GB/T 42645-2023 珠宝玉石鉴定 紫外-可见吸收光谱法

　　ICS 39 . 060 CCS D 59

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 42645—2023

　　珠宝玉石鉴定 紫外-可见吸收光谱法

　　Gems testing—ultraviolet-visible absorbtion spectroscopy

　　2023-05-23 发布 2023-12-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 42645—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 方法原理 2

　　5 仪器设备 2

　　5 . 1 仪器 2

　　5 . 2 仪器组成 2

　　5 . 3 仪器工作条件 2

　　5 . 4 仪器性能验证 2

　　6 样品 2

　　6 . 1 样品要求 2

　　6 . 2 测试前准备 2

　　7 测试步骤 3

　　7 . 1 开机 3

　　7 . 2 选择测试方法 3

　　7 . 3 设置测试参数 3

　　7 . 4 扣除背景 3

　　7 . 5 样品测试 3

　　7 . 6 图谱记录及分析 3

　　8 紫外-可见吸收光谱分析 3

　　8 . 1 参照光谱法 3

　　8 . 2 特征吸收谱峰法 3

　　8 . 3 注意事项 4

　　9 结果表示 4

　　附录 A (资料性) 紫外-可见光谱仪的验证 5

　　A. 1 技术要求 5

　　A. 2 验证方法 5

　　A. 3 验证周期 5

　　附录 B (资料性) 珠宝玉石品种紫外-可见吸收光谱图 6

　　B. 1 关于收录图谱的说明 6

　　B. 2 主要珠宝玉石品种紫外-可见吸收光谱图 6

　　B. 2 . 1 钻石 6

　　B. 2 . 2 红宝石 13

　　B. 2 . 3 蓝宝石 14

　　I

　　GB/T 42645—2023

　　B. 2 . 4 金绿宝石 18

　　B. 2 . 5 变石 18

　　B. 2 . 6 祖母绿 19

　　B. 2 . 7 绿柱石 22

　　B. 2 . 8 碧玺 24

　　B. 2 . 9 尖晶石 25

　　B. 2 . 10 水晶 27

　　B. 2 . 11 锆石 28

　　B. 2 . 12 托帕石 30

　　B. 2 . 13 橄榄石 31

　　B. 2 . 14 石榴石 31

　　B. 2 . 15 长石 34

　　B. 2 . 16 方柱石 35

　　B. 2 . 17 柱晶石 35

　　B. 2 . 18 黝帘石(坦桑石) 36

　　B. 2 . 19 堇青石 37

　　B. 2 . 20 楣石 38

　　B. 2 . 21 磷灰石 38

　　B. 2 . 22 辉石 39

　　B. 2 . 23 矽线石 40

　　B. 2 . 24 赛黄晶 41

　　B. 2 . 25 翡翠 41

　　B. 2 . 26 软玉(和田玉) 45

　　B. 2 . 27 欧泊 47

　　B. 2 . 28 玛瑙 48

　　B. 2 . 29 石英岩玉 48

　　B. 2 . 30 查罗石 49

　　B. 2 . 31 蔷薇辉石 50

　　B. 2 . 32 绿松石 50

　　B. 2 . 33 独山玉 51

　　B. 2 . 34 青金石 52

　　B. 2 . 35 孔雀石 52

　　B. 2 . 36 大理石 53

　　B. 2 . 37 苏纪石 53

　　B. 2 . 38 萤石 54

　　B. 2 . 39 葡萄石 54

　　B. 2 . 40 方钠石 55

　　B. 2 . 41 菱锰矿 56

　　B. 2 . 42 珍珠 56

　　B. 2 . 43 珊瑚 60

　　附录 C (资料性) 主要致色元素与常见珠宝玉石紫外-可见特征吸收峰对应表 62

　　参考文献 63

　　Ⅱ

　　GB/T 42645—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中华人民共和国 自然资源部提出 。

　　本文件由全国珠宝玉石标准化技术委员会(SAC/TC298)归口 。

　　本文件起草单位:国家珠宝玉石首饰检验集团有限公司 、山东省计量科学研究院 、安徽省地质实验研究所(国土资源部合肥矿产资源监督检测中心) 、四川省产品质量监督检验检测院 、广东省珠宝玉石及贵金属检测中心 、同济大学 。

