阴极发光原理

阴极发光技术在宝石鉴定中的应用

摘要：阴极发光（CL）技术属于无损鉴定的方式，被大量的应用于宝石矿物鉴定和研究领域。从宝石学的角度来说，阴极发光技术的贡献巨大，它是宝石鉴定的重要方式之一，利用阴极发光技术可以准确的判断天然宝石或者合成宝石，同时还可以判断出优化处理宝石，在区分外观相似的宝石材料方面也非常便捷快速。本文主要分析阴极发光技术在单晶宝石材料中的应用。

关键词：阴极发光；单晶宝石；鉴定；应用

从目前国内外的发展形势分析，研究者通过阴极发光技术，在矿物研究方面取得了很大的进步，随着科技的进步，阴极发光技术大量的使用到多个领域内。阴极发光技术已经成为目前宝石鉴别的重要方法之一，利用这项技术可以准确的掌握研究者所需要的信息，进一步揭示出宝石内部蕴藏的奥秘。在宝石学中，阴极发光技术应用是非常广泛的，可以有效的区别天然单晶宝石与合成单晶宝石，还可以优化处理单晶宝石，所使用范围比较广，是一种重要的单晶宝石无损鉴定方式。

1阴极发光技术原理

利用阴极射线管发出的电子束轰击到矿物的表面，因为电子束的能量较高，可以直接转化成为光辐射能，这就是阴极发光。在阴极射线管发射的电子束轰击矿物晶体时，矿物晶体的晶格会出现畸变的情况，晶体内部形成电子空穴，局部也会发生变化，同时也会以激发态的形式存在。这些能量处于亚稳定状态的激发中心，能捕获电子从而形成发光中心。

2钻石的阴极发光特征及其应用

天然钻石与合成钻石其生长环境有着很大的不同，内部生长结构也会有明显差异，这就使得天然钻石与合成钻石的阴极发光特点很不相同，这就是我们区分天然钻石和合成钻石的主要方式。从实际情况分析，两者的区别是如下两点： （1）发光性。在阴极发光的作用之下，天然钻石以蓝色荧光的状态存在，颜色分布较为均匀，有少数会出现黄色或者蓝白荧光，由于没有生长区的影响，这些荧光形态会有明显的不同，并且以不规则的形式存在。在阴极发光的影响之下，合成钻石会以不同颜色的光出现，因为生长区的影响，形态会是多种结合图形，并且分布以规律性存在。

神奇灯泡碰水发亮原理

神奇灯泡碰水发亮的原理是基于电解作用。在灯泡的内部，有两个电极：一个是阴极，另一个是阳极。当灯泡接触到水后，水中的离子会参与电解反应。

当水分子被电解时，水分子会分解成氢离子（H+）和氧气离子（OH-）。氢离子会被吸引到阴极，而氧气离子则会被吸引到阳极。

同时，灯泡中还含有一种称为电解质的物质，它的主要作用是增加水的电导率。这样，电流可以在水中更好地流动。

当电流通过电解质溶液和水中的氢氧离子时，离子之间的电荷传递使得氢氧离子重新组合成氢气和氧气。氢气会在阴极产生，而氧气则会在阳极产生。

当氢气生成时，它会聚集在灯泡中，形成一个可燃气体的混合物。一旦有足够的氢气聚集，它会与空气中的氧气接触并发生燃烧反应，产生火焰。

这个火焰就是我们看到的灯泡发亮的原因。当灯泡离开水源时，电解反应停止，火焰也会逐渐熄灭。

需要注意的是，这种神奇灯泡是一种娱乐性质的玩具，使用时需要谨慎。同时，由于涉及到电解反应和火焰，不建议在没有专业人士指导的情况下自行制作或使用类似的装置。

摘要：

蓝色托帕石的鉴定相当困难，以前还没有成功的办法。研究表明天然的蓝色托帕石的阴极发光比各种方法处理的蓝色托帕石强2-3倍，这一特征可以作为快速、无损、可重复的鉴别天然和处理蓝色托帕石的标志。

