一种基于LA-ICP-MS的宝石级锆石的产地鉴定方法

摘要

本发明涉及宝石鉴定技术领域，具体公开了一种基于LA‑ICP‑MS的宝石级锆石的产地鉴定方法，包括以下步骤：步骤1：建立宝石级锆石的产地鉴定模型；准备待鉴定的样品，选择美国地质调查局研制的标准样品BIR‑1G和BHVO‑2G作为外标；步骤2：采用LA‑ICP‑MS技术，将步骤1的待鉴定样品和标准样品放入激光剥蚀系统样品仓中进行激光剥蚀，将采集的微量元素数据进行分析，并与步骤1的产地鉴定模型进行对比，得到鉴定结果。本专利提供的鉴定方法，能够快速完成宝石级锆石的产地鉴定，填补了目前宝石级锆石产地鉴定的空白。

说明书

技术领域

本发明涉及宝石鉴定技术领域，特别涉及一种基于LA-ICP-MS的宝石级锆石的产地鉴定方法。

背景技术

褐红色的透明锆石在国外多称为风信子石(hyacinth)，玄武岩中产出的锆石粒径较粗，放射性元素含量较低，因而宝石级锆石主要产于玄武岩中，开采则一般集中于残坡积砂矿及洪冲积砂矿。

我国的宝石级锆石一般分布在新生代火山岩区内的第三纪或第四纪的坡积物或洪积物中。其中山东昌乐、黑龙江穆棱、海南蓬莱、福建明溪等地都有产出宝石级锆石的记录，其产出通常伴随着蓝宝石、石榴石等矿物，晶体的大小范围从微晶(0.5-1cm)到巨晶(＞1cm)。

国外宝石级锆石同样多产于玄武岩，主要产出于柬埔寨、泰国、缅甸等东南亚国家；国外宝石级锆石的产地中，最为著名的产地位于柬埔寨东北部的腊塔纳基里省(Ratanakiri)，包括Bo Loei和Ban Lung等矿区，都产出于年轻的火山岩(拉斑玄武岩和火山碎屑岩)，其出产的锆石颜色从几乎无色到深褐色和红褐色。除此之外，泰国北碧府(Kanchanaburi)产出锆石多为红褐色与柬埔寨的锆石一致，但相对较小。而缅甸抹谷，巴基斯坦的吉尔吉特(Gilgit)、奇拉斯(Chilas)，阿富汗的楠格哈尔(Nangarhar)，斯里兰卡的拉特纳普勒(Ratnapura)也是亚洲宝石级锆石的出产地。挪威、意大利、法国、美国、德国、澳大利亚北部地区的哈茨山脉、加拿大安大略和魁北克省也有宝石级锆石产出。

目前珠宝检测行业对宝石级锆石产地特征研究十分少，并且国内外珠宝检测机构也没有一套对宝石级锆石产地鉴别的检测方法，因此本申请通过研究不同产地的宝石级锆石的差异，从而建立一套宝石级锆石产地鉴别的检测方法，填补宝石级锆石产地鉴别的空白。

发明内容

本发明提供了一种基于LA-ICP-MS的宝石级锆石的产地鉴定方法，以填补宝石级锆石产地鉴别的空白。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于LA-ICP-MS的宝石级锆石的产地鉴定方法，包括以下步骤：

步骤1：建立宝石级锆石的产地鉴定模型；准备待鉴定的样品，选择美国地质调查局研制的标准样品BIR-1G和BHVO-2G作为外标；

步骤2：采用LA-ICP-MS技术，将步骤1的待鉴定样品和标准样品放入激光剥蚀系统样品仓中进行激光剥蚀，将采集的微量元素数据进行分析，并与步骤1的产地鉴定模型进行对比，得到鉴定结果。

本技术方案的技术原理和效果在于：

LA-ICP-MS(激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪)是通过激光束轰击样品表面，使轰击区域形成气溶胶，气溶胶由载气引入等离子体炬焰，样品气溶胶进入等离子体炬焰中心通道的高温区域后离子化；样品分子团在等离子体炬焰中首先离解成分子和原子团，后离解成单个原子，最终原子失去最外层的电子从而成为带正电荷的离子；带正电荷的离子通过接口、离子透镜、质量分析器等装置后，由检测器检测计数得到信号强度。

本方案与传统的化学法相比，LA-ICP-MS直接对待鉴定的固体样品进行取样分析，省去了消解过程，降低了样品制备过程中可能带来的污染，减少了人员在有毒、有害试剂中的暴露机会；另外LA-ICP-MS作为一种微损、绿色、准确、高效的方法，在地球科学、材料科学、分析化学、环境科学等领域得到广泛应用。

