鉆石與合成鉆石的鑒定

徐麟

【摘 要】長期以來，合成鉆石或由于粒度小或由于成本昂貴，一直未具有商業(yè)價值，對合成鉆石的鑒定研究也為人們所忽視。隨著合成技術(shù)的不斷改進和完善，合成鉆石已成為商業(yè)事實，鑒別天然鉆石和合成鉆石已成為當務(wù)之急。本文從內(nèi)部結(jié)構(gòu)、紫外熒光、分光檢查、紅外光譜分析等幾個方面對天然鉆石及合成鉆石的鑒別特征進行簡單介紹。

【關(guān)鍵詞】鉆石 合成鉆石 鑒定

鉆石有“寶石之王”之稱，是當前公認的世上最珍貴的寶石，堅硬無比，光彩璀璨，獨一無二。但是天然礦石的儲量卻極其稀少，加之開采困難，滿足不了工業(yè)生產(chǎn)及日常消費需求。傳統(tǒng)HTHP合成鉆石工藝嚴格，成本高，沒有生成商業(yè)價值[1]。20世紀90年代之后，鉆石合成技術(shù)不斷改進完善，幾乎可以以假亂真，合成鉆石已經(jīng)具備商業(yè)事實。我國合成鉆石市場不斷擴大，目前市場上不少鉆石皆是這類合成鉆石，魚目混珠，對鉆石市場造成了極大沖擊，這給鉆石的鑒定又提出了新的課題與挑戰(zhàn)。

一、鉆石及鉆石種類

鉆石基本化學元素是C，是一種由碳原子所組成的等軸晶系的天然礦物，為均質(zhì)體，其中也多含有 N、B、H 等一些微量元素。鉆石的密度為3.52（±0.01）g/cm3，摩氏硬度為10，有典型金剛光澤，色散值為0.044，折射率為2.417[2]。鉆石最常見的微量元素是N元素，N以類質(zhì)同象形式替代C進入晶格。氮原子的含量和存在形式對鉆石的性質(zhì)有重要影響，同時也是鉆石分類的依據(jù)。

天然鉆石按照N含量多少及N存在方式的不同可分成如下四種形式：1.Ia型。在這種鉆石中N為聚合狀態(tài)，自然界中的鉆石約98%屬于這種類型。N的聚合狀態(tài)多表現(xiàn)為：2個、3個、4-9個N存在。2.Ib型。鉆石內(nèi)N孤立存在，天然的孤氮類鉆石非常稀少。3.IIa型。鉆石內(nèi)不含氮或者是N的質(zhì)量分數(shù)很小，小于0.001%。4.IIb型。鉆石內(nèi)含有少量的硼。

二、合成鉆石及其分類

合成鉆石是指在實驗室或工廠里通過一定的技術(shù)與工藝流程制造出來的與天然鉆石的外觀、化學成分和晶體結(jié)構(gòu)完全相同的晶體。

目前合成寶石級鉆石的方法主要是高溫高壓法（HTHP法）和化學氣相沉積法（CVD法）[3]。

三、鉆石與合成鉆石的鑒定

鑒于天然鉆石及合成鉆石在形成條件上的不同，合成鉆石中很多寶石學特征同天然鉆石是不同的，這也是兩者進行鑒定的主要基礎(chǔ)。下面我們從幾個方面對天然鉆石及合成鉆石的鑒定進行闡述。

（一）內(nèi)部特征

1.包裹體：通過寶石顯微鏡對兩者包裹體進行仔細觀察就能夠快速、準確地將兩者區(qū)別出來。如果寶石顯微鏡下可以見到石榴子石、鉆石負晶、頑火輝石或者是透輝石等透明的有色或者是無色的一些礦物包裹體，這就是天然鉆石[4]。反之，如果寶石顯微鏡下可以見到外表大而圓、存在磁性的不透明的礦物包裹體，且包裹體在放射光下可見金屬光澤，這就是HTHP合成鉆石。而這些金屬包裹體大小混雜，形態(tài)相似，雜質(zhì)通過化學分析多為少量鐵及金屬鎳。CVD合成鉆石內(nèi)部包體較少，個別可見到針點狀包體，可沿某一個面分布或雜亂分布，還有小的黑色不規(guī)則顆粒。CVD合成鉆石中不會出現(xiàn)金屬包體，也不會有磁性。

2.生長結(jié)構(gòu)：如果鉆石凈度高，檢查中包裹體難以發(fā)現(xiàn)，但是對鉆石內(nèi)部生長結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)檢查也能夠?qū)μ烊汇@石及合成鉆石進行區(qū)分。如果鉆石的腰棱上面或者是附近存在一些原始晶體在表面殘留，也就是說出現(xiàn)呈平行規(guī)則所排列的一些三角形的凹坑的話，具有這種生長結(jié)構(gòu)的屬于天然鉆石。而HTHP合成鉆石具有樹枝狀、蕨葉狀、階梯狀生長紋；含N的CVD合成鉆石在⊥{100}切面上可看到密集的斜條紋，這是CVD含N合成鉆石的一個重要鑒別特征，且經(jīng)高溫高壓處理后條紋仍然可見。

3.顏色分帶：對鉆石的色帶分布特點進行分析也是區(qū)分天然鉆石及合成鉆石的一個比較有力的依據(jù)。將鉆石置于散射照明條件之下，如果在此環(huán)境下能夠在鉆石上面觀察到呈平行密集分布的褐色色帶，這樣的鉆石就是天然鉆石；而如果只能觀察到同“砂鐘”樣生長結(jié)構(gòu)相關(guān)的色帶的話，這樣的鉆石就是HTHP合成鉆石；在⊥晶體生長方向觀察，部分CVD合成鉆石可看到顏色的成層分布，含N的褐色合成鉆石可見褐色條帶，而含B的藍色合成鉆石為藍色條帶。

