拉曼光譜助力珠寶玉石真假鑑定及珍珠生長機理研究——訪同濟大學...

　　璀璨耀眼的珠寶，讓人著迷，但是魚龍混雜的市場，又讓人望而卻步。那麼該如何有效快速科學鑑定珠寶呢?實際鑑定過程中會用到哪些現代技術?它們各自有什麼利弊?這其中，拉曼光譜在寶石鑑定中如何應用?它的優勢是什麼?未來的發展空間有多大呢?

　　日前，同濟大學寶石中心(TGI)與HORIBA科學儀器事業部舉行了合作實驗室的揭牌儀式。同濟大學寶石中心資深珠寶學術權威級專家亓利劍教授不僅為我們分享了拉曼光譜在寶石鑑定中的應用知識，還對其正在從事的珍珠生長機理研究課題做了詳細介紹。同時，周徵宇主任帶我們參觀了同濟大學寶石中心(TGI)，詳細介紹了作為一個國家級頂尖珠寶鑑定機構，TGI的發展歷程和日常運作情況。

同濟大學寶石中心(TGI)與HORIBA科學儀器事業部合作實驗室揭牌儀式現場合影

從左至右依次為：亓利劍教授、HORIBA科學儀器事業部中國區總經理濮玉梅女士、周徵宇博士

拉曼光譜在寶石鑑定中的應用

　　據亓利劍教授介紹，目前常規珠寶鑑定實驗室多用紅外光譜儀、寶石光譜儀，可以說這兩類儀器已經成為常規機構的基本配置，但是由於紅外光譜樣品製備較為複雜，而寶石光譜儀因其自身解析度低的局限，仍然存在無法對寶石成分進行有效鑑定的問題。這時，拉曼光譜技術作為一種微區無損分析技術，已被成功地應用於寶石學研究和寶石鑑定領域，更因其無需製備樣品、方便快捷的優勢獲得珠寶鑑定專家的肯定。

亓利劍教授與周徵宇博士在實驗室拉曼光譜儀前合影

　　亓利劍教授向我們介紹說 「利用拉曼光譜儀，可以迅速獲取寶石中成分、晶體結構、分子配位基結構等信息，從而鑑定寶玉石品種及真假鑑別；另外，通過對寶石包裹體成分進行分析，可以藉此判定寶石原產地及其是否經過人為處理；而通過測試寶石光致發光光譜(PL),還可以分析寶石的晶體缺陷及其原因等......可以說拉曼光譜相較於其他兩種常規檢測手段是一種非常有效的分析手段，而且發展空間非常巨大。」

　　介紹過程中，亓利劍教授也給大家進行了典型的案例分析：

　　案例一 金色珍珠和CaCO₃的拉曼譜圖

　　在金珠上除了碳酸鈣之外，還有類胡蘿蔔素存在，說明此金珠是天然的。

天然金色珍珠拉曼譜圖(藍色)和CaCO₃的拉曼譜圖(紅色)

　　案例二 綠柱石中的CO₂和水包裹體的拉曼成像圖

包裹體拉曼成像圖：從左至右分別是顯微圖像(藍色框為成像區域)、拉曼成像圖(紅、綠、藍分別代表CO₂、水和綠柱石，譜圖見下圖)、 CO₂強度分布圖和水的強度分布圖

 

包裹體各成分對應拉曼譜圖

拉曼光譜助力珍珠生長機理研究

　　除了珠寶玉石鑑定工作外，亓利劍教授目前也在研究珍珠層的生長過程。日本的珍珠長的非常好，而中國珍珠養殖要想趕超日本，首先得找出差異。亓教授向我們介紹說：「研究整個珍珠層的生長過程需要用到多種分析儀器，拉曼光譜在其中扮演著重要的角色，比如細胞團聚形成是蛋白質還是已經相變到無定型的碳酸鈣，或是已經進一步相變到無機礦物？最後形成的是文石、方解石還是球文石?這些問題都可以通過拉曼光譜儀來解決。」

　　下圖是珍珠截面的拉曼成像圖及對應的兩個特徵光譜圖。光從顯微圖像的形貌上難以判斷出哪些地方是球文石，哪些地方是文石，通過拉曼成像，可以獲得成分的分布圖。

球文石和文石拉曼譜圖，內附珍珠截面拉曼成像圖

　　此外，亓教授也向我們分享了他在實踐研究中的心得，在研究該課題時，除了規避螢光還要特別注意考慮空間解析度的問題，因為形成的團聚體小球有些在亞微米級別，此時拉曼光譜儀的高空間解析度對於區分亞微米級別的研究就非常重要了，這也是當時TGI 在選擇拉曼光譜儀時考慮的一個重要因素。

亓利劍教授正在展示目前的研究課題

　　通過研究珍珠層的整個生長過程，亓利劍教授課題組的這項研究將為改善珍珠養殖技術提供科學依據，對於深層次探索生物礦化機制、拓展並完善生物礦化理論具有重要科學意義，也為生命科學、生物醫學新材料、納米仿生新材料研發等方面提供科學依據。