　　本文件主要起草人:苏隽 、朱红伟 、张钧 、宋中华 、戴慧 、戴苏兰 、王铎 、周征宇 、李海波 、程佑法 、陈晓明 、周丹怡 、王枫 、罗琴凤 、金晓婷 、马婷婷 、张安 、徐速 、李婷 、郭连巧 、吕洁然 、李博文 、山广祺 。

　　Ⅲ

　　GB/T 42645—2023

　　珠宝玉石鉴定 紫外-可见吸收光谱法

　　1 范围

　　本文件描述了使用紫外-可见吸收光谱法鉴定珠宝玉石的方法原理 、仪器设备 、样品 、测试步骤 、光谱分析和结果表示。

　　本文件适用于借助紫外-可见吸收光谱对有特征吸收的珠宝玉石进行鉴定。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 8322 分子吸收光谱法 术语

　　GB/T 13966 分析仪器术语

　　GB/T 16552 珠宝玉石 名称

　　GB/T 16553 珠宝玉石 鉴定

　　3 术语和定义

　　GB/T 16552 、GB/T 16553 、GB/T 13966 、GB/T 8322 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1

　　紫外-可见吸收光谱 ultraviolet-visible absorbtion spectra;Uv-vis

　　在紫外-可见波段电磁波的辐射下 , 珠宝玉石内部质点(原子 、离子或分子)的价电子对特定波长的光(能量)产生选择性吸收 , 并在相应的电子能级间发生跃迁而形成的光谱。

　　3.2

　　色心 color center

　　珠宝玉石中对紫外-可见光产生选择性吸收 , 使珠宝玉石呈现颜色的晶格缺陷。 3.3

　　致色元素 chromophore element

　　导致珠宝玉石呈现颜色的各种化学元素。

　　注 : 主要为过渡金属元素(离子) , 次要为稀土及放射性元素。 3.4

　　积分球 integrating sphere

　　一个内壁涂有白色漫反射材料 , 内壁各点漫反射均匀的中空的球壳。 3.5

　　积分球漫反射法 integrating sphere diffuse reflection method

　　利用积分球附件接收样品的漫反射光信号 , 由此获得样品紫外-可见吸收光谱的一种方法。 3.6

　　吸光度 absorbance

　　入射光强度与透射光强度比值的以 10 为底的对数 , 可用 A表示。

　　1

　　GB/T 42645—2023

　　[来源: GB/T 6040—2019 , 3 . 2 , 有修改] 3.7

　　参照样品 reference sample

　　用于对比分析的 , 已明确珠宝玉石品种 、天然或人工属性 、优化处理 、产地等信息 , 且具特征紫外-可见吸收的样品 。

　　4 方法原理

　　根据珠宝玉石的紫外-可见吸收光谱中吸收峰的位置 、吸收强度等特征 , 对其组分进行定性 、半定量分析 , 可为鉴定天然与合成宝石 、天然与优化处理宝石 、宝石产地 , 研究宝石致色机理等提供信息和依据 。

　　5 仪器设备

　　5 . 1 仪器

　　紫外-可见光谱仪 。

　　珠宝玉石鉴定用紫外-可见光谱仪常配有积分球装置 , 测试范围通常为 220 nm~1 000 nm 。

　　5 . 2 仪器组成

　　主要由光源系统 、样品室 、分光检测系统 、控制与数据处理系统组成 。

　　5 . 3 仪器工作条件

　　仪器正常工作满足以下条件:

　　a) 环境适宜温度: 5 ℃ ~35 ℃ ;

