[doc格式] 水晶类宝石的热释光特征及其宝石学意义
水晶类宝石的热释光特征及其宝石学意义
第11卷
2009生
第1期
3月
宝石和宝石学杂志
JournalofGemsandGemmology
Vo1.11No.1
Mar.2009
水晶类宝石的热释光特征及其宝石学意义
吕璐,袁心强,
(1.中国地质大学珠宝学院,湖北武汉430074;2.
陈美华,杨晓蓉
国家珠宝玉石质量监督检验中心,深圳518026)
摘要:利用组装的热释光光谱测量装置测试了天然与合成无色水晶,茶晶和紫晶样品的热释光,
对比
了其热释光图谱.结果显示,天然无色水晶样品有较弱的热释光特征,合成无色水晶样品无热释光,两者加热
后颜色皆无明显变化;天然茶晶样品无热释光,加热后颜色不改变,合成茶晶样品的热释光强烈,其图谱清晰,
加热后茶色退为无色,但如仅加热120S,则仍为茶色;天然紫晶样品
无热释光,合成紫晶样品有热释光,加热
后颜色均无变化.结果表明,热释光对解决珠宝鉴定中的某些疑难问
题具有独到的作用.
关键词:热释光;水晶;宝石学
中图分类号:TS93文献标识码:A文章编
号:1008—214X(2009)01—0031—04
ThermoluminescentCharacteristicsofRockCrystals
andTheirSignificanceinGemmology
LVLu,YUANXin—qiang,CHENMei—hua,YANGXiao—rong
(1.GemmologicalInstitute,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China;
2.NationalGemstoneTestingCenter,Shenzhen518026,China)
Abstract:Thethermoluminescent(TL)characteristicsofthenaturalcolourlessrockcrystal,
tea—quartz,amethystsamplesandtheirsyntheticsamplesaretestedbyusingthethermolumi—
nescencemeteringdevice.TheTLspectraofthenaturalandsyntheticsamplesareanalysed
andcontrasted.Theresultsshowthatthenaturalcolourlessrockcrystalsampleshavethe
weakthermoluminescenceandthesyntheticcolourlesssampleshavenother
moluminescence.
Theeoloursofbothhavenochangeafterheating.Thenaturaltea—quartzsam
pleshaveno
thermoluminescenceandthecoloursdonotchangeafterheating.Thesyntheti
quartz ctea—
sampleshavetheintensethermoluminescenceandclearTLspectra,andthecolourschangeto
colourlessafterheating.However,thecolourofsynthetictea—quartzremain
sdarkbrownif
onlyheatedfor120seconds.Thenaturalamethystsampleshavenothermoluminescenceand
thesyntheticamethystsampleshavetheweakthermoluminescence.Thecoloursofbothhave
nochangeafterheating.Alltheseresultsshowthatthethermoluminescencehasthespecial
roleinsolvingspecialkindsofgemstoneappraisalprombles.
Keywords:thermoluminescence;rockcrysta1;gemmology
释光指矿物晶体受辐射作用积蓄的能量在受
到热或光激发时,以光的形式而释放的一种物理
现象?.20世纪5O年代初,Daniels就提出热释
光法可用于考古学和地质学样品的年代测定.
我国的科学工作者多年致力于年代测定的研究,
对不同地区,不同地层及各种沉积物中不同矿物
收稿日期:2008—11-10修回日期:2009—01-16
作者简介:吕璐(1985一),女,中国地质大学(武汉)珠宝学院宝石学专
业硕士研究生.
32宝石和宝石学杂志
种类的热释光性质进行了深入的分析与研究,取
得了卓有成效的结果l3],但并未涉及其在宝石学
中的应用.笔者采用组装的热释光光谱测量装置
测试了水晶类宝石样品的热释光光谱,探讨了将
热释光光谱测量仪应用于珠宝玉石检测与研究的
可行性.
1热释光光谱测量仪
1.1工作原理
样品被加热后发出的光经过光路系统后被高
灵敏度的光敏探测器采集,再将光子强度的模拟
信号变为可直接用计算机进行处理的数据信号.
系统测量软件用VisualBasic语言编写,代
码简练,运行速度快,可在Windows操作系统下
运行,中文显示;可实时显示测量数据,时间精确,
同步.
1.2设备组成
热释光光谱测量仪(图1)由光子计数器,加
热装置,暗箱(图2),计算机及配套软件等组成.
在长时间连续工作期间,仪器的
读数漂移小,
测光系统灵敏度高,可方便地更换加热棒和样品
盘,可测量多种形状的物品,如片,块及粉末状样
品等.
