一、基本原理

紫外—可見吸收光譜是在電磁輻射作用下，由寶石中原子、離子、分子的價電子和分子軌道上的電子在電子能級間的躍遷而產生的一種分子吸收光譜。具不同晶體結構的各種彩色寶石，其內所含的致色雜質離子對不同波長的入射光具有不同程度的選擇性吸收，由此構成測試基礎。按所吸收光的波長區域不同，分為紫外分光光度法和可見分光光度法，合稱為紫外—可見分光光度法。

在寶石晶體中，電子是處在不同的狀態下，并且分布在不同的能級組中，若晶體中一個雜質離子的基態能級與激發態能級之間的能量差，恰好等于穿過晶體的單色光能量時，晶體便吸收該波長的單色光，使位于基態的一個電子躍遷到激發態能級上，結果在晶體的吸收光譜中產生一個吸收帶，便形成紫外可見吸收光譜。寶石測試中常見三種紫外可見吸收光譜類型：

1.d電子躍遷吸收光譜

過渡金屬離子為d電子在不同d軌道能級間的躍遷，吸收紫外和可見光能量而形成紫外可見吸收光譜。這些吸收譜峰受配位場影響較大。d-d躍遷光譜有一個重要特點，即配位體場的強度對d軌道能級分裂的大小影響很大，從而也就決定了光譜峰的位置。如紅寶石、祖母綠的紫外可見吸收光譜。

2.f電子躍遷吸收光譜

與過渡金屬離子的吸收顯著不同，鑭系元素離子具有特征的吸收銳譜峰。這些銳譜峰的特征與線狀光譜頗為相似。這是因為4f軌道屬于較內層的軌道，由于外層軌道的屏蔽作用，使4f軌道上的f電子所產生的f－f躍遷吸收光譜受外界影響相對較小所致。如藍綠色磷灰石、人造釔鋁榴石（見圖2-2-26）、稀十紅玻璃等。

圖2-2-26 人造釔鋁榴石的可見/近紅外吸收光譜

3.電荷轉移（遷移）吸收光譜

在光能激發下，分子中原定域在金屬M軌道上的電荷轉移到配位體L的軌道，或朝相反方向轉移。這種導致寶石中的電荷發生重新分布，使電荷從寶石中的一部分轉移至另一部分而產生的吸收光譜稱為電荷轉移光譜。電荷轉移所需的能量比d-d躍遷所需的能量多，因而吸收譜帶多發生在紫外區或可見光區。如山東藍寶石。

二、紫外—可見分光光度計的類型

紫外—可見分光光度計類型很多，但歸納為三種類型，即單光束分光光度計、雙光束分光光度光度計計和雙波長分光光度計。以下僅介紹寶石測試中常用的雙光束分光光度計（見圖2-2-27）。

經單色器分光后經反射鏡分解為強度相等的兩束光，一束通過參比池，一束通過樣品池。光度計能自動比較兩束光的強度，此比值即為試樣的透射比，經對數變換將它轉換成吸光度并作為波長的函數記錄下來。雙光束分光光度計一般都能自動記錄吸收光譜曲線。由于兩束光同時分別通過參比池和樣品池，還能自動消除光源強度變化所引起的誤差。

圖2-2-27 紫外—可見分光光度計

三、測試方法

用于寶石的測試方法可分為兩類，即直接透射法和反射法。

（一）直接透射法

將寶石樣品的光面或戒面（讓光束從寶石戒面的腰部一側穿過）直接置于樣品臺上，獲取天然寶石或某些人工處理寶石的紫外可見吸收光譜。直接透射法雖屬無損測試方法，但從中獲得有關寶玉石的相關信息十分有限，特別在遇到不透明寶石或底部包鑲的寶石飾品時，則難以測其吸收光譜。由此限制了紫外可見吸收光譜的進一步應用。

（二）反射法

利用紫外—可見分光光度計的反射附件（如鏡反射和積分球裝置），有助于解決直接透射法在測試過程中所遇到的問題，由此拓展紫外可見吸收光譜的應用范圍。

四、寶石學應用

1.檢測人工優化處理寶石

例如，利用直接透射法或反射法，能有效地區分天然藍色鉆石與人工輻照處理藍色鉆石。前者由雜質B原子致色，紫外可見吸收光譜表征為，從540nm至長波方向，可見吸收光譜的吸收率遞增。后者則出現GR1心/741nm（輻射損傷心），并伴有N2+N3/415nm（雜質N原子心）吸收光譜（見圖2-2-28）。

圖2-2-28 輻照處理鉆石的可見吸收光譜

又例如，利用反射法，能有效地區分天然綠松石與人工染色處理綠松石，前者由Fe、Cu水合離子致色，在可見吸收光譜中顯示寬緩的吸收譜帶（Cu2+:2E→2T2；Fe3+:6A1→4E+4A1），后者則無或微弱。

2.區分某些天然與合成寶石

例如，水熱法合成紅色綠柱石顯示特征的Co、Fe元素致可見吸收光譜。反之，天然紅色綠柱石僅顯示Fe及Mn元素致可見吸收光譜。

3.探討寶石呈色機理

例如山東黃色藍寶石中Fe3+為主要的致色離子，在其紫外可見吸收光譜中，02-多參數PH,溶解氧水質檢測儀→Fe3+電荷轉移帶尾部明顯位移至可見光紫區內，并與Fe3+晶體場譜帶部分疊加。據此認為，山東黃色藍寶石的顏色，主要歸因為O2-→Fe3+電荷轉移與Fe3+的d-d電子躍遷聯合作用所致。