　　b) 仪器应置于平稳工作台上 , 不应有强光 、强气流 、强烈振动和强电磁干扰 。

　　5 . 4 仪器性能验证

　　应定期对紫外-可见光谱仪的性能进行验证 , 必要时进行校准 。珠宝玉石用紫外-可见光谱仪的验证可参见附录 A进行 。

　　6 样品

　　6 . 1 样品要求

　　6 . 1 . 1 样品宜具有较光滑表面 。

　　6 . 1 . 2 样品大小 、性状等应符合仪器测试要求 。

　　6 . 2 测试前准备

　　6 . 2 . 1 测试前应对样品表面进行清洁 , 避免样品污染对测试结果造成干扰 。

　　6 . 2 . 2 测试前应对样品进行观察 , 避免测试结果受表面涂层 、配镶宝石 、金属托颜色等干扰 。

　　2

　　GB/T 42645—2023

　　7 测试步骤

　　7 . 1 开机

　　按仪器说明书或仪器操作规程要求顺序开机,预热。

　　7 . 2 选择测试方法

　　根据样品状态选择相应测试方法 :

　　a) 透射法:适用于薄至中等厚度 、表面较光滑 、透明至半透明样品,具有两个平行面者最佳 ;

　　b) 反射法:适用于表面较平滑的透明至不透明样品(可选配积分球装置或光纤装置) 。

　　7 . 3 设置测试参数

　　根据样品状态 、测试要求 、仪器配置,设置波长范围 、狭缝宽度 、采样间隔 、积分时间等参数条件。

　　7 . 4 扣除背景

　　根据仪器说明或操作规程扣除测试背景。

　　7 . 5 样品测试

　　将样品置于样品室中的样品光路中,使整个光束透过样品或完全照射在样品的表面上,如果某些光束通过处没有样品或照射到样品表面以外区域,则应设法遮住这部分光,以免漏光使谱图畸变。

　　调整样品测试角度和仪器测试参数条件,以获得最佳图谱。

　　7 . 6 图谱记录及分析

　　记录 、存储图谱,进行光谱图分析。

　　8 紫外-可见吸收光谱分析

　　8 . 1 参照光谱法

　　8 . 1 . 1 建立参照样品图谱库

　　采用适宜的测试方法和条件,对样品的紫外-可见吸收光谱进行采集,建立一套参照样品图谱库。主要珠宝玉石品种紫外-可见吸收光谱图参见附录 B。

　　8 . 1 . 2 待测样品数据采集比对

　　按照参照样品图谱同样的测试方法和条件对待测样品的紫外-可见吸收光谱进行采集,将待测样品的光谱与谱库中的参照图谱进行对比分析,以获取鉴定信息。

　　8 . 2 特征吸收谱峰法

　　8 . 2 . 1 珠宝玉石致色元素,例如铁(Fe) 、铬(Cr) 、稀土元素等具特征紫外-可见吸收谱峰,可辅助对宝石样品紫外-可见吸收谱图进行归属指认,以获取鉴定信息。 主要致色元素与常见珠宝玉石紫外-可见吸收光谱参见附录 C。

　　3

　　GB/T 42645—2023

　　8 . 2 . 2 样品状态相似的同种珠宝玉石特征吸收峰强度与颜色饱和度可呈正相关性(参见图 B. 14) , 通过建立标准工作曲线 , 进行半定量分析 。

　　8 . 3 注意事项

　　8 . 3 . 1 珠宝玉石紫外-可见吸收光谱主要为珠宝玉石的成因属性及致色机理分析提供信息或依据 , 不能单凭紫外-可见吸收光谱数据来鉴定未知宝石 。

　　8 . 3 . 2 谱图分析时应综合考虑吸收峰的波长位置 、数目 、峰形及相对吸收强度 。

　　8 . 3 . 3 样品的厚度 、透明度等对吸收强度有影响 。

　　8 . 3 . 4 同一样品受结晶取向影响 , 不同方向的紫外-可见吸收光谱可能存在差异 , 具有多色性的宝石尽可能从不同结晶方向采集数据 。

　　8 . 3 . 5 测试方法 、条件和仪器特性的微小变化均可能会引起光谱图差异 , 甚至不同时间获得的光谱图也可能出现峰位和峰强上的差异 。

　　8 . 3 . 6 仪器探测器在低温条件下有助于提升谱图分辨率 , 对样品制冷有助于降低热致发光对谱图的干扰 , 一般来说 , 在低温条件下采集光谱能使宝石图谱效果更佳 , 但需考虑样品受损可能性 。

