trong dãy ugrandit và pyralspite được thể hiện trong Hình 2, sử dụng phần mềm và tính toán thành phần đo được trong phổ Raman của mẫu.

Hình 2 Phổ Raman của ngọc hồng lựu thuộc nhóm ugrandit (a) và pyralspite (b)

Việc xác định nguồn gốc của đá quý bằng quang phổ Raman có thể được thực hiện bằng cách nghiên cứu về thể vùi rắn hoặc lỏng. Các tạp chất trong đá quý đang nhận được sự quan tâm lớn vì chúng là một loại ID của đá quý, chứa một lượng lớn thông tin về nguồn gốc của chúng. Hơn nữa, các thể vùi được chứa trong tinh thể chủ có thể được nghiên cứu bằng cách sử dụng máy quang phổ Raman vi mô đồng tiêu cho phép phát hiện các vật liệu bên dưới bề mặt bên ngoài của đá quý. Việc xác định nguồn gốc của đá quý bằng phương pháp quang phổ Raman có xu hướng kém chính xác hơn. Độ chính xác để xác định nguồn gốc địa lý và điều kiện hình thành của đá quý bằng phương pháp quang phổ Raman có thể khác nhau, thường dao động từ 80% đến 90%. Chúng ta có thể thấy rằng Hình 3 cho thấy quang phổ Raman thu được trên một thể vùi hình kim trong một viên ngọc hồng lựu. Phổ Raman của garnet chủ cho phép nhận dạng nó là loại pyrope-almandine.

Hình 3 Phổ Raman của ngọc hồng lựu pyrope–almandine

HỆ THỐNG

Để xác thực đá quý, chúng tôi đã sử dụng hệ thống Raman mô-đun bao gồm máy quang phổ QE Pro, nguồn laser 1064 nm để kích thích Raman.

Máy quang phổ QE Pro của Ocean Insight là thiết bị hiệu suất cao nổi tiếng nhờ độ nhạy và hiệu suất lượng tử đặc biệt, đặc biệt phù hợp với các ứng dụng UV đến NIR (200-1100 nm). Với đầu dò CCD mỏng phía sau và hệ thống làm mát tích hợp, nó giảm thiểu nhiễu nhiệt, đảm bảo hiệu suất ổn định trong thời gian dài, lý tưởng cho quang phổ huỳnh quang và ánh sáng yếu. Dải động cao của nó cho phép nó xử lý các mức ánh sáng khác nhau, khiến nó trở nên linh hoạt cho các ứng dụng như quang phổ Raman, đo độ hấp thụ và phản xạ. Mặc dù các tính năng nâng cao của nó có chi phí cao hơn và có thể yêu cầu quá trình làm quen, nhưng người dùng đánh giá cao QE Pro nhờ dữ liệu quang phổ chất lượng cao, đáng tin cậy và khả năng tương thích với nhiều phụ kiện và phần mềm của Ocean Insight.

Hình 4 Máy quang phổ QE Pro

Ocean Insight Raman Laser 1064 nm là loại laser cận hồng ngoại (NIR) hiệu suất cao được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng quang phổ Raman. Hoạt động ở bước sóng 1064 nm, nó có ưu điểm là giảm nhiễu huỳnh quang, khiến nó trở nên lý tưởng để phân tích các mẫu sinh học và hóa học phức tạp. Tia laser mang lại đầu ra ổn định và chính xác với độ tinh khiết quang phổ cao, đảm bảo các phép đo Raman chính xác và có thể lặp lại. Thiết kế mạnh mẽ và khả năng tương thích với các hệ thống quang phổ mô-đun của Ocean Insight cho phép tích hợp liền mạch vào các thiết lập thử nghiệm khác nhau. Do đó, người dùng đánh giá cao độ tin cậy và hiệu quả của nó trong việc cung cấp tín hiệu Raman rõ ràng.

Hình 5 Laser Raman của Ocean Insight 1064 nm

KẾT LUẬN

Việc xác thực đá quý bằng máy quang phổ Raman QE Pro có hiệu quả cao, cung cấp khả năng nhận dạng chính xác và đáng tin cậy dựa trên các dấu hiệu rung động riêng biệt của từng loại đá quý. Máy quang phổ tiên tiến này, với độ nhạy và độ phân giải cao, cho phép phân tích không phá hủy, đảm bảo tính toàn vẹn của đá quý đồng thời mang lại kết quả chính xác. Bằng cách so sánh quang phổ thu được với quang phổ tham chiếu đã biết, máy quang phổ Raman QE Pro có thể phân biệt giữa đá quý thật và vật liệu tổng hợp hoặc giả, khiến nó trở thành công cụ hữu ích cho các chuyên gia về đá quý và thợ kim hoàn đang tìm cách xác minh tính xác thực của bộ sưu tập của họ.