XRF(X射線熒光)分析儀的技術原理及其在鑒別珍貴的寶石中的應用
您有沒有想過傳家寶鉆戒上鑲嵌的是真鉆石還是人造鉆石？有幾種方法可以解開這個謎團。
這篇博客探討了發現假寶石的方法，并說明了XRF分析儀如何能夠準確地辨別真假寶石。
仿造珍貴的寶石和礦物，如：珍珠、鉆石和綠松石，似乎相對來說較為容易。不過，假寶石總會有一些不同于真寶石的跡象可尋。
例如，真正的鉆石放在水中一般會下沉。當您在鉆石上哈氣時，也不會出現一層霧氣。然而，這些在家快速識別假寶石的方法并非萬無一失，而且對于某些類型的假寶石，還可能不起作用。
一種更可靠的快速識破假寶石的方法是借助X射線熒光（XRF）技術。手持式XRF分析儀，如：Vanta系列分析儀，可以對從鎂（Mg）到鈾（U）的許多元素進行定量分析，獲得低達百萬分率（ppm）水平的元素含量。
這類分析儀通過對可分析范圍內的元素進行分析，如：鋯、銅、鈣或鋁，在幾秒鐘之內就可以辨別出真假寶石。
XRF分析儀可以識別的假寶石之一是立方氧化鋯（CZ）。立方氧化鋯（CZ）是二氧化鋯（ZrO2）的結晶形式，通常用于仿造鉆石。
乍一看，立方氧化鋯（CZ）看起來像一顆鉆石。但是這種合成寶石更軟、更輕，其邊緣更圓潤、更光滑。也更容易受到磨損。由于它與鉆石的光學相似性，通常很難通過目測識別出這是一顆人造鉆石。
即使價格較為實惠的鉆石每克拉也比立方氧化鋯貴100倍左右，因此確保您所購買的鉆石貨真價實至關重要。例如，一克拉的立方氧化鋯可能需要花費20美元左右。相比之下，同樣是一克拉的鉆石價格可能在1500美元以上。
隨著克拉值的增加，這種差異也會更大。因此在財務方面的影響也更大：一顆兩克拉立方氧化鋯人造鉆石的零售價可能在30美元左右，而一顆2克拉的真正鉆石至少可以賣到7000美元。
好消息是：手持XRF分析儀可以在幾秒鐘內分辨出真假鉆石。
為了說明XRF技術的工作原理，我們使用Vanta分析儀對一件真鉆石首飾和一件人造鉆石（立方氧化鋯）首飾進行了檢測，然后對結果進行定量分析。檢測花了5分鐘時間。結果是我們很快區分了哪件是真鉆石，哪件是人造鉆石。
我們來看看下圖中的樣品和檢測結果：
人造鉆石（左側圖）和真鉆石（右側圖）的圖像（上面的圖）及其檢測結果（下面的圖）。
兩種鉆石雖然看起來相似，但是它們的化學成分大不相同。Vanta分析儀在第一件首飾中沒有發現鋯元素。與此相反，對第二件首飾進行的化學分析發現鋯（Zr）的成分占據了主導地位。
真正的鉆石只含碳元素，因此X射線熒光會對其視而不見。碳元素不在XRF技術可以探測的元素范圍之內。雖然我們不能直接探測到鉆石的成分，但是通過鋯元素存在與否的信息，我們可以從潛在的真鉆石中區分出已知的人造鉆石（CZ）。
鉆石并不是唯一一種被偽造的寶石。珍珠和綠松石是另外兩種經常被仿造的礦物。您同樣可以使用奧林巴斯的XRF技術來辨別這些礦物的真偽。
珍珠是從軟體動物中發現和提取的一種獨特的寶石。珍珠的主要成分是文石，文石是一種由碳酸鈣構成的礦物。由于珍珠的價值很高，因此仿真珍珠有很大的市場。雖然仿造珍珠看起來很像真珍珠，但是它們的虹彩質量一般較低，而且更容易受到磨損。
奧林巴斯的Vanta XRF分析儀可以區分真正的珍珠和仿造珍珠。為了說明辨別真假珍珠的過程多么容易，我們進行了一次檢測。
分析儀在短暫的20秒鐘時間之內，計算出了兩種珍珠中碳酸鈣（CaCO3）的百分比含量。結果是我們很快辨別出哪個是真正的珍珠，哪個是仿造的珍珠。我們看看下圖中的樣品和檢測結果：
真珍珠（左側圖）和假珍珠（右側圖）的圖像（上圖）和檢測結果（下圖）。
真珍珠和假珍珠的區別令人吃驚。仿造珍珠中只含有微量的碳酸鈣（CaCO3），而真珍珠幾乎是由碳酸鈣構成，僅含有微量的其他有機物和無機物。正如對鉆石和立方氧化鋯的辨別一樣，借助XRF技術快速分析的珍珠也是真假立現。
現在我們已經介紹了XRF技術如何辨別真假珍珠，下面我們來看看另一種時常被仿造的寶石：綠松石。
綠松石像鉆石和珍珠一樣，存在于自然界，卻常常被仿造。真正的綠松石是一種含水的銅鋁酸鹽類礦物。因此，可以借助手持式XRF分析儀快速識別。
我們使用Vanta XRF分析儀完成了另一項檢測，以證明其辨別真假綠松石的性能。
結果表明，真正綠松石的銅（Cu）、磷（P）和鋁（Al）的含量水平比假綠松石高出許多，這點與我們基于礦物學知識所預料的一樣。
我們看看下圖中的樣品和檢測結果：
真正的綠松石（左側圖）和假綠松石（右側圖）的圖像（上圖）和檢測結果（下圖）。
所有這三種元素的含量都揭示了真正的綠松石和仿冒綠松石之間的差異。兩者之間的差異有著天壤之別，而使用奧林巴斯的Vanta手持式XRF分析儀可以非常容易地了解這些差別。
