绿松石宝石学特征分析方法、介质、计算机设备及应用

1.本发明属于绿松石特征分析技术领域，尤其涉及一种绿松石宝石学特征分 析方法、介质、计算机设备及应用。


背景技术：

2.目前，绿松石作为古老的玉石品种，在国内外市场一直享有盛名，并且它 的使用和佩戴历史非常悠久。随着近几年来市场营销手段的炒作，绿松石在珠 宝市场上更加活跃了起来，也随之出现了很多优化处理过的绿松石试图鱼目混 珠，以次充好。
3.绿松石的优化处理主要是对于绿松石颜色、光泽和致密度的改善，具体可 以分为有机物充填和无机物充填两类。有机物充填多使用丙烯酸酯类聚合物及 环氧树脂的胶黏剂等。环氧树脂和聚丙烯酸酯类树脂均属于热固性树脂，鉴别 这类有机充填的绿松石主要是依靠红外光谱的特征。据前人的研究发现不同的 丙烯酸酯类树脂其红外光谱各不相同，但这类树脂的红外光谱共同特征是位于 1730cm
‑1附近的羰基(c＝o)的伸缩振动吸收峰为其红外光谱中的最强峰，红外 光谱和热解分析技术的应用可以揭示各种“绿松石”样品的真实成分。
4.前几年出现的有机硅充填物，就是业内在高分子结合剂之外的一种新的尝 试，并有效规避了实验室判定有机物充填的几个特征红外吸收谱带。最初的确 给绿松石鉴定带来了一些困难。但是随着鉴定方法的进步，有机充填绿松石的 检测不再是难题，再加上有机硅充填效果一般，最终没有大量在市场上出现。 而其余的有机物充填绿松石非常容易被检测出来，因此业内始终没有停止过对 新型充填物的研制工作。目前市场上最新出现的“加瓷”处理绿松石的方法分 为两种，一种是磷酸盐充填，另一种是用硅酸盐充填。“加瓷”处理是使用无 机结合剂充填绿松石孔隙的处理方法，通常使用磷酸盐结合剂或硅酸盐结合剂 作为充填物，经过“加瓷”处理的绿松石常表现出较好的质地，充填效果更好， 更真实。同时，也可以规避大型仪器的检测。发明人对于绿松石的各种优化处 理方法研究进行了分析，发现磷酸盐结合剂处理的绿松石外观与天然的绿松石 极为相似，利用常规的宝石学的测试方法较难区分。因此，亟需一种新的绿松 石宝石学特征分析方法。
5.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：磷酸盐结合剂处理的绿松 石外观与天然的绿松石极为相似，利用常规宝石学的测试方法较难区分，且目 前市场上出现的磷酸盐结合剂处理的绿松石，在市场上均作为原矿销售，侵害 了消费者权益。
6.解决以上问题及缺陷的难度为：目前行业内有关磷酸盐结合剂处理的绿松 石鉴别的指导性文献较少，鉴别的方法有待完善，磷酸盐结合剂处理方法不同 于以往的利用有机物处理的方法，而是使用与绿松石化学成分相近的无机结合 剂进行处理，通过行业内常用的常规宝石学方法测试、激光拉曼光谱测试、红 外吸收光谱和紫外
‑
可见吸收光谱均不可鉴别。
7.解决以上问题及缺陷的意义为：找到无损鉴别磷酸盐结合剂处理绿松石的 有效方法和关键技术，对鉴别此类方法处理的绿松石以及规范绿松石市场均具 有重要的理论
和实际意义。将研究成果向相关质检站、研究领域进行推广宣传， 为绿松石鉴定体系和珠宝行业做出贡献。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种绿松石宝石学特征分析方法、 介质、计算机设备及应用。
9.本发明是这样实现的，一种绿松石宝石学特征分析方法，所述绿松石宝石 学特征分析方法包括：采用天然绿松石和使用磷酸盐作为结合剂处理的绿松石 原石作为样本，使用常规宝石学仪器、红外光谱仪、紫外可见分光光度计，x 射线荧光光谱仪对磷酸盐结合剂处理的绿松石的宝石学性质、化学成分组成特 征以及振动光谱特征进行系统的分析。
10.进一步，所述绿松石宝石学特征分析方法包括：
11.对样品使用x射线荧光光谱仪，对样品主量元素进行测试，采用的仪器是 edx
‑
7000能量色散型x射线荧光色散型光谱仪，配置铑(rh)靶x
‑
射线管和 mypcd荧光探测器，准直器3
‑
5mm，使用准直器mylar迈拉膜。测试前对使用 的仪器进行能量矫正，真空条件，测试使用绿松石工作曲线，将水归一化，主 量氧化物的含量总和近100％。
12.对样品主量元素进行测试可知：利用磷酸盐结合剂处理的绿松石有较高的 磷铝比可将其与天然绿松石进行有效鉴别。
13.进一步，所述红外光谱测试分析实验使用的仪器型号为vertex80型红外 光谱仪。测试样品方法采用的是反射法；并且进行分段测试，扫描范围分别为： 4000
