はじめに

宝石学は複雑な分野であり、自然科学、芸術、歴史、考古学など多くの学科に関連している。宝石学の研究で最も重要な問題は、宝石の種類、純度、産地、人工処理されているかどうかの鑑定を含む宝石の鑑定である。分析対象は一般的に巨視的な宝石であり、経済的価値が大きく、アクセサリーにはめ込まれたり容器に封入されたりすることがあるため、完全&完全無傷でなければならない非侵入の方式と鑑別する。Raman分光技術は、完全&非侵入、接触なし、サンプルの準備を必要としない技術であり、Raman散乱現象に基づく分析手段であり、サンプル中の分子振動による入射光の微小周波数変化を測定することにより分析される分子構造と化学成分である。ラマン分光技術は、測定時間が短いことやサンプルに対する需要が少ないことなどの利点もある。そのため、宝石学の分野で人気を集めている。昔はめったになかった実験室はラマンスペクトルを宝石研究に応用することができるが、ここ十数年、オースペクトル天成ATR 3000代表的な携帯型ラマン分光計の登場により、ラマン分光技術はこの分野での応用優位性を十分に示した。近年、多くの宝石学実験室にはエメラルド、ダイヤモンド、宝石の被覆体、モザイク宝石などの研究を行うためのラマン分光器が配備されており、特に携帯型ラマン分光器を用いて文化財上の宝石などの移動できない対象を分析している。本文は携帯型ラマン分光計の宝石研究における応用を検討し、宝石の分類、鑑定及び実地分析における顕著な成果を重点的に紹介する。この先進技術の導入は宝石学分野の研究に新たな視点を提供し、宝石の科学研究と鑑定に新たな活力を注入することができると信じている。

一、ラマンスペクトルの宝石学への応用：鑑定

宝石を見たときに知りたい**のことは簡単です。それは、目の前の宝石は何ですか。ダイヤモンドの化学成分が炭素であるなど、多くの宝石は明確な鉱物の種類に属しています。緑柱石、黄玉、ジルコンはケイ酸塩鉱物に帰属し、ルビーとサファイアの主要成分は金属酸化物である。この場合、携帯型ラマン分光計を利用して宝石を迅速に試験することができ、宝石の鉱物種は容易に識別でき、スペクトルを取得した後に標準スペクトルライブラリと比較することで、測定対象物の情報を取得することができる。下図はアクアマリン、サファイア、タンサン石、フォルステライト及びコージェライトのラマンスペクトル図であり、ラマンスペクトルピークの数と位置を通じて、異なる宝石を直感的に区別することができる。

図1 633 nm励起を用いて得られたいくつかの一般的な宝石（アクアマリン及びサファイア）及び一般的でない宝石（タンサン石、フォルステライト及びコージェライト）のラマンスペクトル。

二、ラマンスペクトルの宝石学への応用：成分

多くの場合、宝石は一連の同質異形からなる鉱物群に属し、その化学成分は特定の範囲内で連続的に変化する。組成範囲の極&端項はいわゆる端元であり、一般的には鉱物群中の宝石は端元の固溶体とみなすことができ、トルマリンもガーネットも鉱物種に対応せず鉱物群に対応する宝石の例である。宝石の実際の成分（つまり、この鉱物群の最も個々のエンド要素の割合）を理解することは、その価値と出所を正確に評価するために非常に重要である。

ここでガーネットの例を挙げると、ガーネット鉱物群に属する宝石は通常、A3B2（SiO）4)3、AはCaを表す2+・Fe2+・Mn2+・MG2+，BはAlを表す3+・Cr3+・Fe3+。ガーネット鉱物群中の端元はマグネシアアルミニウムガーネット（Pyr，Mg3アル2シ3O型12）、鉄アルミニウムガーネット（Alm，Fe3アル2シ3O型12）とマンガンアルミニウムガーネット（Spe，Mn3アル2シ3O型12）を代表とするアルミニウムガーネットとカルシウムクロムガーネット（Uva，Ca3Cr の2シ3O型12）、カルシウム鉄榴石（And，Ca3フェ2シ3O型12）とカルシウムアルミニウムガーネット（Gro，Ca3アル2シ3O型12）に代表されるカルシウムガーネットは、純粋な末端元素に対応する宝石が自然界では珍しいため、一般的なガーネットはこれらの末端元素からなる固溶体である。赤榴石系と黄榴石系のラマンスペクトルは図2に示すように、Matlabによるデータモデリングにより、ガーネット種の異なる端元の組成比率を分析し、その価値評価に根拠を提供することができる。

