Introdução

A gemologia é um campo complexo que envolve várias disciplinas, incluindo ciências naturais, artes, história e arqueologia. Uma das questões mais importantes na pesquisa em gemologia é a identificação de pedras preciosas, incluindo a identificação de sua espécie, pureza, origem e se foram tratadas manualmente. Como os objetos a serem analisados são geralmente gemas macroscópicas, de grande valor econômico e, às vezes, podem estar encaixados em jóias ou embalados em recipientes, devem estar intactos.Identificação de formas não invasivas. A técnica de espectroscopia de Raman é uma técnica totalmente não invasiva, sem contato e sem necessidade de qualquer preparação de amostras, é baseada na análise do fenômeno de dispersão de Raman, que analisa a estrutura molecular e a composição química através da medição de pequenas mudanças de frequência causadas pela vibração molecular na amostra. A espectroscopia Raman também apresenta vantagens como curto tempo de medição e menor demanda de amostras. Por isso é muito favorecido no campo da gemologia. No passado raramente.Os laboratórios podem aplicar o espectro de Raman à pesquisa de pedras preciosas, mas há mais de uma década, comO ATR3000O surgimento do espectrômetro Raman portátil como um representante, permitiu que a tecnologia de espectroscopia Raman demonstrasse plenamente as vantagens da aplicação nesta área. Nos últimos anos, muitos laboratórios de gemologia foram equipados com espectrómetros Raman para estudar asmeralda, diamantes, envolturas de pedras preciosas e mosaicos de pedras preciosas, especialmente usando espectrómetros Raman portáteis para analisar objetos imóveis, como pedras preciosas em artefatos. Este artigo explorará a aplicação do espectrómetro Raman portátil na pesquisa de pedras preciosas, destacando seus resultados significativos na classificação, identificação e análise de campo de pedras preciosas. Acreditamos que a introdução desta tecnologia avançada oferecerá uma nova perspectiva para a pesquisa no campo da gemologia, injetando um novo vigor para a pesquisa científica e a identificação de pedras preciosas.

A aplicação do espectro de Raman na gemologia: identificação

Quando vemos uma pedra preciosa, a coisa que queremos saber é simples: o que é essa pedra preciosa em frente? Muitas pedras preciosas são atribuídas a tipos minerais específicos, como a composição química do diamante é carbono; A coluna verde, o jade e o zircão são atribuídos aos minerais de silicatos, enquanto o principal componente do rubí e do zafiro é o óxido metálico. Neste caso, o espectrómetro Raman portátil permite um teste rápido da pedra preciosa, o tipo de mineral da pedra preciosa é facilmente identificado e a informação para ser medida é obtida quando o mapa é comparado com a biblioteca de espectros padrão. A imagem abaixo é um espectrograma de Raman de safir marinho, safir, tanzanite, oliva de magnésio e cordilha, através do número e localização de picos espectrais de Raman, você pode distinguir intuitivamente diferentes pedras preciosas.

Figura 1 Espectro de Raman obtido com estimulação de 633 nm para algumas pedras preciosas comuns (zafiro marinho e zafiro) e pedras preciosas pouco comuns (tanzanita, oliva de magnésio e safira).

Aplicação do Espectro de Raman na Gemologia: Composição

Em muitos casos, as pedras preciosas pertencem a uma série de minerais homogêneos heteromorfos, cuja composição química varia continuamente dentro de um intervalo específico. Os extremos e extremos do escopo de composição são os chamados extremos, em geral, as pedras preciosas do grupo de minerais podem ser consideradas como soluções sólidas dos extremos, eletrocita e granada são exemplos de pedras preciosas que não correspondem ao tipo de mineral, mas correspondem ao grupo de minerais. Conhecer a composição real de uma pedra preciosa (isto é, a percentagem dos elementos finais mais diversos do grupo de minerais) é importante para avaliar corretamente seu valor e origem.

Aqui está um exemplo de granada, uma pedra preciosa que pertence ao grupo de minerais de granada geralmente pode ser escrita: A3O B2(SiO)4)3onde A representa Ca2+e Fe2+e Mn2+e Mg2+， B para Al3+com Cr3+e Fe3+. Os elementos terminais no grupo de minerais de granada são aproximadamente divididos em granada de magnésio e alumínio (Pyr, Mg3Al2Si3O12Granada de Ferro e Alumínio (Alm, Fe)3Al2Si3O12Granada de manganês e alumínio (Spe, Mn)3Al2Si3O12) para representar a granada de alumínio e a granada com cromo de cálcio (Uva, Ca3Cr2Si3O12Granada de cálcio (e, Ca)3Fé2Si3O12Granada de cálcio e alumínio (Gro, Ca)3Al2Si3O12Representando o cálcio, as pedras preciosas correspondentes a terminais puros são raras na natureza, portanto, as granadas comuns são solúveis sólidos compostos por esses terminais. O espectro Raman das linhas de granada vermelha e amarela, como mostrado na Figura 2, foi modelado com dados do Matlab para analisar as proporções de composição dos diferentes elementos terminais da espécie de granada e fornecer uma base para sua avaliação de valor.

