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如何确认这是一颗培育钻石?

发布时间:2020-06-17

        在之前的科普文中,详细给大家介绍了培育钻石的主要生长技术:高温高压法(HPHT)化学气相沉积法(CVD)。这两种技术生长出来的培育钻石,在外观上与天然钻石基本没有差异,那到底要怎么对培育钻石进行确认呢?今天我们就来一探究竟。
 

        肉眼能确认培育钻石吗?
 

        不能,肉眼和简单的仪器是没有办法确认培育钻石的。随着培育方法的不断提高和完善,现在对培育钻石的准确确认,还需要借助实验室一系列测试甚至大型仪器。
 
哪些实验室可以确认培育钻石?
 

        目前,国内外的权威第三方鉴定机构或实验室均具备确认鉴定天然和培育钻石的能力,比如NGTC国家珠宝玉石质量监督检验中心(National Gemstone Testing Centre)、IGI国际宝石学院(International Gemological Institute)、GIA美国宝石学院(Gemological Institute Of America)、HRD安特卫普(HRD Antwerp)、CTI华测宝石实验室等等。
 
主要从哪些方面确认培育钻石呢?
 

        通过对钻石的内外部特征进行观察,并借助大型专业仪器检测紫外可见光谱、红外光谱、拉曼光谱、光致发光光谱等特性进行检测和确认。下面就通过具体案例给大家介绍介绍培育钻石的部分确认特征。
 
一、放大观察特征
仪器设备:宝石显微镜/磁铁
 

        HPHT和CVD培育钻石内部都可能会出现深色、云状物包裹体
        HPHT培育钻石主要是生长过程中的金属触媒残余形成的片状、柱状等金属包裹体,CVD培育钻石中的深色包裹体可能是未结晶成钻石的碳。
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HPHT培育钻石中的金属包裹体
(图片1[1])
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CVD培育钻石中的深色包裹体
(图片2[2])
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HPHT培育钻石四边形云状物包裹体
(图片3[1])
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CVD培育钻石中呈层状分布的云状物
(图片4[3])
 
二、荧光和磷光特征
仪器设备:紫外荧光灯

        HPHT培育钻石:在紫外荧光灯下可能会出现蓝白色、黄绿色荧光,且多数有磷光(离开紫外线灯后仍能发出可见光)。
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HPHT培育钻石在紫外线下的荧光(a)和磷光(b)
(图片5[4])
 
        CVD培育钻石:常见为橙色荧光,也有黄绿色荧光,并且短波的荧光强度比长波的强;一般无明显磷光。
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 CVD培育钻石在紫外灯下的荧光特征
(图片6[2])
 
        到目前为止,几乎所有通过HPHT方法生长的IIa型培育钻石都有强磷光,市场上的常见的检测设备,主要是利用超短波下的发光特征进行确认。更进一步,还可以通过DiamondViewTM观察样品的生长结构,这是区分天然和无色培育钻石的最为重要的手段之一
 
 
仪器设备:DiamondViewTM

        HPHT培育钻石:具有明显的立方体与八面体分区现象,通常可观察到典型的“黑十字”现象。
        CVD培育钻石:具有特有的层状生长纹理。
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DiamondViewTM下的荧光特征:HPHT培育钻石(a)与CVD培育钻石(b)
(图片7[5])
 
三、光谱学特征:
(一)红外吸收光谱
仪器设备:红外光谱仪

        根据氮和硼的存在形式及含量,人们把钻石分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa和Ⅱb型。红外光谱能够确定钻石中氮N、硼B、氢H等杂质的类型及含量,可作为钻石分类Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa和Ⅱb型的主要依据之一,同时帮助确认天然钻石与培育钻石。
 
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钻石的类型及红外吸收光谱特征
(图片8 [6])
 
        98% 的天然钻石为含有聚合氮的Ⅰa型钻石[7]。根据氮杂质原子存在的不同形式,Ia型钻石的红外吸收光谱图会出现1282,1175,1365和1370cm-1处吸收峰。
 
Ib、Ⅱa、Ⅱb型在天然钻石中的占比非常少

        Ib型钻石存在孤氮,颜色呈黄色至棕色。如图9所示,黄色HTHP培育钻石显示出Ib型的红外光谱,可测到1130和1344 cm-1处吸收峰。
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Ib型黄色HPHT培育钻石的红外光谱
(图片9[8] )
 
        Ⅱa型钻石基本不含杂质氮原子。如图10、图11所示,无色至近无色的HPHT或CVD培育钻石显示出Ⅱa型的红外光谱测试,在1100-1400 cm-1无明显氮相关吸收峰。
 
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Ⅱa型HPHT培育钻石的红外光谱
(图片10[4])
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Ⅱa型CVD培育钻石的红外光谱
(图片11[9])
 
        Ⅱb型钻石含少量杂质硼原子,呈蓝色。 如图片12所示,淡蓝色的培育钻石显示出IIb型的红外光谱特征,在1500-1100cm-1 范围没有明显与氮相关吸收峰,并且2800cm-1处有与硼有关的吸收峰。
 
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含硼的Ⅱb型淡蓝色HPHT培育钻石红外光谱图
(图片12[10])
 
 
 
