傅立叶变换红外光谱仪

宝石在红外光的照射下，引起晶格（分子）、络阴离子团和配位基的振动能级发生跃迁，并吸收相应的红外光而产生的光谱称为红外光谱。19世纪初，人们通过实验证实了红外光的存在。20世纪初，人们进一步系统地了解了不同官能团具有不同红外吸收频率这一事实。1950年以后出现了自动记录式红外分光光度计。随着计算机科学的进步，1970年以后出现了傅立叶变换红外光谱仪。近年来，红外测定技术如反射红外、显微红外、光声光谱以及色谱－红外联用等得到不断发展和完善，红外光谱法在宝石鉴定与研究领域得到了广泛的应用。

一、基本原理

能量在4000～400cm-1的红外光不足以使样品产生分子电子能级的跃迁，而只是振动能级与转动能级的跃迁。由于每个振动能级的变化都伴随许多转动能级的变化，因此红外光谱属一种带状光谱。分子在振动和转动过程中，当分子振动伴随偶极矩改变时，分子内电荷分布变化会产生交变电场，当其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收。

红外光谱产生的条件：①辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；②辐射与物质间有相互偶合作用。例对称分子没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性，如N2、O2、Cl2等。而非对称分子有偶极矩，具红外活性。

（一）多原子分子的振动

多原子分子由于原子数目增多，组成分子的键或基团和空间结构不同，其分子真实振动光谱比双原子分子要复杂，但在一定条件下作为很好的近似，分子一切可能的任意复杂的振动方式都可以看成是有限数量的且相互独立的和比较简单的振动方式的叠加，这些相对简单的振动称为简正振动。

（二）简正振动的基本形式

一般将简正振动形式分成两类：伸缩振动和弯曲振动（变形振动）。

1伸缩振动

指原子间的距离沿键轴方向发生周期性变化，而键角不变的振动称为伸缩振动，通常分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动。对同一基团，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动，而官能团的伸缩振动一般出现在高波数区。

2弯曲振动（又称变形振动）

指具有一个共有原子的两个化学键键角的变化，或与某一原子团内各原子间的相互运动无关的、原子团整体相对于分子内其他部分的运动。多表现为键角发生周期变化而键长不变。变形振动又分为面内变形和面外变形振动。面内变形振动又分为剪式和平面摇摆振动。面外变形振动又分为非平面摇摆和扭曲振动（见图2-2-12）。

图2-2-12 简正振动的基本形式

“＋”表示运动方向垂直于纸面向里；“－”表示运动方向垂直于纸面向外

（三）红外光区的划分

红外光谱位于可见光和微波区之间，即波长约为078～1000μm范围内的电磁波，通常将整个红外光区分为以下三个部分：

1远红外光区

波长范围为25～1000μm，波数范围为400～10cm-1。该区的红外吸收谱带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、振动－转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。在宝石学中应用极少。

2中红外光区

波长范围为25～25μm，波数范围为4000～400cm-1。即振动光谱区。它涉及分子的基频振动，绝大多数宝石的基频吸收带出现在该区。基频振动是红外光谱中吸收最强的振动类型，在宝石学中应用极为广泛。通常将这个区间分为两个区域，即称基团频率区和指纹区。

基频振动区（又称官能团区），在4000～1500cm-1区域出现的基团特征频率比较稳定，区内红外吸收谱带主要由伸缩振动产生。可利用这一区域特征的红外吸收谱带，去鉴别宝石中可能存在的官能团。

指纹区分布在1500～400cm-1区域，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的红外吸收谱带。该区的振动与整个分子的结构有关，结构不同的分子显示不同的红外吸收谱带，所以这个区域称为指纹区，可以通过该区域的图谱来识别特定的分子结构。

3近红外光区

波长范围为078～25μm，波数范围为12820～4000cm-1，该区吸收谱带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O—H、N—H、C—H）伸缩振动的倍频吸收所致。如绿柱石中OH的基频伸缩振动在3650cm-1，伸/弯振动合频在5250cm-1，一级倍频在7210cm-1处。

二、仪器类型和测试方法

按分光原理，红外光谱仪可分为两大类：即色散型（单光束和双光束红外分光光度计）和干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）。色散型红外光谱仪的主要不足是自身局限性较大，扫描速度慢，灵敏度和分辨率低。目前在宝石测试与研究中，主要采用傅立叶变换红外光谱仪。

在傅立叶变换红外光谱仪中，首先是把光源发出的光经迈克尔逊干涉仪变成干涉光，再让干涉光照射样品。经检测器（探测器—放大器—滤波器）获得干涉图，由计算机将干涉图进行傅立叶变换得到光谱（见图2-2-13至2-2-15）。其特点是：扫描速度快，适合仪器联用；不需要分光，信号强，灵敏度高。

图2-2-13 傅立叶变换红外光谱仪

图2-2-14 傅立叶变换红外光谱仪内部结构

图2-2-15 傅立叶变换红外光谱仪工作原理示意图

用于宝石的红外吸收光谱的测试方法可分为两类，即透射法和反射法。

1透射法

透射法又可分为粉末透射法和直接透射法。粉末透射法属一种有损测试方法，具体方法是将样品研磨成2µm以下的粒径，用溴化钾以1:100～1:200的比例与样品混合并压制成薄片，即可测定宝石矿物的透射红外吸收光谱。直接透射法是将宝石样品直接置于样品台上，由于宝石样品厚度较大，表现出2000cm-1以外波数范围的全吸收，因而难以得到宝石指纹区这一重要的信息。直接透射技术虽属无损测试方法（见图2-2-16），但从中获得有关宝玉石的结构信息十分有限，由此限制了红外吸收光谱的进一步应用。特别对于一些不透明宝玉石、图章石和底部包镶的宝玉石饰品进行鉴定时，则难以具体实施。

