阴极发光技术在宝石鉴定中的应用

阴极发光技术在宝石鉴定中的应用

刘盼

四川文化艺术学院 文物与博物馆学院 四川 绵阳 621000

摘要：阴极发光（CL）技术属于无损鉴定的方式，被大量的应用于宝石矿物鉴定和研究领域。从宝石学的角度来说，阴极发光技术的贡献巨大，它是宝石鉴定的重要方式之一，利用阴极发光技术可以准确的判断天然宝石或者合成宝石，同时还可以判断出优化处理宝石，在区分外观相似的宝石材料方面也非常便捷快速。本文主要分析阴极发光技术在单晶宝石材料中的应用。

关键词：阴极发光；单晶宝石；鉴定；应用

从目前国内外的发展形势分析，研究者通过阴极发光技术，在矿物研究方面取得了很大的进步，随着科技的进步，阴极发光技术大量的使用到多个领域内。阴极发光技术已经成为目前宝石鉴别的重要方法之一，利用这项技术可以准确的掌握研究者所需要的信息，进一步揭示出宝石内部蕴藏的奥秘。在宝石学中，阴极发光技术应用是非常广泛的，可以有效的区别天然单晶宝石与合成单晶宝石，还可以优化处理单晶宝石，所使用范围比较广，是一种重要的单晶宝石无损鉴定方式。

1阴极发光技术原理

利用阴极射线管发出的电子束轰击到矿物的表面，因为电子束的能量较高，可以直接转化成为光辐射能，这就是阴极发光。在阴极射线管发射的电子束轰击矿物晶体时，矿物晶体的晶格会出现畸变的情况，晶体内部形成电子空穴，局部也会发生变化，同时也会以激发态的形式存在。这些能量处于亚稳定状态的激发中心，能捕获电子从而形成发光中心。

2钻石的阴极发光特征及其应用

天然钻石与合成钻石其生长环境有着很大的不同，内部生长结构也会有明显差异，这就使得天然钻石与合成钻石的阴极发光特点很不相同，这就是我们区分天然钻石和合成钻石的主要方式。从实际情况分析，两者的区别是如下两点：

（1）发光性。在阴极发光的作用之下，天然钻石以蓝色荧光的状态存在，颜色分布较为均匀，有少数会出现黄色或者蓝白荧光，由于没有生长区的影响，这些荧光形态会有明显的不同，并且以不规则的形式存在。在阴极发光的影响之下，合成钻石会以不同颜色的光出现，因为生长区的影响，形态会是多种结合图形，并且分布以规律性存在。

（2）生长纹。阴极发光仪下天然钻石表现为复杂多样的生长纹发光图样，极少数钻石会存在长方形或者规则型的生长纹。合成钻石一般都会有生长纹，并且因为生长区的影响导致形态的不同。利用阴极发光的图样特点，钻石根据生长类型大致可分为下述三种：

（1）具简单的生长环带的钻石。这种钻石一般都会具备立方-八面体的生长环带，以平直形式存在，宽窄相差较大，阴极发光主要是黄绿色的，有些位置则不发光。因为生长机制的影响，黄绿色光从中心向外平行分布，并且因为钻石生长有阶段性的特点，有些钻石结构是环带形式，且层状密集分布。

（2）具复杂环带的钻石。这种钻石有3个生长期，生长期之间也会有较大的时间间隔。第一期有3个生长区，并且是不发光的，以矩形形式存在，处于中央区域内；第二生长区出现黄绿色光，以立方-八面体形式存在，且八面体和立方体的发光颜色是不同的；第三生长区不发光，外形为浑圆状立方体-八面体。第二期阴极发光是浅蓝色为主，发光强度高，以立方体的形式存在，边缘存在轻微溶蚀的情况。第三期包含两个时期：早期的颜色为黄绿色、深绿色为主，内部相间排列的形式存在，后期则以黄绿色为主。第三期生长环节，矿物立方体的侵蚀问题非常的严重，会出现平行锯齿状纹层，后期八面体生长区变化很大，最终成为八面体外形晶体的结构。

（3）具“似玛瑙状”结构的金刚石。这种结构主要是出现在金刚石样品边缘，形状会存在明显差异，右侧圈层和主晶的八面体直线暗色纹层连接，一般会在晶体形成的晚期出现溶蚀的问题，还会因为生长螺旋状与层状混合生长机制；左侧是因为发光层与不发光层同时组成的同心圈结构形式，有些会出现黄绿色光。

