一种宝石鉴定方法

1.本发明涉及珠宝鉴定技术领域，特别涉及一种用于宝石鉴定的方法。


背景技术：

2.查尔斯滤色镜是宝石鉴定中最常用的一种滤色镜，又称为“祖母绿镜”。这种滤色镜由英国宝石测试实验室的安德森和佩恩研制，并最先在查尔斯工业学校使用，因而称为“查尔斯滤色镜”。最初的设计目的是用来快速区分天然祖母绿与其仿制品。祖母绿虽为绿色，但因为含致色元素cr，而允许部分红色光透过，因而在查尔斯滤色镜下，这类祖母绿呈现红色或粉红色。但后来发现许多新产地的祖母绿，特别是南非的祖母绿在查尔斯滤色镜下并不变红，另外随着合成祖母绿的大量上市（合成祖母绿在查尔斯滤色镜也呈现红色），查尔斯滤色镜在鉴定祖母绿中的作用越来越受到限制。由此可见，查尔斯滤色镜在单纯的肉眼观察下（变红还是不变红）已经不足于实现天然祖母绿与人工合成祖母绿的甄别，寻找精度更高的鉴别手段变得十分重要。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种用于宝石鉴定的方法，该鉴定方法主要应用于天然祖母绿与合成祖母绿的鉴别。包括以下步骤：1）采集祖母绿在380nm到780nm范围内的透过率光谱以及反射光谱；2）将步骤1）中采集到的光谱数据通过算法进行光谱调制；3）将步骤2）中光谱调制得到的光谱数据通过色度学运算转换为色度坐标；4）根据色度坐标分布位置的差异对祖母绿进行鉴定。
4.可选地，当祖母绿在380-780nm波长范围内的最低透过率小于5%时采集祖母绿的反射光谱，当祖母绿在380-780nm波长范围内的最低透过率不小于5%时采集祖母绿的透过率光谱。
5.可选地，步骤2）中的算法是将采集的祖母绿光谱数据乘于对应波长下的滤光片透过率与宝石琢型校正因子的差值。
6.可选地，滤光片只允许380-780nm之间两个波长范围的光透过，第一个波长范围为650-780nm，最高透过率为70%-95%，第二个波长范围为540-580nm，最高透过率为0.5%-5%。
7.可选地，步骤3）中调制得到的光谱数据转换为cie 1931色度坐标系统中的ciex和ciey值。
8.可选地，步骤4）中祖母绿鉴定基于的色度坐标分布位置是根据已知的500颗天然祖母绿样品和500颗人工合成祖母绿样品进行步骤1）到步骤3）的操作得到的1000个色坐标而建立出来的数据标准。
9.可选地，宝石的琢型校正因子包括市场上常见的圆多刻面型、椭圆刻面型、祖母绿型、心形刻面型、梨形刻面型、弧面型；琢型校正因子等于光谱理论计算值与光谱实测值之间的差再除于步骤1）测量得到的祖母绿光谱值，光谱理论计算值等于步骤1）测量得到的祖
母绿光谱值乘于滤色镜的透过率光谱值，光谱实测值为宝石台面与滤色镜直接接触时仪器测量到的光谱值。
附图说明
10.图1为祖母绿鉴定方法的流程图。
11.图2为采集到的一颗圆多刻面型的天然祖母绿的透过率光谱。
12.图3为采集到的一颗圆多刻面型的合成祖母绿的透过率光谱。
13.图4为常用滤色镜的透过率光谱。
14.图5为一颗圆多刻面型的天然祖母绿的透过率光谱通过算法调制得到的光谱。
15.图6为一颗圆多刻面型的合成祖母绿的透过率光谱通过算法调制得到的光谱。
16.图7为采集到的一颗圆多刻面型的合成祖母绿光谱数据、滤光片光谱数据、圆多刻面型校正因子以及调制得到的光谱数据。
17.图8为根据计算得出的500颗天然祖母绿与500颗合成祖母绿的色坐标构建的天然宝石与合成宝石判断标准，以及10颗已知的合成祖母绿与20颗已知的天然祖母绿的划分结果。
具体实施方式
18.为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明公开的一种用于宝石鉴定的方法进行详细描述。
19.图1为一种祖母绿鉴定方法的鉴定流程图。根据该流程图，第一步是采集祖母绿在380nm到780nm范围内的透过率光谱以及反射光谱。对于透明的祖母绿，即当祖母绿在380-780nm波长范围内的最低透过率不小于5%时，采集祖母绿的透过率光谱，也可以采集吸收光谱，透过率光谱和吸收光谱可以进行相应的转换。对于透明度低的祖母绿，即当祖母绿在380-780nm波长范围内的最低透过率小于5%时，采集祖母绿的反射光谱。光谱的采集可以每隔1nm、2nm或5nm采集一个数据点，数据点采集的越密集，后续计算得到的结果精度也会越高。图2为采集到的一颗圆多刻面型天然祖母绿的透过率光谱，图3为采集到的一颗圆多刻面型合成祖母绿的透过率光谱。在该步骤中，对应祖母绿光谱的采集精度（间隔1nm、2nm或5nm），采集所选用滤光片的透过率光谱值，滤光片的透过率光谱也可以直接从滤光片的厂家获得。滤光片只允许380-780nm之间两个波长范围的光透过，第一个波长范围为650-780nm，最高透过率为70%-95%，第二个波长范围为540-580nm，最高透过率为0.5%-5%。图4为采集到的市面上查尔斯滤色镜（宝石鉴定中常用的一种滤光片）的透过率光谱。查尔斯滤色镜允许光透过的第一个波长范围为650-780nm，最高透过率为85%-90%，允许光透过的第二个波长范围为540-580nm，最高透过率为1%-2%。
20.第二步是将采集到的祖母绿光谱数据通过计算的方式进行光谱调制，具体的算法是：将采集的祖母绿光谱数据乘于对应波长下的滤光片透过率与宝石琢型校正因子的差值。该步骤的目的是通过算法的建立省去每次都需要准确测量光线透过祖母绿再透过滤光片后的光谱，因为祖母绿与滤光片之间不可能达到理想的接触，光线需要经历空气