‑
2000cm
‑1和2000
‑
400cm
‑1，检测器为dtgs，扫描次数为16次或32次， 分辨率为4cm
‑1，基于测试结果进行k
‑
k转换及基线调整，归纳出相应红外吸收 光谱图。
14.进一步，所述紫外可见光分光光度计测试实验使用的仪器型号为日本岛津 uv
‑
3000紫外可见分光分度计，测试范围200
‑
1200nm，采用反射配件，测定方 式为反射率，扫描速度为高速，将所测数据整理画图并且分析。通过紫外可见 光谱分析图谱可知：因绿松石颜色不同位置峰值稍有偏移但整体趋势相对一致， 可以得出在磷酸盐结合剂处理绿松石的工艺过程中，并没有加入染色剂。
15.本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产 品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施 所述的绿松石宝石学特征分析方法。
16.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所 述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的绿松石宝石学特征分析方法。
17.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终 端用于实现所述的绿松石宝石学特征分析方法。
18.本发明的另一目的在于提供一种绿松石特征分析方法，所述绿松石特征分 析方法使用所述的绿松石宝石学特征分析方法。
19.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提 供的绿松石宝石学特征分析方法，选取5个天然绿松石和9个磷酸盐结合剂处 理的绿松石为研究对象，使用常规宝石学仪器、红外光谱仪、紫外可见分光分 度计、x射线荧光光谱仪对磷酸盐结合剂处理的绿松石的宝石学性质、化学成 分组成特征以及振动光谱特征进行了系统
的研究和分析。
20.由于对磷酸盐结合剂处理的绿松石的研究较少，本发明的主要样本是磷酸 盐结合剂处理的绿松石，通过对磷酸盐结合剂处理的绿松石的常规宝石学测试 及各种谱学特征的分析，可以更加全面的总结磷酸盐结合剂处理的绿松石的宝 石学特征，为天然和磷酸盐结合剂处理的绿松石的鉴别提供科学依据。
21.本发明研究结果显示，磷酸盐结合剂处理的绿松石和天然绿松石在宝石学 性质上近于一致，均为隐晶质结构，蜡状
‑
玻璃光泽，有黑色或白色团块状色斑， 分布有铁线；紫外荧光灯下天然绿松石的荧光常为惰性，而经磷酸盐结合剂处 理绿松石部分可显示沿着表面微裂隙分布的蓝白色荧光；致密度较差的样品相 对密度较小，一般在2.37以下，而致密度高的样品相对密度较大，在2.70以上； 磷酸盐结合剂处理的绿松石的相对密度平均值为2.38低于天然绿松石的相对密 度的平均值(2.61)。使用x射线荧光光谱仪对样品的成分进行测试分析，发现 磷酸盐结合剂处理的绿松石的主要成分与天然绿松石类似，以cuo、al2o3和 p2o5为主，并有一定量的feo、zno、k2o和cao。磷酸盐结合剂处理的绿松 石样品al2o3的含量基本在35％以下，略低于天然绿松石中al2o3含量 (34.49％
‑
39.91％)，而磷酸盐结合剂处理的绿松石中p2o5的含量在 42.32％
‑
53.46％，整体略高于天然绿松石(41.75％
‑
44.05％)；磷酸盐“加瓷”处 理绿松石的磷铝比为1.47
‑
2.10，普遍高于天然绿松石(1.16
‑
1.48)，因此利用磷 酸盐结合剂处理的绿松石有较高的磷铝比可将其与天然绿松石进行有效鉴别。 样品的红外吸收光谱和紫外可见光谱研究显示，磷酸盐结合剂处理的绿松石与 天然绿松石的红外和紫外光谱特征趋于一致。本发明可以得到以下结论：
22.(1)天然的绿松石样品紫外荧光大都表现为惰性，而使用磷酸盐结合剂处 理的部分绿松石沿着表面裂隙会产生蓝白色荧光，由此可以作为磷酸盐结合剂 处理绿松石的一项重要的辅助性鉴别特征；磷酸盐结合剂处理的绿松石的相对 密度平均值为2.38，低于天然绿松石的相对密度的平均值(2.61)。
23.(2)xrf测试结果显示：磷酸盐结合剂处理的绿松石的p2o5含量略高于天 然绿松石，基本在48％附近，最高可达53.46％，磷酸盐“加瓷”处理绿松石的磷 铝比为1.47
‑
2.10，普遍高于天然绿松石(1.16
‑