图1热释光光谱测量系统
Fig.1TIspectrummeteringsystem
图2暗箱结构简图
Fig.2Structureofblackbox
2实验结果及分析
本实验选用27块水晶类宝石为实验样品(表
1),其中天然水晶9块,合成水晶3块,天然茶晶
2块,合成茶晶6块,天然紫晶4块,合成紫晶3
块.将所有的样品粉碎成粒径为200目的粉末,
每份样品取0.03g.
在实验过程中,在密闭无光的环境下均匀加
热样品粉末,使其温度逐渐升高,采用光敏探测器
接收样品因受热而释放的光子数,在计算机上形
成光子计数点图.由于该点图不便于观察与对比,
故利用软件将其处理成光子曲线图,并累加处理.
2.1水晶
从天然水晶样品的热释光图谱(图3)中可以
清楚地观察到其图形十分相似:所有的样品都有
热释光现象,但不强,最高光子计数在500以下,
且只显示一个主发光峰;其发光峰的拐点基本上
都在加热165s(约90?)时,其顶点约在加热260
s(约120?)时;加热后其颜色不变,仍为无色.
观察合成水晶样品的热释光图谱(图4)发现,
其图谱基本平直,表示合成水晶无热释光现象.
表1实验样品的颜色
Table1Coloursofexperimentalsamples
合成水晶类
第1期吕璐等:水晶类宝石的热释光特征及其宝石学意义33
图3天然无色水晶样品的热释光特征图谱
Fig.3CharacteristicTLspectraofnatural
colourlessrockcrystalsamples
w卜一小…,一
wV小—
.
/—加热,这些电子受到热激
发,挣脱势陷,跃迁回基态,并释放出光子释放储
存的能量,从而产生了热释光.由于天然辐射作
用小,故其热释光并不强烈.合成水晶由水热法
生长而成,合成后没有经过人工辐照处理,天然辐
照的时间过短,不能形成足够的储能电子,故不存
在热释光.
2.2紫晶
从图5可以看出,天然紫晶样品没有热释光
现象,加热后其颜色不变,仍为紫色.合成紫晶样
品的热释光图谱(图6)显示其均有发光峰出现,
但发光强度不大,最高光子计数低于400.以所
测的3个样品为例,其图谱变化无规律性:样品2—
6在约8O?时有发光峰,样品2-5在约115?时有
较大的发光峰,样品2—4则在约85?时有发光峰,
加热后其颜色不变,仍为紫色.
L=::二::==二::=:二==二二:二:二::=:::::s
.如
(器.(勰)50().)4s0(撇
图5天然紫晶样品的热释光特征图谱
Fig.5CharacteristicTIspectraof
naturalamethystsamples
.50
(
50
(勰)50()如()50(
图6合成紫晶样品的热释光特征图谱
Fig.6CharacteristicTLspectraof
syntheticamethystsamples
天然紫晶的晶体结构中存在EFeO]空穴
型色心,与天然水晶一样,形成后接受自然界长期
且微弱的辐射作用,理论上可以形成一些储能电
子.但在试验中未测到其光子释出,这可能是
Fe件抑制了发光作用.典型的合成紫晶的生长
方法是将Fe.离子引入无色水晶晶体,再通过辐
照处理形成[FeO]空穴型色心.在此过程中,
除了EFeO]一之外,还会造成其它的晶格缺陷,
形成储能电子,加热后会使这些电子迁回基态并
释放出能量,发出可见光.由于Fe抖离子具有强
烈的抑制发光作用,故合成紫晶虽然有热释光现
象,但其强度微弱.
23茶晶
天然茶晶样品的热释光图谱(图7)显示,其图
谱基本平直,没有热释光现象;加热后其颜色不变,
仍为茶色.合成茶晶样品的热释光很强(图8),
有1,3个发光峰,其中2个发光峰比较稳定,分
别位于90?和150?,样品加热600S(约190?)
后发生退色现象,成为无色水晶.
:
.
0..
:::__=:.:..丛
.
(
.
(勰)(勰).()(勰
图7天然茶晶样品的热释光特征图谱
Fig.7CharacteristicTLspectraof
naturaltea—quartzsamples
图8合成茶晶样品的热释光特征图谱
Fig.8CharacteristicTLspectraof
synthetictea—’quartzsamples
34宝石和宝石学杂志2009生
对合成茶晶样品2—8加热到120S(约70~C)
后停止加热,继续测量样品的热释光,得到其热释
光图谱(图9),避免了样品的退色.