図2赤いガーネット（a）と黄色ガーネット（b）シリーズのガーネットのラマンスペクトル。

三、ラマンスペクトルの宝石学における応用：模倣品、合成宝石及び人工処理

前述したように、宝石学における最も重要な課題の1つは、加熱、ひび割れ充填、放射線暴露、コーティング、漂白、染色などの天然宝石の鑑別と識別の強化処理方法である。例えば、割れたルビーの中には純度を高めるために高屈折率ガラスが充填されており、Fanらはルビーのラマンスペクトルに鉛ガラスが1500 cmにあることを発見した-1の広い特徴ピーク（図3）により、人工処理宝石の識別に有力なツールが提供されている。

図3天然ルビー及び充填ガラスのラマンスペクトル：naturalはルビーの固有ピーク、P 1、P 2はルビー上の充填物の特徴ピークである。

一方、ラマンスペクトルについては、本物の宝石と比べて成分が異なることが多いため、模倣品を検出することは比較的簡単な任務である。例えば、ダイヤモンドや他の宝石を偽るためによく用いられる立方ジルコニアは、ダイヤモンドと完全に異なる化学成分を持ち、異なるスペクトルを示すこともある。【図4】ダイヤモンド、その最も一般的なアナログ立方晶ジルコニア、および別のアナログチタン酸ストロンチウムのラマンスペクトルを示す。

図4ダイヤモンド及びその模倣品、立方晶ジルコニア及びチタン酸ストロンチウムのラマンスペクトルは、上からダイヤモンド、立方晶ジルコニア及びチタン酸ストロンチウムの順である。

まとめ

ラマンスペクトルは速度、感度、非破壊検査を意味し、宝石学の要求を満たす。ラマン分光器を使用して、可視光と近赤外帯域の範囲に異なるレーザを装備し、宝石の性質、成分、構造、純度に関する情報を得ることができ、介在物を識別し、強化処理を検出することができる。最近の研究では、ラマンスペクトルは宝石成分の定量的な情報を得るためにも使用できることが明らかになった。ラマン分析は無機結晶には適用されず、有機宝石材料（サンゴ、琥珀、真珠）または非晶質またはナノ結晶材料（黒曜石、オパール）の情報を得ることもできる。ATR 3000ポータブル分光計博物館に保存されている宝石や考古学や歴史芸術品にちりばめられた宝石を分析するための研究範囲を広げることもできます。

ラマンスペクトルは宝石学実験室の標準ツールとして使用でき、宝石販売業者はラマンスペクトルを広く使用して迅速な鑑定を行うべきである。ラマン測定は迅速で機器購入以外の費用はなく、宝石学研究分野でその応用を示し、宝石の成因と出所の研究に重要な貢献をした。振動スペクトルのわずかな変化の分析及びミクロ流体と固体被覆体の正確な研究は鉱物地質の歴史の重要な詳細を明らかにすることができる。

長期的には、ラマン分光計と異なる技術（例えば走査電子顕微鏡、エネルギー分散X線分光法、FT−IR分光法）を使用することで、宝石学研究におけるラマン分光法の応用をさらに拡大することができる。一方、鉱物ラマンスペクトル統合データベースの普及、大量サンプルの通常測定の自動化、および十分な信頼度で宝石とその成分を迅速に識別するためのユーザー手法を使用する可能性の高いソフトウェアとハードウェアシステムは、この技術の研究実験室以外の伝播に役立つだろう。

参考文献：

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