Figura 2 Espectro Raman das granadas das séries Granada Vermelha (a) e Granada Amarela (b).

Aplicações do espectro de Raman na gemologia: imitações, pedras preciosas sintéticas e processamento artificial

Como mencionado anteriormente, um dos desafios mais importantes na gemologia é identificar e identificar métodos de tratamento intensificados para pedras preciosas naturais, como aquecimento, preenchimento de fissuras, exposição à radiação, revestimento, branqueamento, coloração e muito mais. Por exemplo, alguns rubis quebrados preencheram vidro de alta refracção para melhorar sua limpeza, Fan et al. encontraram vidro de chumbo no espectro Raman do rubi em 1500 cm.-1A ampla característica do pico (Figura 3) fornece ferramentas poderosas para a identificação de pedras preciosas manipuladas manualmente.

Figura 3 Espectrograma de Raman do rubí natural e do vidro preenchido: natural é o pico característico do rubí, e P1 e P2 são os picos característicos do preenchimento no rubí.

Por outro lado, para o espectro de Raman, a detecção de imitações é uma tarefa relativamente simples, porque sua composição tende a ser diferente em comparação com as verdadeiras pedras preciosas, como o óxido de zircónio cúbico, frequentemente usado para fingir diamantes e outras pedras preciosas, e sua composição química é completamente diferente do diamante, o que também apresenta um espectro diferente. A Figura 4 mostra o espectro de Raman do diamante, seu imitador mais comum de óxido de zircónio cúbico e outro imitador de titanato de estrôncio.

Figura 4 Espectro Raman de diamantes e seus imitadores, óxido de zircónio cúbico e titanato de estrôncio, de cima para baixo, em ordem de diamantes, óxido de zircónio cúbico e titanato de estrôncio.

Resumo

Espectroscopia Raman significa velocidade, sensibilidade e detecção sem danos que atendem aos requisitos da gemologia. O espectrómetro Raman, equipado com diferentes lasers nas faixas de luz visível e infravermelho próximo, permite obter informações sobre as propriedades, a composição, a estrutura e a pureza da pedra preciosa, para identificar a mistura e detectar o tratamento reforçado. Pesquisas recentes sugerem que o espectro de Raman também pode ser usado para obter informações quantitativas sobre a composição da pedra preciosa. A análise Raman não se refere a cristais inorgânicos, mas também pode obter informações sobre materiais de pedras preciosas orgânicas (corais, âmbar e pérolas) ou materiais amorfos ou nanocristalinos (obsidia, proteita).Espectrómetro portátil ATR3000O âmbito da pesquisa também pode ser ampliado para analisar as pedras preciosas conservadas em museus ou mosaicadas em obras de arte arqueológicas ou históricas.

O espectro de Raman pode ser usado como ferramenta padrão em laboratórios de gemologia e os vendedores de pedras preciosas devem usar amplamente o espectro de Raman para uma identificação rápida. A medição Raman, que é rápida e sem custos além da compra de instrumentos, mostrou sua aplicação no campo da pesquisa em gemologia, contribuindo significativamente para a pesquisa sobre a origem e a origem das pedras preciosas. A análise de pequenas mudanças no espectro vibratório e o estudo preciso de microfluidos e envelopes sólidos podem revelar detalhes importantes da história geológica dos minerais.

A longo prazo, o uso de espectrómetros de Raman com diferentes tecnologias (por exemplo, microscópio eletrônico de varredura, espectroscopia de raios-X de dispersão de energia ou espectroscopia FT-IR) ampliará ainda mais as aplicações do espectro de Raman na pesquisa gemológica. Por outro lado, a popularidade de bancos de dados abrangentes de espectroscopia de Raman mineral, a automatização de medições convencionais de grandes quantidades de amostras e sistemas de software e hardware amigáveis ​​com a possibilidade de identificar rapidamente as pedras preciosas e seus componentes com confiança suficiente usando métodos do usuário ajudarão a espalhar a tecnologia para fora dos laboratórios de pesquisa.

Referências:

[1] Bersani, D. e Lottici, P.P., 2010. Aplicações da espectroscopia de Raman à gemologia. Química analítica e bioanalítica, 397, pp.2631-2646.

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[4] Aponick, A., Marchozzi, E., Johnston, C.R. e Wigal, C.T., 1998. Determinar a autenticidade das pedras preciosas usando espectroscopia Raman. Journal of Chemical Education, 75(4), p.465.