基于便携式地物光谱仪的常见宝玉石材质反射率光谱特征分析

（1）实验样品

本次研究的宝玉石样本十余种，包含了无机盐类宝石、氧化物类宝石和有机物类宝石，均已经过实验室验证定名。其中，无机盐类宝石包括硅酸盐类、碳酸盐类、磷酸盐类宝石。氧化物类宝石包括红宝石、蓝宝石、尖晶石。有机物类宝石包括琥珀和蜜蜡。宝玉石种类。

（2）设备搭建

2.1硅酸盐宝石

2.1.1链状硅酸盐

透闪石分析光谱如图1所示，能看到948nm处有***小而尖锐吸收应为的吸收峰。1274nm有两个连续吸收峰，为Mg的吸收峰。1400nm处有显著的-OH吸收峰，1909nm处有吸附水特征峰。2105nm处极小吸收峰为Si-Ｏ******倍频。2294nm附近有小吸收带，为Fe-ＯＨ的吸收带。由此，透闪石有独特的吸附水特征峰，且有-OH基团的吸收峰，含金属离子的吸收峰分辨容易。

2.1.2环状硅酸盐

环状硅酸盐以堇青石和碧玺为例，如图2所示：三组堇青石光谱大致相同，893～1062nm有离子吸收带。1410nm处有Ｏ-Ｈ键的******倍频吸收峰。1898nm处有特殊的吸附水特征峰。2012nm，2089nm有两个Si-O吸收峰（2089nm也可能是Fe-OH前移）。

我们测定了两种不同颜色的碧玺（图3）以及***个含有不同碧玺的珠宝饰品（图4）。不同碧玺在400～1100 nm波段均有差异，切合碧玺化学式中阳离子的多样性。另外，光谱中全部具有-OH与吸附水吸收峰。样品碧玺组在2212nm和2242 nm出现肩峰，为Al-OH吸收峰。碧玺样品0.563g在730nm处有Fe和Mn组合频，2298 nm也有Fe-OH吸收峰。碧玺样品0.49g没有Fe特征峰，2361nm处为Mg-OH吸收峰。***饰碧玺组在2049 nm处均有Si-O******倍频，在2175n与2198nm出现肩峰为Al-OH。2249nm处有吸收峰，为Si-OH的特征峰。2305nm处有吸收峰，是Fe-OH的吸收峰。***饰碧玺经过加工，含有众多阳离子，所以2000～2400nm处有多个吸收峰，由于这些阳离子与羟基结合的特征峰有先后关系，因此，该波段是判断阳离子数目和区别种类众多的玉石的***个重要手段。

2.2 氧化物宝石

分析红宝石光谱图（图5），光谱特征主要集中于400～1100nm处，主要体现在过渡阳离子的部分。693nm处的高反射峰是两种阳

离子叠加跃迁形成的，这和硅酸盐宝石区别明显。另外，红宝石拥有 Cr3+典型的吸收光谱，由于Ti3+的吸收峰也在450nm与550nm，640nm左右，所以这样的特征光谱可能是两种阳离子共同作用得出的结果。

2.3 有机宝石

琥珀是***种常见的有机宝石文物，其中只有半透明至不透明的琥珀叫做蜜蜡。也是***种珍贵的有机宝石。有机宝石近红外光谱以氨基酸的倍频，组合频为主。从分析光谱图（图6，图7），可以看出琥珀与蜜蜡的反射率光谱基本相同。 琥珀在1390nm与1415nm为 N-H伸缩振动的******倍频，蜜蜡则在1401nm处。琥珀在1195nm处吸收峰为-CH2伸缩振动的二***倍频，也可能是-CH3与-CH2伸缩振动的二***倍频合并为***个吸收峰，蜜蜡则在 1202 nm处。整体识别区间在800～1600nm区间，这与无机矿石有明显区别。

本研究利用便携式地物光谱仪，观测得到了不同类型的宝玉石的可见光—近红外光谱，不仅可以用于区分出无机盐，氧化物，有机物宝玉石种类，更可用于各个宝玉石的精细鉴别。上海的OFS地物光谱仪就能够准确鉴别出不同种类的宝玉石材质，在宝玉石类文物的快速无损鉴别、品质、产地分析等方面有较大潜力。