　　8 . 3 . 7 样品中致色元素质量分数的差异可能导致光谱产生红移(光谱吸收峰向长波长方向偏移)或蓝移(光谱吸收峰向短波长方向偏移) 。

　　9 结果表示

　　9 . 1 谱图:横坐标为波长(nm);纵坐标通常为吸光度(absorbance , A) 、反射率(reflectivity)等 。

　　9 . 2 实测光谱数据用波长值表示 , 单位为纳米(nm) , 是该谱峰的近似中间值 。

　　9 . 3 紫外-可见吸收光谱的测试方法结果表示为“ 具有 × × nm 吸收峰”, 吸收宽峰可用 × × nm ~ × × nm表示 。

　　9 . 4 样品太小等原因不易测定紫外-可见吸收光谱时 , 表示“不可测”。

　　9 . 5 必要的测试信息 , 可包括但不限于:

　　a) 测试日期 ;

　　b) 测试者姓名 ;

　　c) 样品编号 ;

　　d) 测试方法 ;

　　e) 测试条件 。

　　4

　　GB/T 42645—2023

　　附 录 A

　　(资料性)

　　紫外-可见光谱仪的验证

　　A. 1 技术要求

　　A. 1 . 1 外观

　　仪器上应有仪器名称 、型号规格 、制造厂 、出厂日期和出厂编号等标志;所有部件连接良好,指示灯工作正常 。

　　A. 1 . 2 技术指标参考要求

　　珠宝玉石鉴定用紫外-可见光谱仪的技术指标要求可参见表 A. 1 。

　　表 A. 1 主要验证项目及参考技术指标

　　单位为纳米

　　验证项 目

　　技术指标

　　测量范围

　　200~1 000

　　波长准确性

　　±2

　　波长重复性

　　≤1

　　A. 1 . 3 验证用标准物质

　　譜钕玻璃滤 光 片 , 吸 收 峰 参 考 波 长 值 : 431 . 3 nm 、513 . 7 nm 、529 . 8 nm 、572 . 9 nm 、585 . 8 nm 、 739 . 4 nm 。

　　A. 2 验证方法

　　A. 2 . 1 外观

　　目测检查仪器外观是否符合 A. 1 . 1 要求 。

　　A. 2 . 2 波长准确性和重复性

　　按照仪器使用操作规程重复测试标准物质 3 次,按公式(A. 1)和公式(A. 2)计算标准物质每个特征峰波长准确度(Δλ)和标准物质每个特征峰波长重复性(δλ) ;

　　Δλ = λ — λ r …………………………( A. 1 )

　　式中 :

　　λ — 波长测量的平均值,单位为纳米(nm) ;

　　λ r — 波长标准值,单位为纳米(nm) 。

　　δλ = λ max — λ min …………………………( A. 2 )

　　式中 :

　　λ max — 3 次测量值中的最大值,单位为纳米(nm) ;

　　λ min — 3 次测量值中的最小值,单位为纳米(nm) 。

　　A. 3 验证周期

　　紫外-可见光谱仪验证周期为 1 年 。仪器经修理或发现测量结果可疑时,随时进行验证 。

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　　GB/T 42645—2023

　　附 录 B

　　(资料性)