1.48)，因此利用磷酸盐结合剂处 理具绿松石有较高的磷铝比可将其与天然绿松石进行有效鉴别。
24.(3)红外吸收光谱分析显示，天然绿松石与磷酸盐结合剂处理绿松石的红 外吸收光谱特征基本一致。
25.(4)紫外可见光谱分析显示，天然和磷酸盐结合剂处理的绿松石普遍可见 620
‑
750nm的吸收峰，并且在425nm可见到较为锐利的吸收峰。因颜色不同位置 稍有偏移但整体趋势相对一致，可以得出在磷酸盐结合剂处理绿松石的过程中， 并没有加入染色剂。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所 需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下 还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明实施例提供的部分天然与处理绿松石样品表面特征显微拍照 示意
图。
28.图2是本发明实施例提供的紫外荧光灯下的磷酸盐结合剂处理的绿松石p1 样本示意图。
29.图3是本发明实施例提供的绿松石样本的xrf数据散点图。
30.图4是本发明实施例提供的天然绿松石红外吸收光谱图。
31.图5是本发明实施例提供的磷酸盐结合剂处理的绿松石红外吸收光谱示意 图。
32.图6是本发明实施例提供的天然和磷酸盐结合剂处理的绿松石红外吸收光 谱对比图。
33.图7是本发明实施例提供的天然绿松石紫外可见光谱图。
34.图8是本发明实施例提供的磷酸盐结合剂处理的绿松石紫外可见光光谱示 意图。
35.图9本发明实施例提供的绿松石宝石学特征分析方法流程图。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
37.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种绿松石宝石学特征分析方法、 介质、计算机设备及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
38.如图9所示，本发明实施例提供的绿松石宝石学特征分析方法包括以下步 骤：
39.s101，采用天然绿松石和使用磷酸盐作为结合剂处理的绿松石原石为样本。
40.s102，使用常规宝石学仪器、红外光谱仪、x射线荧光光谱仪、紫外可见分 光光度计对磷酸盐结合剂处理的绿松石的宝石学性质、化学成分组成特征以及 振动光谱特征进行系统的分析。
41.本发明提供的绿松石宝石学特征分析方法业内的普通技术人员还可以采用 其他的步骤实施，本发明提供的绿松石宝石学特征分析方法仅仅是一个具体实 施例而已。
42.下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
43.本发明的绿松石的充填处理主要是对于绿松石颜色、光泽、致密度的改善， 具体可分为有机物充填和无机物充填这两大类。有机物充填物较多使用丙烯酸 酯类聚合物，环氧树脂的胶黏剂等。但有机物充填绿松石非常容易被检测出来， 因此业内始终没有停止过对新型充填物的研制工作。目前市场上最新出现的“加 瓷”处理的方法，通常使用磷酸二氢铝结合剂或硅酸钠结合剂作为充填物。
44.1、样品及实验部分
45.1.1磷酸盐结合剂处理的绿松石常规宝石学特征
46.本发明测试以及研究所选用天然及处理的绿松石共14颗，其中包括天然的 5颗，磷酸盐结合剂处理的绿松石9颗(见图1)。磷酸盐结合剂处理的绿松石 样品的颜色种类较多，包括蓝色、蓝绿色等。部分磷酸盐结合剂处理的绿松石 颜色分布不均匀，样品表面有明显的黑色细脉状铁线，14颗样品表面均显示为 亚玻璃光泽
‑
蜡状光泽(文中样品编号n开头为天然绿松石，p开头为磷酸盐结 合剂处理的绿松石)。
47.所有样品测试均在中国地质大学(武汉)珠宝实验室完成。本实验对样品 使用x射
线荧光光谱仪，并对其主量元素进行测试。采用的仪器是中国地质大 学(武汉)珠宝学院宝石研究室的edx
‑
7000能量色散型x射线荧光色散型光 谱仪，配置铑(rh)靶x
‑
射线管和mypcd荧光探测器，准直器3
‑
5mm，使用准直 器mylar迈拉膜。测试前对使用的仪器进行了能量矫正，真空条件，测试使用绿 松石工作曲线，将水归一化，其主量氧化物的含量总和近100％。
48.红外光谱测试分析实验使用的仪器型号为vertex80型红外光谱仪。测试 样品方法采用的是反射法。扫描范围：4000
