天然粉色鉆石的多光譜鑒定特征

孔 燁，俞丹燕，劉晉華，汪鑫燕，彭秋瑾,嚴(yán)雪俊

(浙江方圓檢測(cè)集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州 310013)

0 引言

在彩色鉆石中，粉色鉆石是非常稀有且珍貴的，尤其是大顆粒且顏色濃度高的更是拍賣會(huì)上的珍品。世界上90%的粉鉆都來自澳大利亞的Argyle礦,在2020年末，該礦結(jié)束了長達(dá)37年的開采作業(yè)。據(jù)前人研究，天然粉色鉆石都為Ia型和IIa型[1]。前人大都通過紫外可見光譜和不同激光強(qiáng)度下的光致發(fā)光光譜儀對(duì)鉆石進(jìn)行內(nèi)部缺陷的探究，也有采用DiamondViewTM進(jìn)行鉆石的熒光特征的觀察等[2]。天然粉色鉆石的顏色絕大多數(shù)是由于尚未確定的550 nm 處的色心缺陷吸收所致，可能與剪切應(yīng)力和自然塑性變形相關(guān)的缺陷有關(guān)，極少情況下是由于N-V 色心缺陷導(dǎo)致的粉色[1,3]。

市場上也發(fā)現(xiàn)了高溫高壓合成粉色鉆石，Ia型褐色鉆石經(jīng)高溫高壓處理形成的粉色鉆石[4]，經(jīng)輻照處理的粉紅色I(xiàn)Ia型鉆石[5]的出現(xiàn)，當(dāng)鉆石的紅外光譜中同時(shí)出現(xiàn)了1175、1282、1344 cm-1，紫外可見光譜中出現(xiàn)了986 nm(H2)吸收峰，則極有可能為高溫高壓處理鉆石[6]。高溫高壓處理鉆石和輻照處理粉色鉆石的顏色是由N-V色心缺陷導(dǎo)致，在光致發(fā)光光譜中會(huì)出現(xiàn)575 nm和637 nm的發(fā)光峰。國內(nèi)對(duì)天然粉色鉆石的文獻(xiàn)報(bào)道較少，本文對(duì)粉色鉆石的常規(guī)寶石學(xué)特征、紅外光譜、紫外可見光譜和405 nm激發(fā)光源的光致發(fā)光光譜進(jìn)行一系列的研究分析，旨在為國內(nèi)珠寶檢測(cè)機(jī)構(gòu)的日常檢測(cè)提供一些理論與數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)樣品及測(cè)試方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

本次實(shí)驗(yàn)樣品為3顆帶有微弱粉色的天然鉆石P-1、P-2和P-3(圖1)，分別為0.0083 g、0.0098 g和0.0133 g。

圖1 代表性樣品(a：P-1；b：P-2；c：P-3)

鉆石熒磷光特征采用De Beers(戴比爾斯)SNYTHdetect 鉆石篩查儀檢測(cè)。熒光觀察時(shí)Sensor Gain(dB)參數(shù)設(shè)置為25，Digital Gain參數(shù)設(shè)置為1.0、 Exposure Delay(μS)參設(shè)設(shè)置為11、Exposure Time(μS)參數(shù)設(shè)置為19。熒光圖像(圖2)的獲取采用設(shè)備自帶譜圖軟件獲得。由圖像可知3顆樣品在長鱗光下都不發(fā)光，絕大多數(shù)天然鉆石在長磷光下都不發(fā)光，樣品P-1、P-2在短磷光下呈藍(lán)白色，樣品P-3在短磷光下呈黃綠色(圖2)。

圖2 樣品的熒磷光現(xiàn)象

1.2 測(cè)試方法

分別采用紅外光譜儀、紫外-可見光光譜儀和光致發(fā)光光譜儀來對(duì)粉色鉆石進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

紅外光譜主要是用來分析鉆石的類型，本次紅外測(cè)試使用的儀器型號(hào)為Thermo Nicolet is5，背景掃描次數(shù)32，分辨率4 cm-1，樣品掃描次數(shù)32，采用漫反射法。

紫外-可見光譜主要是用來分析鉆石的呈色機(jī)理等特征，本次紫外-可見實(shí)驗(yàn)使用的儀器型號(hào)為標(biāo)旗光電GEM-3000，積分時(shí)間為90 s，平均次數(shù)為10，平滑寬度為1，波長范圍為200～1000 nm，采用反射法。