→
祖母绿
→
滤色镜
→
空气的传播途径，需要保证祖母绿与滤光片的接触良好，才能最大限度地降低光线在不同介质之间传播的损失。通过预先测量并建立光学损失的校正因子，就可以只
测量祖母绿的光谱，避免了测试条件的变化带来的实验误差，影响到最终祖母绿鉴别的准确性。
21.此外，通过滤光片两个波段范围对祖母绿光谱的调制，可以忽略掉祖母绿光谱中的共性部分，放大祖母绿光谱中有差异部分。图5为第一步中测试得到的天然祖母绿透过率光谱通过算法调制得到的光谱，图6为第一步中测试得到的合成祖母绿的透过率光谱通过算法调制得到的光谱。祖母绿的透过率光谱通过调制后只保留了650-780nm以及560nm附近的光透过。图7以10nm为间隔，给出了380-780nm范围内从采集到的祖母绿透过率光谱数据到最后调制得到的光谱数据。
22.不同琢型的祖母绿，光线在传播过程中的损失不同，因此，对应市面上常见的祖母绿宝石的琢型，例如圆多刻面型、椭圆刻面型、祖母绿型、心形刻面型、梨形刻面型、弧面型，分别建立了对应的校正因子，在实际计算的时候根据所测量祖母绿的琢型，选择对应的校正因子。琢型校正因子等于光谱理论计算值与光谱实测值之间的差再除于步骤1）测量得到的祖母绿光谱值，光谱理论计算值等于步骤1）测量得到的祖母绿光谱值乘于滤色镜的透过率光谱值，光谱实测值为宝石台面与滤色镜直接接触时仪器测量到的光谱值，为了保证宝石台面与滤色镜的接触良好，在宝石台面与滤色镜之间添加了微量的折射油（二碘甲烷加硫）。
23.第三步是将调制得到的光谱数据通过色度学运算转换为色度坐标，因为不同的祖母绿厚度不一样，反映到祖母绿的光谱上就是透过率的大小在可见光范围的整体移动，即统一变大或者统一变小，为了避免厚度等影响祖母绿透过率的参数对祖母绿的鉴定带来影响，本发明将调制得到的光谱数据统一转换为cie 1931色度坐标系统中的ciex和ciey值，每个光谱对应唯一的ciex和ciey，只考虑转换得到的颜色的色相和饱和度，显示在cie 1931“马蹄形”色度图上。从光谱数据转换为色度学数据的方法参照计算公式（1）、（2）、（3）、（4）：
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(1)
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(2)
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(3)
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(4)在上面的计算公式中， 三个值分别代表对应波长下的三原色刺激值，对应的值可以从cie国际照明委员会官网上查询到，对波长进行积分运算即可得到x（红原色刺激量）、y（绿原色刺激量）和z（蓝原色刺激量）。 为透过率光谱的强度分布，
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为标准照明光源的分布强度，本发明采用标准的d65光源的强度分布也可以从cie国际照明委员会官网上查询得到。
24.根据第三步中调制得到的光谱数据可以计算出对应的cie xyz值，再根据色坐标转换公式x=x/（x+y+z），y=y/（x+y+z）换算成cie 1931色度坐标中的ciex与ciey坐标。根据以上算法，第一步中测试的天然祖母绿调制后的光谱计算得到的色坐标为（0.3786，0.4746），测试的合成祖母绿调制后的光谱计算得到的色坐标为（0.4393，0.4424）。
25.第四步是根据色度坐标的位置对祖母绿进行鉴定。这一步骤的进行是基于预先建
立好的天然祖母绿与人工合成祖母绿判断标准，该判断标准是根据已知的500颗天然祖母绿样品和500颗人工合成祖母绿样品建立的。通过前述第一步到第三步的方法，500颗天然祖母绿样品和500颗人工合成祖母绿样品的光谱被转换成了对应的1000组ciex值和ciey值，并记录在了cie 1931色度图上，然后根据统计学的规律，把不符合分布规律的15个天然祖母绿色坐标（分布在了合成祖母绿区）与22个合成祖母绿色坐标（分布在了天然祖母绿区）剔除，如图8所示，根据剩余的963个色坐标在cie 1931色度图上划分成了三个区域，合成祖母绿的色坐标分布区域位于天然祖母绿色坐标分布区域的两边。为了保证样本的随机性，1000颗样品涵盖了圆多刻面型、椭圆刻面型、祖母绿型、心形刻面型、梨形刻面型、弧面型，其中500颗天然样品的产地包含了哥伦比亚、俄罗斯、中国、巴基斯坦、阿富汗、巴西、南非，500颗合成祖母绿样品包含水热法合成祖母绿、助熔剂法合成祖母绿。为了再次验证该判断标准的准确性，额外选取了10颗合成祖母绿样品与20颗天然祖母绿样品通过本发明的鉴定方法进行甄别，从图8中可以看出，10颗合成祖母绿的色坐标分布在合成祖母绿区，20颗天然祖母绿也分布在天然祖母绿区，这说明本发明提供的这种方法能够有效地区分开天然祖母绿与合成祖母绿。本发明提供的宝石鉴定方法，鉴定的准确性还可以随着样本数量的增多而提升。
26.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。