(二)紫外-可见吸收光谱
仪器设备:紫外分光光度计

        紫外-可见吸收光谱检测技术是依据物质对紫外和可见光区不同波长光的吸收程度进行定性、定量的分析方法。
        无色--浅黄色天然钻石具有在415nm、452nm、465nm和478nm的吸收线,特别是415nm吸收线是指示无色--浅黄色钻石为天然钻石的确切证据。
        培育钻石则缺失415nm吸收线,但色级较高(E色)的培育钻石可见270nm吸收宽带(如图片13所示)。
 
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HPHT培育钻石的紫外-可见吸收光谱
(图片13[11])
        HPHT培育钻石的紫外可见吸收光谱可检测到270mn吸收峰,未出现天然钻石中存在 415 nm处的吸收线。
 
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CVD培育钻石的紫外-可见吸收光谱
(图片14[12])
        以270nm 为中心的吸收宽带是CVD培育钻石中最常见的紫外区吸收,常见于在梯度温度条件下生长的培育钻石。
 
 
(三)激光拉曼光致发光光谱
仪器设备:拉曼光谱仪

        拉曼光致发光光谱一直以来作为研究钻石中微量杂质的一个重要手段,用来区分确认天然、处理以及培育钻石。天然钻石通常会检测出由N3缺陷导致的415nm零声子线(如图片15 d所示),而培育钻石通常会具有与Si、Ni杂质缺陷导致的发光特征峰。
 
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无色、蓝色和黄色高温高压培育钻石(a,b,c)和 无色天然钻石(d)的光致发光光谱
(图片15[8])
 
        如图片15 c所示,检测出HPHT黄色培育钻石中的Ni+缺陷引起的883nm发光峰,而含Ni缺陷的天然钻石是极为少见的,可作为重要的区别天然与培育钻石的依据。
 
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CVD培育钻石的拉曼光致发光光谱图
(图中可见与Si有关的峰736.6,736.9nm)
(图片16[2])
        如图片16所示,CVD培育钻石几乎都会有与Si有关的736.6nm, 736.9nm双线,和575nm, 637nm发光线。
 
 
划重点

        总的来说,培育钻石是可以准确确认的。专业实业室借助放大观察、荧光图像观察和光谱检测等手段,能够科学、高效地把培育钻石和天然钻石分别确认出来,这为培育钻石行业和天然钻石行业的健康发展提供了有力的技术支持,同时也给这两个品类的市场营销提供了科学技术的背景支持。
        培育钻石的高科技基因、稳定量产的特点、以及可与天然钻石类比的价值基础和强质感,给设计师带来更大的创作空间,能够提供更个性化、更有设计感的珠宝首饰。
消费者借助权威实验室的检测证书,可以明白消费,放心购买。
 
 
参考文献:
[1] 宋中华,陆太进,柯捷,苏隽,唐诗,高博,胡宁,张钧,王笃福. 国产大颗粒宝石级无色高压高温合成钻石的鉴定特征[J]. 宝石和宝石学杂志, 2016,18(3): 1-8.
[2] 宋中华,兰 延,沈美冬,陆太进,柯 捷,刘建辉,张玉. NGTC实验室发现未揭示的CVD合成钻石鉴定特征研究[J]. 宝石和宝石学杂志,2012,14(4): 30-34.
[3]  吕晓敏,张玉冰,兰延,丁汀,宋中华,张健,陆太进,沈美冬,柯捷. CVD合成钻石的层状生长结构和紫外荧光特征[J]. 宝石和宝石学杂志,2013,15(3): 30-35.
[4]  朱红伟,刘海彬,程佑法,李建军,王笃福. 高温高压法合成钻石的宝石学特征[J]. 超硬材料工程, 2018,3(1): 61-66.
[5]  张健,柯捷,陆太进,杨立信,宋中华.《合成钻石鉴定与分级》团体标准研制思考[A]. 珠宝与科技——中国国际珠宝首饰学术交流会论文集[C],2019:33-37.
[6]  张蓓莉. 系统宝石学[M]. 北京: 地质出版社. 2006: 122.
[7]  Christopher M,Breeding,Shigley J E. The ‘type’ classification system of diamonds and its importance in gemology[J]. Gems & Gemology,2009,45(2): 96-111.
[8]  梁榕,兰延,张天阳,陆太进,陈慕雨,王小清,张小虎. 山东产大颗粒高温高压合成钻石的多种谱学方法研究[J]. 光谱学与光谱分析,2019,39(6): 1840-1845.
[9]  胡志鲲,马遇伯,都灵. 国内某公司大颗粒CVD合成钻石毛胚的谱学特征及特殊发光性[A]. 珠宝与科技——中国国际珠宝首饰学术交流会论文集[C],2017: 29-32.  
[10]  许颖倩,谢 晶,鲁先虎,王新民. NGTC发现淡蓝色Ⅱb型高压高温合成钻石[J]. 宝石和宝石学杂志, 2018,20(4): 46-47.
[11]  兰延,丁汀,陈春,梁榕,张小虎,王小清,陈慕雨,黎辉煌,张天阳. 山东无色高温高压合成钻石的宝石学研究[A]. 中国国际珠宝首饰学术交流会论文集(2017)[C],2017:5-10.
[12]  吴旭旭,陆太进,张健,宋中华,唐诗,陈华,柯捷,刘厚祥,何明跃. 宁波晶钻公司 CVD合成钻石的宝石学特征及其与国外Ⅱa公司的对比研究[J]. 宝石和宝石学杂志(中英文),2019,21(6): 15-23.
 
 

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