光致發(fā)光光譜主要是用來分析鉆石內(nèi)部的光學(xué)缺陷等特征，本次光致發(fā)光實(shí)驗(yàn)使用的儀器型號(hào)為標(biāo)旗光電GEM-3000，積分時(shí)間為90 s，平均次數(shù)為10，平滑寬度為1，波長范圍為200～1000 nm，405 nm的激發(fā)光源，激光強(qiáng)度為20%。分別在液氮條件下(約77K)和室溫條件下(約293K)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

由鉆石的紅外光譜圖中可知(圖3)，樣品P-3在3106 cm-1左右出現(xiàn)一個(gè)紅外吸收峰，并伴隨著1404 cm-1的弱峰，該峰與氫雜質(zhì)有關(guān)，主要為乙烯基團(tuán)中C-H鍵振動(dòng)吸收峰；同時(shí)還出現(xiàn)了2922 cm-1和2850 cm-1的吸收峰，主要為sp3雜化C-H鍵的振動(dòng)吸收峰，樣品P-1出現(xiàn)了2922 cm-1的吸收峰，樣品P-2在2916 cm-1和2851 cm-1左右出現(xiàn)了吸收峰。氫主要存在于Ia型鉆石中，極少情況下也可能在合成鉆石的后期加熱中引入[7]。樣品P1和P-2分別在1366和1369 cm-1發(fā)現(xiàn)一個(gè)吸收峰，樣品P-3在1361 cm-1發(fā)現(xiàn)一個(gè)極微弱的峰，說明樣品P-3中氮的含量很少，在1361～1369 cm-1范圍內(nèi)的吸收峰為片晶氮的特征峰，屬于IaB型鉆石[8]。

圖3 樣品的紅外光譜圖

本次實(shí)驗(yàn)的3個(gè)樣品在紫外可見光譜圖(圖4)中都出現(xiàn)了550 nm左右的寬吸收帶，該吸收帶是樣品呈現(xiàn)粉色的原因，絕大部分天然粉色鉆石都會(huì)出現(xiàn)550 nm左右的寬吸收帶，該吸收帶可能與塑性變形有關(guān)，但具體缺陷模式尚不明確[3]。

圖4 樣品的紫外-可見光譜圖

由樣品的光致發(fā)光光譜圖可知(圖5)，3個(gè)樣品中都出現(xiàn)了415 nm的吸收峰，并在415～460 nm范圍內(nèi)出現(xiàn)了424、435、445、452與460 nm等附近的峰值，與N3中心有關(guān)[9]。同時(shí)樣品P-1中還出現(xiàn)了519 nm的發(fā)光峰，初步推測(cè)為(N-V-N)0光學(xué)缺陷[9]。

圖5 樣品的光致發(fā)光光譜圖

3 結(jié)論

通過常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試、紅外光譜、紫外可見漫反射光譜和光致發(fā)光光譜對(duì)3顆天然粉色鉆石進(jìn)行寶石與光譜特征研究，得出以下結(jié)論：

(1)本文測(cè)試樣品均為IaB型鉆石，在1361 cm-1附近均發(fā)現(xiàn)了片氮晶的特征峰，并發(fā)現(xiàn)了3107、2922、2850、1045 cm-1附近與氫相關(guān)的特征峰，氫峰主要存在于Ia型鉆石中。

(2)在紫外可見光光譜中發(fā)現(xiàn)3個(gè)樣品都在550 nm附近存在一個(gè)寬吸收帶，絕大多數(shù)天然粉色鉆石都存在該吸收帶，該吸收帶可能與塑性變形有關(guān)，但具體缺陷類型還有待進(jìn)一步研究。

(3)在以405 nm為激發(fā)光源的光致發(fā)光光譜中發(fā)現(xiàn)，3個(gè)樣品在415～460 nm附近出現(xiàn)的一系列的發(fā)光峰與N3中心有關(guān)。本次實(shí)驗(yàn)樣品較少，且顏色都較淺，后續(xù)研究中可收集更多樣品進(jìn)行多方面的實(shí)驗(yàn)研究，并與高溫高壓合成鉆石、高溫高壓處理鉆石、輻照處理鉆石進(jìn)行譜學(xué)上的對(duì)比分析研究。