鉆石顏色分級的定量探討①

楊 曄，陳美華，胡 葳

（中國地質大學珠寶學院，湖北 武漢 430074）

引言

目前國外已有許多寶石研究機構致力于寶石顏色測量技術的研究，并已有成功開發鉆石測色儀器的相關報道。主要有以下4種儀器的報道，以色列Gran計算機工業（股份）有限公司生產的DC3000 Gran型鉆石色度計，金剛石寶石實驗室（Adamas Gemological Laboratory）研制的SAS2000型分光光度計［1］，國際鉆石實驗室（International Diamond Laboratories）研制的鉆石顏色自動分級儀，Sarin技術有限公司研制的Colibri分級儀。而國內目前還沒有鉆石顏色分級儀研發成功的相關報道，本文采用USB4000光纖光譜儀對I—MN 5個色級的鉆石進行了測試，初步探討了這5個色級鉆石顏色分級色度學參數的范圍，為以后用儀器對鉆石顏色進行分級做了初步的探討。

1 研究背景

人眼能識別顏色的三種特性：色調、明度、飽和度。這三者即為顏色三要素［2］。

色調指彩色之間彼此相互區分的特性，表示紅、黃、綠、藍、紫等［3］。由光的主波長決定，不同的主波長對應的色調不同（表1）。

表1 主波長與顏色的對應關系Table 1 The relationships between dominant wavelength and color

飽和度：指彩色的濃度或彩色光所呈現顏色的深淺和鮮艷程度。對于同一色調的彩色光，飽和度越高，顏色就越深。飽和度用興奮純度來表示。

明度：人眼對所觀察寶石表面的明暗程度的感覺，與進入人眼的光亮度相關，光亮度越大，明度越大。明度用亮度純度來表示。

2 鉆石顏色的測量實驗

本實驗采用世界海洋光學公司生產的USB4000光纖光譜儀進行測試。測量波長范圍為380～700nm，光纖與鉆石臺面呈90度反射，常溫測試，照明光源為D65，視場為20，波長間隔為0.12nm，采集積分時間為100ms。實驗標本為I—MN 5個色級（I色級12顆，J色級10顆，K色級13顆，L色級12顆，MN色級9顆）55顆顏色為淡黃－黃色的標準圓刻面型鉆石。

3 實驗結果

3.1 實驗數據的分析

表2是對各色級鉆石所得色度學參數的一個總結，所測淡黃色到黃色鉆石的主波長都落在550～590nm范圍內，這表示所測鉆石的色調為黃色［5］，與眼睛所觀察一致。且隨著色級的增加，主波長呈現遞減的趨勢。從興奮純度來看，隨著色級的增加，鉆石的興奮純度大體呈上升的趨勢。色度坐標中x，y，z分別代表了紅色、綠色、藍色所占的比例，由表中可以看出，隨著色級的增加，藍色所占的比例依次減小，紅色與綠色的和所占的比例在增加，由顏色匹配方程紅色＋綠色＝黃色，可知黃色所占的比例在增加［6］。這與興奮純度顯示的結果相一致。從亮度純度來看，亮度純度隨著色級的增加也呈現遞增的趨勢。表明鉆石色級增加時，其接近光譜色顏色的程度越深。

基于本實驗，將所有淡黃色到黃色鉆石標本的數據通過波長、興奮純度和亮度純度進行統計和分類，得出了各色級的大致范圍（表2）。

表2 各色級色度學參數Table 2 The colorimetry data of different color grade

3.2 色品圖結果分析

將所得的各個點投到色品圖上可以更直觀地觀察各色級之間的相互聯系與規律，可對鉆石標本的色度參數規律進行定性的分析。分別選取了I—MN色級各1顆鉆石標本（編號分別為289、175、92、41、216）進行色品圖規律的研究（圖1）。將所得的點與光源D65所對應的坐標相連并延長，與馬蹄形圖相交的點所對應的波長為570nm左右，表明鉆石色調為黃色。為了進一步觀察其特點，將色品圖進行放大（圖2）。在圖2中，5個色級的點基本上分布于直線兩側，且由內向外順序依次為I、J、K、L、MN色級。在色品圖中，越靠近馬蹄形圖中主波長所對應的點，其飽和度就越高。在圖2中，飽和度大小依次為MN＞L＞K＞J＞I。

圖1 I—MN色級鉆石的色品圖Fig.1 Chromaticity diagram of color grade I to MN

圖2 五個色級鉆石局部放大色品圖Fig.2 The amplified chromaticity diagram of five different color grades

3.3 I—MN色級紫外—可見光光譜的分析

實驗結果如圖3所示，鉆石標本具有N3（396、405、417）和 N2（453、480）的吸收峰［7］。雖然480nm的吸收比417nm吸收峰弱很多，但人眼對光的響應在480nm處比417nm處靈敏許多［8］，所以N2對鉆石顏色的影響大于N3，N2吸收了藍光，從而使鉆石呈現其補色的顏色，即淡黃色。圖3中，N3中心引起的480nm的吸收峰從弱到強的順序為I＜J＜K＜L＜MN，這與鉆石色級的排列順序一致。這是因為當鉆石對藍光吸收越強時，黃色消色成分的比例就越少，則黃色的飽和度也就越高［9］。綜上所述，可以通過紫外可見吸收光譜對鉆石的色調與飽和度大小進行定性的判斷。

圖3 I—MN色級鉆石紫外吸收光譜對比Fig.3 UV－Vis absorption spectrum of color grade I to MN

4 結論

運用色度學原理，對鉆石色度學參數、色品圖和紫外可見吸收光譜的測定，可以有效地對鉆石色級信息進行歸納和總結，進而建立鉆石顏色量化體系，并運用到實際分級工作中。由于標本所限，影響鉆石顏色測試的因素很多，本研究還需要進一步的探討，例如從單一影響因素（熒光、切工、鉆石大小等）進行探討，研究它們對鉆石顏色的影響，將大量鉆石測量所得的數據及圖譜進行分類總結，確定各色級鉆石參數范圍，并將儀器進行改進，最終實現對鉆石顏色分級量化的目的。

［1］http：／／www.adamasgem.org／sas2000.html.

［2］湯順青.色度學［M］.北京：北京理工大學出版社，1990：36－190.

［3］胡威捷，湯順青，朱正芳.現代顏色技術原理及應用［M］.北京：北京理工大學出版社，2007.

［4］陳福，武麗華，趙恩錄，等.顏色玻璃概論［M］.北京：化學工業出版社，2009.

［5］王蓉，袁心強.翡翠顏色色度學測量的可行性研究［J］.寶石和寶石學雜志，2007，9（2）：20－28.

［6］呂善模.國外羊毛試驗方法標準綜述之八—原毛顏色的測定方法［J］.中國纖檢，2003（4）：32－36.

［7］Collins A.T.Colour centers in diamond［J］.Journal of Gemmology，1982，18 （1）：37－75.

［8］謝先德.中國寶玉石礦物物理學［M］.廣州：廣東科技出版社，1999：32－46.

［9］Collins A.T.The colour of diamond and how it may be changed［J］.Journal of Gemmology，2001，27（6）：341－359.