1、导言

蓝色托帕石通常为天蓝色，常带一点灰或绿色色调，色彩漂亮、似海蓝宝石。市场上许多蓝色托帕石是将无色或浅色托帕石经过辐照改色处理的。经人工辐照改色的托帕石颜色稳定、在高温、低温下较长时间存放及在酸、碱、盐中浸泡均未见色彩有任何变化。与天然蓝色托帕石比较，改色前后除颜色发生变化外，其硬度、比重、折射率、双折射率等物理和化学性质完全一致。

目前，尚未找到鉴定辐照处理蓝色托帕石的常规宝石鉴定方法。可见如何迅速、简便、准确的区分天然蓝色托帕石与辐照处理蓝色托帕石成为当今珠宝检测的难点。本文通过对天然与辐照处理蓝色托帕石阴极发光特征的研究，探索蓝色托帕石无损鉴别的有效手段。

2 实验样品和实验方法

2.1 实验样品

实验所用的样品分三种类型：天然蓝色托帕石（9粒）；天然无色托帕石（4粒）和辐照处理蓝色托帕石。辐照处理蓝色托帕石有电子辐照处理的瑞士蓝托帕石1粒,和中子辐照处理的伦敦蓝托帕石3粒。

2.2 实验方法

用BY-1阴极发光仪，激发和观察样品的阴极发光图像，并用美国Ocean Optics 的USB2000型CCD多通道光谱仪（图2-1）采集阴极发光的光谱。实验条件为：加速电压-10Kv左右，电流1mA左右，电子束光斑直径2-4mm。

阴极发光（Cathodoluminescence，CL）是通过电子束轰击样品使之发光，基本原理是：阴极射线管发出具有高能量的加速电子聚焦在样品表面，由于电子束具有比紫外线更高的能量，激发力更强，可以使许多在紫外线下没有荧光的宝石，也具有明显的阴极发光。宝石阴极发光的实验要注意：

(1)为防止样品由于过热而出现破损，电子束不能长时间的打在样品上。

(2)对于切工好，内反射强的样品，采集光谱时一定要注意采集样品表面发光光谱而不是经内部光学反射折射后的光谱。

锆石SHRIMP定年原理和方法

锆石分选采用常规重力分选和显微镜下手工挑选的方法进行，具体是将岩石样品粉碎成60目左右，通过淘洗和使用重液等物理方法分离锆石，然后在双目镜下精选、剔除杂质。然后将其与标准锆石（TEM，417 Ma）一起粘贴，制成环氧树脂样品靶，打磨抛光并使其露出中心部位，进行反射光透射光和阴极发光显微照相，阴极发光图像用以确定单颗粒锆石晶体的形态、结构特征以及标定测年点。最后，用超声波在去离子水中清洗约10分钟后，镀金膜并上机测年。在分析中，采用跳峰扫描记录Zr2O+、204Pb+、背景值、206Pb+、207Pb+、208Pb+、U+、ThO+和UO+等9个离子束峰值，每5次扫描记录一次平均值：一次离子为4.5nA，10kV的O-2，离子束直径约25~30um：质量分辨率约5400（1％峰高）：应用SL13（572Ma，U=238×10-6）标定样品的U、Th及Pb含量，用TEM（417Ma）标定样品的年龄。为了尽量降低锆石表面普通Pb和镀金过程中的污染，测定过程中先将束斑在120um 范围内扫描5 分钟，具体测试条件及流程见Compston等（1992）、Williams（1998）、宋彪（2002）等。数据处理采用SQUID1.0和ISOPLOT程序，普通Pb一般根据实测204Pb及Cumming等(1975)模式铅成分校正：单个测试数据误差和206Pb/238U 年龄的加权平均值误差均为95％置信度误差(1σ)， 对年轻的岩浆锆石，采用206Pb/238U 年龄；对较老的继承锆石，采用207Pb/206Pb 年龄。

206Pb/238U 年龄的加权平均值,即谐和年龄，用谐和图表示，谐和图是锆石同位素地质年代学最常用的图解，它是以207Pb／235U 和206Pb/238U 为坐标，t为参数的超越方程(207Pb/235U=te*－1和206Pb/238U =te－1，其中λ*和λ分别是 235U