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用拉曼光谱法鉴定莫桑石

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    ■文/张大为  杨继胜

    由于钻石较为珍贵,在利益的驱使下不断有各种类型假冒钻石问世。随着人工晶体生长技术的发展,假冒钻石由早期的人造铅玻璃、天然无色矿石发展至蓝宝石、尖晶石、金红石等人工宝石。最近由于物理气相传输方法的发展,克瑞等美国公司获取的无色莫桑石(人工合成碳化硅)直径已达150mm,莫桑石饰品已大量充斥市场。由于莫桑石和钻石各项物理性质极为接近,传统的肉眼观察、比重法、热导仪法等已经不再适用于鉴定莫桑石。

    当频率为v的单色光照射到样品上时,在散射光中,除很大一部分的频率仍为v的瑞利散射光外,还有一小部分由于非弹性散射—拉曼散射导致的频率为v±△v的散射光。拉曼频移△v由散射物质的结构和成分等性质决定。不同物质由于分子构成、结构不同,其拉曼频移不同即特征拉曼峰位置不同,据此可以对测试样品的成分和结构进行表征以达到测定、鉴别的目的。

    目前市场上出现的莫桑石主要为六方晶系的碳化硅4H-SiC和6H-SiC,均属于α-SiC。而钻石晶体结构属立方晶系,且为单质体。因此,其拉曼特征峰存在明显差异,可通过拉曼特征峰位置对莫桑石和钻石进行鉴别。钻石的特征峰位于1332cm-1;4H-SiC特征峰位于196、204、266、776、796、838、964cm-1 ;6H-SiC特征峰位于145、150、236、241、266、504、514、767、789、797、889、965 cm-1。

    鉴别试验

    分别对市场上销售的莫桑石和钻石进行了拉曼光谱测试,测试仪器为Horiba Jobin Yvon HR800光谱仪,激发光源为532nm固态激光器,由于采用了功率密度较大的激光作为激发光源,光谱采集时间为1s。采集的波数范围均为100~1500cm-1,采集光路配置为背散射模式,试验结果如图1所示。

    由试验结果,我们可以看出钻石与莫桑石特征峰具有明显的可辨识性,对于钻石其特征峰位于1332cm-1,而莫桑石样品在对应位置并无相应光谱峰出现。4H-SiC及6H-SiC莫桑石的拉曼峰位均与上文所述一致。然而无论4H-SiC还是6H-SiC莫桑石特征峰数量均少于上文所述峰位,原因为α-SiC属于六方晶系,存在各项异性,特征峰是否出现与实验几何配置相关。而钻石属于立方晶系,晶体各项同性,1332cm-1的特征峰是否出现与实验几何配置无关。

    结 论

    拉曼光谱使用光子作为探针对样品无任何损伤,采集时使用功率密度较大和单色性好的激光作为激发光源,光谱采集时间非常短,几秒钟便可完成光谱采集工作。对于钻石无论任何实验几何配置采集的拉曼光谱,1332cm-1处并肯定存在特征光谱峰,而在相应位置莫桑石的拉曼光谱并不存在特征光谱峰,因此可以通过1332cm-1处是否存在特征光谱峰来鉴别与钻石相似度极高的假冒钻石莫桑石。因此,拉曼光谱方法是一种快速、无损鉴别假冒钻石莫桑石的方法。

    (作者单位:山东省菏泽市产品质量监督检验所)

    《中国质量技术监督》2013年1月刊