‑
2000cm
‑1和2000
‑
400cm
‑1，检测器 为dtgs，扫描次数为16次或32次，分辨率为4cm
‑1，基于测试结果进行k
‑
k 转换及基线校正，归纳出相应红外吸收光谱图。
49.紫外可见分光光度计测试实验使用的仪器型号为日本岛津uv
‑
3000紫外可 见分光光度计，测试范围200
‑
1200nm，采用反射配件，测定方式为反射率，扫 描速度为高速，将所测数据整理画图并且分析。
50.2、结果
51.2.1磷酸盐结合剂处理的绿松石的基础宝石学特征
52.本发明主要从绿松石的颜色、光泽、透明度、折射率、相对密度、硬度、 荧光几个因素等方面对经过磷酸盐结合剂处理的绿松石常规宝石学特征进行了 研究。
53.本发明所采用的9块使用磷酸盐作为结合剂处理的绿松石原石样本，颜色 主要有蓝色、蓝绿色、淡蓝色及深绿色等，部分样品具有明显的过渡颜色，部 分样品保留有围岩。样品为亚玻璃到蜡状光泽，均不透明。大部分样品可见一 些黑色或斑点状的矿物以及细小黑褐色的细脉状铁线及色斑，部分样品的表面 可见一些不规则的斑点或块状的白色矿物纹理(见图1)。
54.利用静水称重法对样品的相对密度进行了测试。每个样品使用入水3秒后 立即读数的方法测试，测试结果表明：磷酸盐结合剂处理绿松石的相对密度范 围为2.30
‑
2.54，平均值为2.38，天然绿松石的密度范围为2.32
‑
2.90，平均值为 2.61。质地较差的绿松石密度较小，一般在2.37以下，致密度高的绿松石密度 较大，密度在2.70以上，具体密度数值见表1，结果表明：处理后的绿松石密 度小于同等外观品质的天然绿松石。
55.表1天然与处理的绿松石宝石学特征
56.[0057][0058]
紫外荧光灯下，天然绿松石样品在长波(365nm)及短波(254nm)下均显 示为惰性，磷酸盐结合剂处理的绿松石样品在长、短波下荧光也十分微弱，但 部分样品(如p1样品)会出现沿样品表面微裂隙分布有蓝白色荧光的异常现象。 以此可作为鉴别天然及处理绿松石的辅助性鉴别特征。
[0059]
2.2化学成分测试
[0060]
使用x射线荧光光谱仪对样品的成分进行测试分析，发现磷酸盐结合剂处理 绿松石的主要成分与天然绿松石类似，以cuo、al2o3和p2o5为主，并有一定量 的feo、zno、k2o和cao(见表2)。
[0061]
表2样品绿松石xrf测试数据
[0062][0063][0064]
磷酸盐结合剂处理的绿松石样品al2o3的含量基本在35％以下，略低于天然 绿松石中al2o3含量(34.49％
‑
39.91％)，而磷酸盐结合剂处理的绿松石中p2o5的 含量在
42.32％
‑
53.46％，整体略高于天然绿松石的含量(41.75％
‑
44.05％)，磷酸 盐结合剂处理的绿松石的磷铝比为1.47
‑
2.10，高于天然绿松石1.16
‑
1.48。绿松石 样本的xrf数据散点图见图3。
[0065]
2.3红外吸收光谱特征
[0066]
湖北天然绿松石的红外吸收光谱图(见图4)，在3500cm
‑1‑
3400cm
‑1附近出现 由氢键较强的羟基(al—oh)伸缩振动所导致的相对尖锐的吸收峰，而
‑
oh面外弯 曲振动位于840cm
‑1和790cm
‑1附近，在3300cm
‑1‑
3000cm
‑1区域产生的吸收峰是由 h2o伸缩振动所致，大致位于3309cm
‑1和3089cm
‑1附近，并且吸收峰较平缓，由 h2o所致的弯曲振动峰位于1648cm
‑1附近，吸收峰强度较弱。位于1500
‑
400cm
‑1的吸收峰是由[po4]基团的振动所致，900cm
‑1附近的伸缩振动吸收带较弱。位 于1118cm
‑1、1080cm
‑1非对称伸缩振动附近吸收较强，并且旁边常出现一些吸收 较弱的峰如1195cm
‑1、1014cm
‑1，在400
‑
800cm
‑1的区域位于489、561、591cm
‑1附近的吸收带吸收强度较强。
[0067]
经磷酸盐结合剂处理绿松石的红外吸收光谱如图5及图6，结果显示，磷酸 盐结合剂处理绿松石的红外吸收光谱主要表现为oh、h2o及[po4]的基团振 动峰，整体与天然绿松石的红外吸收光谱特征一致。
[0068]
2.4紫外可见光谱特征
[0069]
为了进一步分析天然和磷酸盐结合剂处理绿松石的致色离子差异，本发明 对天然及磷酸盐结合剂处理绿松石的样品分别进行紫外可见光分光光度计测试 分析。
[0070]