（二）紫外熒光

在天然鉆石及合成鉆石區(qū)分上，紫外熒光非常有效。紫外熒光下，天然鉆石及合成鉆石兩者在顏色的分布上存在顯著差異。紫外熒光下，長波下鉆石呈現(xiàn)出藍白色的熒光，而短波下則呈現(xiàn)為弱黃色熒光，具有這種熒光特點的鉆石是天然鉆石。并且天然鉆石的這種熒光效果多呈帶狀來分布，效果并不均勻。而如果紫外熒光下，長波及短波下，鉆石均呈現(xiàn)黃綠色的熒光，且短波下熒光強度明顯高于長波下的熒光強度，那么具有這種熒光特點的鉆石是合成鉆石。并且合成鉆石的這種熒光效果多呈八邊形或者是十字形分布。

（三）分光檢查

截止到當前為止，對于合成鉆石來說，多數(shù)寶石級鉆石在顏色上是黃色或是黃褐色的。因此在鑒別上需要通過手持式或者是臺式的分光鏡來進行光譜檢查。無色-淺黃色天然鉆石具有Cape線，即具有415nm、452nm、465nm和478nm吸收線，在經(jīng)過輻照退火處理之后，天然鉆石會在496nm、503nm、595nm、637nm的位置處顯示吸收譜線[5]，特別是415nm吸收線的存在是指示無色-淺黃色鉆石為天然鉆石的確切證據(jù)。用鉆石快速鑒定儀做檢測時，缺乏415nm吸收譜線不能說明鉆石屬于合成鉆石，需要參照其他特征進行進一步的證明。HTHP合成鉆石多會在可見光譜的470～700nm范圍位置呈現(xiàn)出吸收帶，這主要是因為合成鉆石在加工過程中，助溶劑使用的是金屬鎳（Ni）所引起的。但是當前合成鉆石中多數(shù)類型為Ib型的合成鉆石，因此可見光譜內(nèi)不會出現(xiàn)明顯的吸收峰值。

（四）紅外光譜分析

隨著檢測技術(shù)的進一步發(fā)展，利用紅外光譜分析可以迅速有效地區(qū)分天然和合成鉆石。天然鉆石主要為Ia型，紅外光譜分析中含有集合N的吸收峰，如1175cm-1和1282cm-1吸收峰；而HTHP合成鉆石多為Ib型，紅外光譜分析顯示1130cm-1吸收峰，無其他與N有關(guān)的伴生峰；對于CVD合成鉆石來說，8753cm-1、7354cm-1、6856cm-1、6425cm-1、5564cm-1、3323cm-1、3123cm-1的吸收峰對于含N的CVD合成鉆石是有特征的，但經(jīng)高溫高壓處理后會消失。其中3123cm-1吸收峰是CVD合成鉆石的典型吸收。

（五）光致發(fā)光光譜與陰極發(fā)光光譜

只有CVD合成鉆石才會出現(xiàn)467nm、533nm的吸收峰，但經(jīng)過高溫高壓處理后該吸收峰消失。596nm和597nm的吸收可作為含N的合成鉆石的鑒別特征，但并不是所有的CVD含N合成鉆石都有此兩處峰。

（六） 紫外——可見光吸收光譜

356nm、520nm、596nm、625nm處的吸收對于含N的CVD合成鉆石具有鑒別意義，但經(jīng)高溫高壓處理后會消失。它們不會出現(xiàn)在天然鉆石和HTHP合成鉆石中。

（七）磁性檢查

在HTHP合成鉆石內(nèi)通常會包含一些金屬包體，而這些金屬包體不論是大還是小，多數(shù)都能夠通過肉眼觀察到。并且這些金屬包體多具備磁性，能夠被磁鐵等一些高強磁性物質(zhì)所吸引。因此檢查中，可將鉆石拴系到一條絲線的上面，檢查時擋住氣流，并讓磁鐵靠近鉆石，輕輕擺動，如果鉆石會隨著磁鐵的來回擺動而呈現(xiàn)出平行擺動，就可以證明是合成鉆石；而如果鉆石毫無反應(yīng)，就可以證明是天然鉆石。但是需要注意的是，一些天然鉆石也會存在一些微弱的磁性，此時需要再參照鉆石其他的特征來進行鑒別。

當然這里所提到的對天然鉆石及合成鉆石進行鑒別的七個方面特征并不一定能夠在每個合成鉆石中都可以全部出現(xiàn)，在鑒別過程中需要對鉆石進行綜合鑒定。

四、結(jié)語

隨著科技的不斷進步，合成鉆石商業(yè)化越來越明顯，而鉆石檢查鑒定工作也更具備挑戰(zhàn)性，在鑒別過程中必須更細致全面，需要制定一套系統(tǒng)性的鑒別程序，這樣才能夠讓天然鉆石及合成鉆石的鑒定方法更為成熟。

注釋：

[1]嚴俊，劉曉波，陶金波等.天然鉆石與合成鉆石的鉆石觀測儀鑒定特征研究[J].光學學報，2015，（10）：161-169.

[2]李倩，李文宣.合成及改色鉆石的鑒定特征[J].寶石和寶石學雜志，2014，16（6）：21-27.

[3]龐博文.天然鉆石與人工合成碳硅石的鑒別分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016，（6）：227-227.

[4]嚴俊，王小祥，陶金波等.天然鉆石與合成鉆石的特異性光譜初步研究[J].光譜學與光譜分析，2015，（10）：2723-2729.

[5]薛源，何雪梅，謝天琪.高溫高壓合成黃色鉆石顏色成因及改色機理探討[J].巖石礦物學雜志， 2014，巖石礦物學雜志，2014，（增刊1）：120-130.（S1）：120-130.