采用本方案提供的鉴定方法，能够快速完成宝石级锆石的产地鉴定，填补了目前宝石级锆石产地鉴定的空白。

进一步，所述步骤1中，宝石级锆石的产地模型的具体建立方式为，准备不同产地的宝石级锆石，以美国地质调查局研制的标准样品BIR-1G和BHVO-2G作为外标，采用LA-ICP-MS技术分别对不同产地的宝石级锆石中微量元素进行测量，形成不同宝石级锆石产地的鉴定模型。

进一步，所述步骤1中鉴定模型以各稀土元素含量为横坐标，以各稀土元素与球粒陨石含量的比值为纵坐标，绘制标准曲线。

进一步，所述步骤1中鉴定模型为微量元素Ti的含量与温度的关系函数，该关系函数为：

进一步，所述步骤2中激光剥蚀采用YAG固体激光器，激光波长为213nm，能量密度为10J/cm

进一步，所述步骤2中ICP-MS为Thermo的iCAP RQ。

进一步，所述步骤2中测定的微量元素包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu。多个微量元素的测定，提高检测结果的精确性。

进一步，所述步骤2中，在进行检测前，使用仪器推荐的固体标准样品对仪器进行校正。这样设置使得LA-ICP-MS系统中各项参数达到最优。

附图说明

图1为本发明一种基于LA-ICP-MS的宝石级锆石的产地鉴定方法实施例1中泰国宝石级锆石的球粒陨石标准化稀土配分图；

图2为本发明一种基于LA-ICP-MS的宝石级锆石的产地鉴定方法实施例1中黑龙江宝石级锆石的球粒陨石标准化稀土配分图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例1：

一种基于LA-ICP-MS的宝石级锆石的产地鉴定方法，首先建立宝石级锆石的产地鉴定模型，具体的方式为，准备不同产地的宝石级锆石，采用LA-ICP-MS技术分别对不同产地的宝石级锆石中微量元素进行测量。

LA-ICP-MS实验在国家珠宝首饰质量监督检验中心(重庆)完成，激光剥蚀系统(LA)为ESI公司生产，该激光器为YAG固体激光器，激光波长为213nm，能量密度为10J/cm

使用美国地质调查局(USGS)研制的标准样品BIR-1G和BHVO-2G作为外标对不同产地的宝石级锆石测试，得到La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等微量元素的含量，以上述元素中各稀土元素为横坐标，各稀土元素与球粒陨石含量的比值为纵坐标，绘制标准曲线，从而得到不同产地锆石的鉴定模型图。

以泰国和黑龙江两个产地的宝石级锆石建立鉴定模型图，每个产地各5颗样品，每颗样品测试两次，其中泰国的宝石级锆石的鉴定模型图(即泰国宝石级锆石的球粒陨石标准化稀土配分图)如图1所示，而黑龙江的宝石级锆石的鉴定模型图(即黑龙江宝石级锆石的球粒陨石标准化稀土配分图)如图2所示。

从图1和图2可知，泰国宝石级锆石稀土元素范围变化较小，∑REE为22～34ppm，平均为27ppm，同时显示出轻稀土亏损、重稀土富集的特点，Pr正异常、Ce负异常；黑龙江宝石级锆石稀土元素范围变化较小，∑REE为456～681ppm，平均为543ppm，显示出轻稀土亏损、重稀土富集的特点，Pr负异常、Ce正异常。

宝石级锆石的产地鉴定模型建立完成后，当需要鉴定未知产地的宝石级锆石时，选择美国地质调查局研制的标准样品BIR-1G和BHVO-2G作为外标；采用LA-ICP-MS技术(参数与上述参数选择相同)，将待鉴定样品和标准样品放入激光剥蚀系统样品仓中进行激光剥蚀，以采集到的关于稀土元素含量的数据为横坐标，以采集到的稀土元素的净信号强度为纵坐标，绘制出曲线，并与上述的产地鉴定模型进行对比，从而得到鉴定结果。

上述模型建立和未知产地锆石在进行实验检测前，使用仪器推荐的固体标准样品对激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪进行校正，使仪器各项参数达到最优。

实施例2：

与实施例1的区别在于，本实施例中鉴定模型为微量元素Ti的含量与温度的关系函数，该关系函数为：

使用产自泰国和黑龙江两个产地的宝石级锆石进行实验，每个产地各5颗样品，每颗样品测试两次，其中微量元素Ti的含量采用实施例1中的LA-ICP-MS技术检测，将检测得到的Ti含量带入上述公式中得到共20组数据，如下表1所示。

表1为实施例2中样品的检测数据

从上表1可以得出，泰国宝石级锆石温度均低于800℃，平均温度为762℃，黑龙江宝石级锆石温度高于800℃，平均温度为830℃，因此以此建立起产地鉴定模型，当需要对未知产地的宝石级锆石进行检测时，通过检测待鉴定样品中Ti元素的含量，计算出温度值，从而判定该鉴定样品的产地。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。