　　珠宝玉石品种紫外-可见吸收光谱图

　　B. 1 关于收录图谱的说明

　　B. 1 . 1 绝大多数收录图谱采用配有积分球的宝石紫外-可见光谱仪采集 , 测试方法为积分球漫反射法 ,谱图范围一般为 220 nm~1 000 nm 。

　　B. 1 . 2 收录图谱仅用于比对及参考 , 收录图谱为所测参照样品的实测谱图 , 并不一定与该类别珠宝玉石具有完全对应关系 , 图中标示的吸光度值也仅为该参照样品实测值 。

　　B. 1 . 3 宝石品种的说明为该类别珠宝玉石常见特征吸收峰及简要说明 , 仅为 目前研究现状下相对成熟或最常见的鉴定特征数据 , 参照样品实测值与理论值可能存在一定差异 。

　　B. 1 . 4 若无特别说明 , 本文件中的宝石名称仅指示其材料属性 , 无成因倾向 。如:“钻石”仅代表碳原子组成的等轴晶系晶体材料 , 其成因可能是天然形成的 , 也可能是人工制造的 , 或经过优化处理的 。

　　B. 2 主要珠宝玉石品种紫外-可见吸收光谱图

　　B. 2 . 1 钻石

　　B. 2 . 1 . 1 绝大多数天然 I a 型开普(cape)系列钻石 , 可见 N2 和 N3 心在可见光区产生的 478 nm 、 462 nm 、452 nm 和 415 nm 吸收峰 , 见图 B. 1 。

　　图 B. 1 I a型开普(cape)系列淡黄色天然钻石的紫外-可见吸收光谱图

　　B. 2 . 1 . 2 钻石中与辐照退火或高温有关的 H3 和 H4 色心 、595 nm 缺陷 , 在可见光区产生相应的503 . 2 nm和 496 nm 、595 nm 吸收峰 , 见图 B. 2 、图 B. 3 。

　　6

　　GB/T 42645—2023

　　图 B. 2 辐照退火处理天然 I aA型钻石的紫外-可见吸收光谱图(液氮温度下测试)

　　图 B. 3 辐照退火处理的天然 I aB型钻石的紫外-可见吸收光谱图(液氮温度下测试)

　　B. 2 . 1 . 3 钻石中无任何缺陷或缺陷含量很少时,可见 225 nm 吸收峰,见图 B. 4 。

　　7

　　8

　　GB/T

　　

　　42645—2023

　　

　　图 B. 4 无色天然 "a型(不含氮或含极少的氮)无色钻石的紫外-可见吸收光谱图(液氮温度下测试)

　　B. 2 . 1 . 4 大量的孤氮原子产生 400 nm~550 nm 逐渐增强的吸收,见图 B. 5 。

　　图 B. 5 天然 I b 型(含孤氮原子)黄色钻石的紫外-可见吸收光谱图B. 2 . 1 . 5 钻石中含硼原子时,产生从紫外到近红外区逐渐增强的吸收,见图 B. 6 。

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　　图 B. 6 天然 " b 型(含少量硼原子)钻石的紫外-可见吸收光谱图B. 2 . 1 . 6 某些天然橙黄色或黄色钻石在可见光区产生 480 nm 吸收宽峰,见图 B. 7 。

　　图 B. 7 天然橙黄色钻石的紫外-可见吸收光谱图

　　B. 2 . 1 . 7 含孤氮原子的钻石经辐照退火处理可以产生(N-v)色心,使钻石呈粉紫色或紫红色,在可见光区产生 575 nm 和 637 nm 的吸收峰,见图 B. 8 。

　　9

　　GB/T 42645—2023

　　图 B. 8 辐照退火处理的粉色钻石的紫外-可见吸收光谱图(液氮温度下测试)

　　B. 2 . 1 . 8 钻石塑形变形产生的 550 nm 吸收宽峰,是天然钻石呈粉色和褐色的主要原因,见图 B. 9 。

　　图 B. 9 天然粉色钻石的紫外-可见吸收光谱图

　　B. 2 . 1 . 9 化学气相层积法(CVD)合成钻石中常见(si-V)缺陷,在近红外区可产生 737 nm 和 946 nm 吸收峰,见图 B. 10 。

　　10

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　　图 B. 10 CVD合成钻石的紫外-可见吸收光谱图(液氮温度下测试)

　　B. 2 . 1 . 10 钻石在高温高压环境下,可产生 H2 和 H3 缺陷,分别在可见光区 503 . 2 nm 处以及近红外区986 nm处产生吸收峰,见图 B. 11 。

　　图 B. 1 1 高温高压处理黄绿色钻石的紫外-可见吸收光谱图(液氮温度下测试)

　　B. 2 . 1 . 1 1 钻石经过高能射线照射,会形成空穴,产生 GR1 色心,在近红外区 741 nm 处产生吸收峰,见图 B. 12 。

　　11

　　12

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