3天然、优化处理和合成红宝石的阴极发光技术应用

红宝石，矿物学名称为刚玉，其主要化学成分为Al₂O₃，致色元素为Cr（铬）。在阴极发光作用之下，天然红宝石发光颜色主要是鲜红色，并且分布均匀，强度中等，可以清晰的看到内部特征包体。优化处理红宝石应用阴极发光技术呈现出鲜红色、分布均匀、强度中等的发光特点；染色处理红宝石和填充处理红宝石的现象以红色为主要存在，发光强度中等偏下，比天然红宝石稍弱；阴极发光之下，合成红宝石具备鲜红色、强度高的特点，各方面都要强于天然红宝石，可以清晰看到内部结构特点。

4天然和处理托帕石的阴极发光特征及其应用

托帕石，又被称为黄玉，有较高的硬度。该材料颜色丰富，常见无色、蓝色、黄色品种，主要产自于巴西。当前我国主要是以蓝色托帕石交易为主，这是由无色托帕石辐射照射之后形成的，在辐射处理之后，蓝色托帕石与天然蓝色托帕石的外观相似度是很高的，在硬度、密度、折射率、反射率等方面也不存在太大差异。通过阴极发光技术的检测，了解托帕石在阴极发光照射下的不同特点，可以有效的区分天然和经辐照处理的蓝色的托帕石。在阴极发光的作用之下，二者的荧光颜色差距很大，虽然都是以蓝色为主，但其发光强度不同。在阴极发光之下，天然蓝色托帕石荧光是蓝色，强度中等；天然托帕石是蓝色，强度稍弱；辐射处理后的蓝色托帕石为蓝色，强度较强。因为蓝色托帕石和辐射处理蓝色托帕石的阴极发光颜色是相同的，只有强度上有差异，利用阴极发光仪仅可辅助鉴别天然蓝色托帕石和辐照处理的蓝色托帕石。

5天然和合成水晶的阴极发光特征及其应用

石英是目前世界上分布范围最大的岩石矿物之一，其种类繁多，单晶石英就是水晶。水晶的种类比较多，比较常见的是无色水晶、黄晶、紫晶等。

（1）无色水晶与其合成品。阴极发光的作用之下，天然水晶是蓝紫色的发光形式区，强度较弱或没有发光；合成无色水晶主要是红色发光形式，强度中等偏弱，只有很少一部分是蓝色的。经过研究发现，水晶的阴极发光特点与其内部组成结构有着直接联系，水晶内存在包体，则荧光强度较高。天然水晶内，有较多的裂隙与包体水晶，发光强度是中等；内部包裹体少相对干净的水晶，则强度较弱。在合成水晶内，水晶种晶板两侧红色光强度较高，种晶板位置上蓝紫色光强度小，有些样品种晶板附近也没有发光现象。

（2）黄晶与其合成品。阴极发光之下，天然黄晶的荧光是蓝紫光的形式存在，强度中等，有些则是表现出橙红色，发光强度较高；合成黄晶发光现象以红色为主，强度中等以下，内部干净，包体含量少，种晶两侧发光强度高。

（3）紫晶与其合成品。在阴极发光下，天然紫晶主要是蓝紫色、红色，强度中等以上；合成紫晶主要是红色，强度中等以下。天然紫晶内包含较多的裂隙与包体，红色为主，还有些是蓝紫色，主要是因为内部结构或者颜色不均匀所形成的；合成紫晶内部干净，裂隙、包体很少，有些区域发光强度高。紫晶与合成紫晶发光颜色相差较大，可以作为区分的特征。

6阴极发光技术的应用展望

阴极发光技术最初研发的目的就是区分天然钻石和合成钻石，该技术的高速发展，使得人们认识到该技术的重要性，并且将其大量应用到实践中。在宝石鉴定环节，阴极发光技术的优势明显，比如成本低、无损鉴定、操作方便、检测效率高等。矿物的内部组成就决定了阴极发光的现象差异，如果有条件，可以采集样品的阴极发光光谱，分析其光谱可以得到更准确的鉴定结果。不同类型矿物质的阴极发光现象差异明显，主要是发光颜色以及强度。通过阴极发光技术可以了解矿物材料的生长环境、结构等要素，所以在人工晶体、宝石材料研究方面效果非常好，未来必然会取得更高的成就。

参考文献：

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[3]孙若君, 张妮. 阴极发光技术在单晶宝石中的应用探讨[J]. 江苏科技信息, 2016(12):65-66.