图9合成茶晶样品2—8加热
120S后的热释光特征图谱
Fig.9CharacteristicTLspectrumofsynthetic
tea—quartzsample2-8afterheatedfor120s
天然茶晶在生长过程中,接受自然界长期且
微弱的辐射作用,理论上与天然水晶一样可以形
成一些储能电子.但在试验中没有测到其光子释
出,这可能是A1”抑制了发光作用.合成茶晶采
用水热法生长而成,把Al抖引入无色水晶晶体,
再通过辐照处理成为茶色.在短时间大剂量的辐
照处理过程中,除了形成Al抖色心外,还会形成
其它的晶体缺陷,形成许多储能电子,在加热时产
生热释光.同时,Al.抑制发光作用较Fe件弱得
多,所以合成茶晶能形成强烈的热释光.
合成茶晶色心的稳定性不高,加热低于7O?
时,色心没被破坏,仍为茶色;但加热超过150?
时就会被完全破坏,使其茶色退为无色.
3结论
笔者运用组装的热释光光谱装置测量了天然
与合成水晶,茶晶,紫晶样品的热释光特征图谱.
通过对比其热释光图谱,得到以下结论:
1.天然水晶样品有较弱的热释光,而合成水
晶样品则无热释光;天然茶晶样品无热释光,而合
成茶晶样品的热释光强烈;天然紫晶样品无热释
光,而合成紫晶样品有弱热释光;
2.热释光光谱测试技术可用于区分天然与合
成水晶,紫晶和茶晶;
3.在测试茶晶样品时要注意:合成茶晶样品
的色心不稳定,加热过高(190?)会导致其颜色消
失,所以需用低温(不宜超过70?)加热.
参考文献:
[1]陈淑娥,李虎侯,庞奖励.释光测年的研究简史及研究现状
[J].西北大学,2003,33(2):209—212.
[2]MckeeverSWS.固体热释光[M].蔡干钢,吴方,王所亭
译.北京:原子能出版社,1993.
[3]李虎侯.热释光断代[M].香港:科学家出版社,1999.
亚洲珠宝联合会
2000年以来,亚洲各国珠宝业同仁商讨要成
立亚洲珠宝联合会,经过长期酝酿,由中国大陆的
李劲松,中国香港的卢益新,中国台湾的许伦华,
陈瑞林,林林昌,林金銮和泰国的方野,缅甸的王
淑琴及日本,韩国,新加坡,越南,柬埔寨等国家和
地区的珠宝专家与着名人士发起,经中华人民共
和国澳门特别行政区政府海岛公证署于2002年
12月13日批准成立,登记编号为Registdasobon
CNI20021216-008;亚洲珠宝联合会章程文本自
2002年12月13日起存放于澳门特别行政区政
府海岛公证署,并由该署在澳门特别行政区公报
上公布了亚洲珠宝联合会证明书及其章程,注册
法人代表为李劲松,亚洲珠宝联合会总部暂设在
澳门北区菜圆路261号,并完成了相应的办事机
构,办公地址和银行帐户等注册登记手续.
亚洲珠宝联合会成立后,经过一年多的筹备,
在中国轻工业联合会中国轻工珠宝首饰中心的指
导与支持下,由中国国际技术智力合作公司承办,
于2003年10月8日由国家经贸会批示,北京对
外经济贸易委员会批准建立,成立了亚洲珠宝联
合会北京代表处(批准证书文号:京澳设B03—
124号),首席代表为李劲松.2004年3月25日
由中华人民共和国国家工商行政管理总局批准颁
发了外国(地区)企业常驻代表机构登记证(注册
号:企外京驻字第13008号;编号:N00084717).
随即由北京市质量监督局颁发了中华人民共和国
组织机构代码证(代码号:76090074—9);国家海关
办理了报关证;国家外汇管理局北京外;12管理部
批准了外汇帐户备案登记;交通银行北京分行批
准设立了外汇和人民币帐号;北京市公安局发给
了驻京机构备案登记证;由于亚洲珠宝联合会北
京代表处是一个非盈利社团组织,国家税务局批
准发给了免税证.至此,一共取得了国家及部委
批准的9个证书,一切法律手续完备,2004年5
月29日在北京人民大会堂湖南厅召开了新闻发
布会,宣布亚洲珠宝联合会北京代表处正式成立,
其代表机构设在西城区阜外大街乙22号中国轻
工联合会大楼3楼342室;办公地点设在北京市
西直门北大街47号院2号楼1单元16l室.
沈才卿报道
2009—0l_19