　　雖然拉曼光譜分析技術在珠寶檢測行業有重要的作用，但是作為前沿研究手段，目前仍有一些問題需要解決。一是目前行業內的資料庫資源缺乏，二是普及程度仍然有待提高。目前亓利劍教授團隊已經開始著手行業內資料庫的建立工作，這是一項非常繁瑣、複雜的長期工作，不過大家相信憑藉亓利劍教授豐富的拉曼研究經驗，以及TGI在珠寶鑑定領域的領先地位和強大的平臺支撐，這項工作將會取得快速進展，並將大大有助於拉曼檢測手段的普及，最終對行業檢測水平的發展起到推動作用。

建立合作實驗室助力珠寶玉石研究

　　作為資深珠寶學術權威級專家，亓利劍教授目前受聘於同濟寶石中心(TGI)——自成立以來，世界各頂尖珠寶機構，如GEM-A(英國皇家寶石協會)、AIGS(亞洲珠寶學院)和HRD(比利時鑽石高階層議會)，均將TGI視為重要的合作夥伴。同濟大學寶石中心主任周徵宇博士自豪的向我們介紹，TGI曾先後投入近八百萬元配備了涵蓋紅外、紫外可見、能譜儀以及雷射拉曼光譜在內的大型儀器以及相關設施設備，比肩世界級權威寶石實驗室配置。

同濟大學寶石中心主任周徵宇博士向我們介紹TGI的歷史和發展

　　TGI目前配備的全自動共聚焦顯微拉曼光譜儀LabRAM HR Evolution，主要用於珠寶玉石的鑑定、包裹體檢測及相關科學研究。這款長焦長拉曼光譜儀(焦長達800mm)具有極高的光譜解析度(0.35cm^-1)，有助於鑑定寶石成分的微小差異。共聚焦設計保證亞微米級別的空間解析度，有助於鑑定寶石中的極微小的包裹體。目前這臺儀器已開放給學生自己操作，全自動化(尤其是325nm和可見雷射器的全自動切換)不僅方便操作，還有助於維持儀器的穩定性，提高檢測效率。

　　珠寶鑑定評估現在已經被國家列為資產評估六大系列之一，已成為一個全新的行業。隨著世界珠寶市場的重心逐步向中國轉移，以及國內市場經濟的快速發展，對珠寶鑑定、評估專業人才的需求將不斷增加。2010年TGI被中國教育部評為唯一的國家級寶石學教學團隊， 這支擁有GIA、FGA、HRD、ASA以及IGI等國際寶石鑑定師/評估師資質的教學團隊，幾乎囊括了包括國家級精品課程，國家級寶石學規劃教材、國家級教學成果獎等在內的所有國內頂級獎項。時至今日，TGI已成為涵蓋珠寶鑑定、首飾設計、玉石雕刻、珠寶評估和產業管理等多領域的綜合性專業機構，因此同濟寶石中心(TGI)在行業人才培養方面有著舉足輕重的作用。

　　HORIBA科學儀器事業部與同濟寶石中心(TGI)合作多年，為進一步加深彼此間的交流，今年雙方協議建立合作實驗室，結合TGI豐富的科研經驗和HORIBA優質的產品，期望達到優勢互補、合作共進的目的，通過合作實現促進行業發展，助力我國珠寶鑑定事業進入新時代。

合作實驗室揭牌儀式全體訪問人員合影

　　附：

　　亓利劍教授基本介紹

　　長期從事寶玉石及礦物材料學的教學與科研工作。獲FGA、DGA、CGC證書，兼任中國寶玉石首飾類檢驗技術專家委員會委員;香港政府實驗室認可處專家評審員;香港 J-ID 諮詢委員會委員;《寶石和寶石學雜誌》副主任委員，《中國寶石》雜誌編委。近年來，負責完成與寶石材料學方向相關的國家自然科學基金項目、省級自然科學基金項目3項，負責完成和參與省部級科研項目及國家重點開放實驗室項目5項，負責完成橫向科研項目4項。擅長為珠寶玉石鑑定領域的疑難雜症提供解決方案，目前為國家級實驗室評審員，連續五年受聘為國家珠寶玉石註冊檢驗師繼續教育課程的主講，國內珠寶鑑定領域公認的權威專家。

　　周徵宇博士介紹

　　長期從事寶玉石鑑定與開發專業的教學與培訓工作，是全部三本國家「十一五」寶石學規劃教材《寶石學概論》、《中國玉石學概論》等的主編之一;主持多項寶玉石研究項目，參與各類科研項目20餘項;發表寶玉石科研論文30餘篇。目前為英國皇家寶石協會珠寶鑑定師認證(FGA)、同濟大學珠寶鑑定師認證(TGI)課程主講之一。2008年入選「晨光計劃」，2009年入選上海市寶石學教學團隊，2010年入選國家級寶石學教學團隊。