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应用背景

天然宝玉石具有稀有、外观优良等特点，因此具有极大的经济效益。一些伪造的人工宝石出现在市场中，让消费者难于判断。

天然宝玉石形成在独特的地质条件下，具有特征的晶体结构和微量元素组成，而人工合成宝石的结晶度及致色元素会有差异，我们可以通过拉曼散射光谱技术来进行鉴别。

海洋光学推出了一款非常适合现场、快速检测的手持式拉曼光谱仪hrs-5a。

1. 人造红宝石的鉴别

我们购买了不同显色的人工合成红刚玉，与天然红宝石样品的拉曼谱图进行比对，通过785nm光源的激发，hrs-5a探测到了这些样品的特征拉曼谱图，主要的特征谱峰分布在250~800cm^-1范围内，这与文献报道一致。

通过比较，我们可以明显地看到合成红宝石具有更宽的特征光谱，并且谱峰位置发生了蓝移，这与合成晶体的较低结晶度以及不同的元素掺杂情况密切相关。尤其，肉眼完全看不出差别的1#合成红宝石，其拉曼谱图没有锐利的拉曼特征峰，表现出无定形状态。同样的情况也表现在和田玉的鉴别测试中。

2.和田玉的鉴别

我们对外观看不出差别的天然和田玉样品和玻璃样品进行拉曼光谱测试。其中天然和田玉是一系列单斜晶系微晶体的集合体，主要化学成分是钙镁硅酸盐，化学式为ca2mg5(oh)2(si4o11)2；而普通玻璃通常是高温熔融固体反应制备，为无定形结构。

天然和田玉与玻璃样品具有显著区别的特征拉曼谱图。

3. 不同种类宝石晶体

我们对以下不同种类的宝石晶体进行测试：

堇青石：硅酸盐矿物，主要成分为mg2al4si5o18，属于斜方晶系；

葡萄石：硅酸盐矿物，主要成分为ca2al(alsi3o10)(oh)2，属于斜方晶系；

托帕石：铝硅酸盐与氟和氢氧化物的复合物，主要成分为al2sio4(f,oh)2，属于斜方晶系。

由于成分的差异，这些宝石的特征拉曼谱图区别明显。

结论

拉曼散射光谱技术可以有效地鉴定宝石的真伪，并区分不同种类的宝石。通过对人工合成红宝石和天然红宝石，玻璃和天然和田玉，以及堇青石、葡萄石和托帕石的拉曼光谱的探测，我们可以看到海洋光学手持式拉曼光谱仪hrs-5a可快速、无损、可靠地应用于宝石检测。