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,嚴雪俊

(浙江方圓檢測集團股份有限公司，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，該礦結束了長達37年的開采作業。據前人研究，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度下的光致發光光譜儀對鉆石進行內部缺陷的探究，也有采用DiamondViewTM進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，可能與剪切應力和自然塑性變形相關的缺陷有關，極少情況下是由于N-V 色心缺陷導致的粉色[1,3]。

市場上也發現了高溫高壓合成粉色鉆石，Ia型褐色鉆石經高溫高壓處理形成的粉色鉆石[4]，經輻照處理的粉紅色IIa型鉆石[5]的出現，當鉆石的紅外光譜中同時出現了1175、1282、1344 cm-1，紫外可見光譜中出現了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色心缺陷導致，在光致發光光譜中會出現575 nm和637 nm的發光峰。國內對天然粉色鉆石的文獻報道較少，本文對粉色鉆石的常規寶石學特征、紅外光譜、紫外可見光譜和405 nm激發光源的光致發光光譜進行一系列的研究分析，旨在為國內珠寶檢測機構的日常檢測提供一些理論與數據支撐。

1 實驗樣品及測試方法

1.1 實驗樣品

本次實驗樣品為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。熒光觀察時Sensor Gain(dB)參數設置為25，Digital Gain參數設置為1.0、 Exposure Delay(μS)參設設置為11、Exposure Time(μS)參數設置為19。熒光圖像(圖2)的獲取采用設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光，絕大多數天然鉆石在長磷光下都不發光，樣品P-1、P-2在短磷光下呈藍白色，樣品P-3在短磷光下呈黃綠色(圖2)。

圖2 樣品的熒磷光現象

1.2 測試方法

分別采用紅外光譜儀、紫外-可見光光譜儀和光致發光光譜儀來對粉色鉆石進行測試實驗。

紅外光譜主要是用來分析鉆石的類型，本次紅外測試使用的儀器型號為Thermo Nicolet is5，背景掃描次數32，分辨率4 cm-1，樣品掃描次數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理等特征，本次紫外-可見實驗使用的儀器型號為標旗光電GEM-3000，積分時間為90 s，平均次數為10，平滑寬度為1，波長范圍為200～1000 nm，采用反射法。

光致發光光譜主要是用來分析鉆石內部的光學缺陷等特征，本次光致發光實驗使用的儀器型號為標旗光電GEM-3000，積分時間為90 s，平均次數為10，平滑寬度為1，波長范圍為200～1000 nm，405 nm的激發光源，激光強度為20%。分別在液氮條件下(約77K)和室溫條件下(約293K)對樣品進行測試。

2 結果與討論

由鉆石的紅外光譜圖中可知(圖3)，樣品P-3在3106 cm-1左右出現一個紅外吸收峰，并伴隨著1404 cm-1的弱峰，該峰與氫雜質有關，主要為乙烯基團中C-H鍵振動吸收峰；同時還出現了2922 cm-1和2850 cm-1的吸收峰，主要為sp3雜化C-H鍵的振動吸收峰，樣品P-1出現了2922 cm-1的吸收峰，樣品P-2在2916 cm-1和2851 cm-1左右出現了吸收峰。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發現一個吸收峰，樣品P-3在1361 cm-1發現一個極微弱的峰，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

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

圖4 樣品的紫外-可見光譜圖

由樣品的光致發光光譜圖可知(圖5)，3個樣品中都出現了415 nm的吸收峰，并在415～460 nm范圍內出現了424、435、445、452與460 nm等附近的峰值，與N3中心有關[9]。同時樣品P-1中還出現了519 nm的發光峰，初步推測為(N-V-N)0光學缺陷[9]。

圖5 樣品的光致發光光譜圖

3 結論

通過常規寶石學測試、紅外光譜、紫外可見漫反射光譜和光致發光光譜對3顆天然粉色鉆石進行寶石與光譜特征研究，得出以下結論：

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

(2)在紫外可見光光譜中發現3個樣品都在550 nm附近存在一個寬吸收帶，絕大多數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，但具體缺陷類型還有待進一步研究。

(3)在以405 nm為激發光源的光致發光光譜中發現，3個樣品在415～460 nm附近出現的一系列的發光峰與N3中心有關。本次實驗樣品較少，且顏色都較淺，后續研究中可收集更多樣品進行多方面的實驗研究，并與高溫高壓合成鉆石、高溫高壓處理鉆石、輻照處理鉆石進行譜學上的對比分析研究。