天然绿松石样品的紫外可见光谱如图7，天然绿松石样品在430nm附近均有 较强的吸收峰，主要由fe
3+
的d
‑
d电子跃迁所致；600
‑
800nm附近的宽缓吸收带归 因于cu
2+
的d
‑
d电子跃迁。
[0071]
磷酸盐结合剂处理绿松石的紫外可见光谱如图8，测试结果表明，磷酸盐结 合剂处理绿松石的紫外可见光谱主要表现为600
‑
800nm附近宽缓的吸收峰以及 425nm附近较为锐利的吸收峰，总体与天然绿松石的紫外可见光谱特征一致。说 明磷酸盐结合剂处理绿松石的主要致色元素为cu和fe，未添加其他染色剂，与 天然绿松石一致。
[0072]
3、结果
[0073]
(1)磷酸盐结合剂处理绿松石和天然绿松石在宝石学性质上近于一致，均 为隐晶质结构，具蜡状
‑
玻璃光泽，有黑色或白色团块状色斑，分布有铁线；磷 酸盐结合剂处理绿松石的相对密度平均值为2.38，低于天然绿松石的相对密度的 平均值(2.61)；紫外荧光灯下天然绿松石的荧光常为惰性，而经磷酸盐结合剂 处理的绿松石部分可显示沿着表面微裂隙分布的蓝白色荧光，此现象可作为磷 酸盐结合剂处理绿松石的一项重要的辅助性鉴别特征。
[0074]
(2)xrf测试结果显示：磷酸盐结合剂处理绿松石的p2o5含量略微高于天 然绿松石，基本在48％附近，最高可达53.46％。通过计算成分中磷和铝的比值， 得出磷酸盐“加瓷”处理绿松石的磷铝比为1.47
‑
2.10，普遍高于天然绿松石 (1.16
‑
1.48)，因此利用磷酸盐结合剂处理绿松石具有较高的磷铝比可将其与天 然绿松石进行有效鉴别。
[0075]
(3)天然绿松石与磷酸盐结合剂处理绿松石的红外吸收光谱特征基本一 致。
[0076]
(4)紫外可见光谱测试表明：天然和磷酸盐处理绿松石普遍可见600
‑
800nm 处宽缓的吸收带以及在425nm处的较为锐利的吸收峰。绿松石颜色不同，谱峰位 置稍有偏移但
整体趋势一致，说明在磷酸盐结合剂处理绿松石的过程中，未添 加染色剂。
[0077]
由于经过磷酸盐结合剂处理绿松石的光泽颜色硬度都较好，因此在珠宝市 场上通常被当作天然原矿绿松石进行售卖。目前，珠宝质检站鉴别绿松石及其 优化处理品主要通过红外吸收光谱测试，但由于经磷酸盐结合剂处理的绿松石 其红外吸收光谱和天然绿松石的红外吸收光谱相同，故红外吸收光谱无法对其 进行有效区分，给珠宝鉴定工作带来一定的困难。经过本研究，对天然绿松石 和磷酸盐结合剂处理绿松石进行对比分析，得出一系列主要和辅助的鉴别方法， 需要综合考虑磷酸盐结合剂处理的绿松石的荧光特征、化学成分特征，可将其 与天然绿松石进行有效鉴别。
[0078]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组 合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程 序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指 令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可 以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算 机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向 另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、 计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或 无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据 中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用 介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。 所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、 或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0079]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。