2反射法

红外反射光谱是红外光谱测试技术中一个重要的分支，目前在宝玉石的测试与研究中备受关注，根据采用的反射光的类型和附件分为：镜反射、漫反射、衰减全反射和红外显微镜反射法。红外反射光谱（镜、漫反射）在宝石鉴定与研究领域中具有较广阔的应用前景。根据透明或不透明宝石的红外反射光谱表征，有助于获取宝石矿物晶体结构中羟基、水分子的内、外振动，阴离子、络阴离子的伸缩或弯曲振动，分子基团结构单元及配位体对称性等重要的信息，特别是为某些充填处理的宝玉石中有机高分子充填材料的鉴定提供了一种便捷、准确、无损的测试方法（见图2-2-17）。

基于宝石样品的研究对比和鉴定之目的，可分别采用Nicolet550型傅立叶变换红外光谱仪及镜面反射附件和TENSOR-27型傅立叶变换红外光谱仪及“漫反射附件”。在具体测试过程中，视样品的具体情况，采用分段测试的方法（即分为4000～2000cm-1,2000～400cm-1）对相关的宝石样品进行测试。考虑到宝石的红外反射光谱中，由于折射率在红外光谱频率范围的变化（异常色散作用）而导致红外反射谱带产生畸变（似微分谱形），要将这种畸变的红外反射光谱校正为正常的并为珠宝鉴定人员所熟悉的红外吸收光谱，可通过Dispersion校正或Kramers Kronig变换的程序予以消除。具体方法为：若选用Nicolet550型红外光谱仪的镜面反射附件测得宝石红外反射光谱，则采用OMNIC软件内Process下拉菜单中Other Correc-tions里选择Dispersion进行校正；同理，若采用TENSOR-27型红外光谱仪的“漫反射附件”测得宝石的红外反射光谱，可用其OPUS软件内谱图处理下拉菜单中选择Kramers Kronig变换予以校正（简称K-K变换）。下文中，将经过Dispersion校正或K-K变换的红外反射光谱，统称为红外吸收光谱。

图2-2-16 充填处理翡翠红外吸收光谱（透射法）

图2-2-17 白玉及其仿制品的红外吸收光谱（反射法，经K-K转换）

三、宝石学中的应用

红外吸收光谱是宝石分子结构的具体反映。通常，宝石内分子或官能团在红外吸收光谱中分别具自己特定的红外吸收区域，依据特征的红外吸收谱带的数目、波数位及位移、谱形及谱带强度、谱带分裂状态等项内容，有助于对宝石的红外吸收光谱进行定性表征，以期获得与宝石鉴定相关的重要信息。

1宝石中的羟基、水分子

基频振动（中红外区）作为红外吸收光谱中吸收最强的振动类型，在宝石学中的应用最为广泛。通常将中红外区分为基频区（又称官能团区，4000～1500cm-1）和指纹区（1500～400cm-1）两个区域。

自然界中，含羟基和H2O的天然宝石居多，与之对应的伸缩振动导致的中红外吸收谱带主要集中分布在官能团区3800～3000cm-1波数范围内。而弯曲振动导致的红外吸收谱带则变化较大，多数宝石的红外吸收谱带的位1400～17000cm-1波数范围内。通常情况下，羟基或水分子的具体波数位置，亦受控于宝石中氢键力的大小。至于具体的波数位，则主要取决于各类宝石内的氢键力的大小。与结晶水或结构水相比，吸附水的对称和不对称伸缩振动导致的红外吸收宽谱带中心主要位3400cm-1处。

例如，天然绿松石晶体结构中普遍存在结晶水和吸附水，其中由羟基伸缩振动致红外吸收锐谱带位于3466cm-1、3510cm-1处，而由v（MFeCu—COH）伸缩振动导致的红外吸收谱带则位于3293cm-1、3076 cm-1处，多呈较舒缓的宽谱态展布。同时，在指纹区内显示磷酸盐基团的伸缩与弯曲振动导致的红外吸收谱带。

反之在官能团区域内，吉尔森仿绿松石中明显缺乏天然绿松石所特有的由羟基和水分子伸缩振动致红外吸收谱带，同时显示由高分子聚合物中 不对称伸缩振动致红外吸收锐谱带（2925cm-1）、vs（CH2）对称伸缩振动致红外吸收锐谱带（2853cm-1），同时伴有vas（CH3）不对称伸缩振动致红外吸收锐谱带（2959cm-1）。指纹区内，显示碳酸根基团振动的特征红外吸收谱带。测试结果表明，俗称吉尔森法绿松石实属压制碳酸盐仿绿松石。（见图2-2-18）。

图2-2-18 绿松石与仿绿松石的红外吸收光谱（R%为反射谱，A%经K-K转换）

同理，根据助熔剂法合成祖母绿与水热法合成祖母绿的红外吸收光谱中有无水分子伸缩振动致吸收谱带而给予区分。助熔剂法合成祖母绿是在高温熔融条件下结晶而成，故其结构通道内一般不存在水分子；而水热法合成祖母绿是在水热条件下结晶生长而成，在其结构通道中往往存在不等量的水分子和少量氯酸根离子（矿化剂）。

2钻石中杂质原子的存在形式及类型划分

钻石主要由C原子组成，当其晶格中存在少量的N、B、H等杂质原子时，可使钻石的物理性质如颜色、导热性、导电性等发生明显的变化。基于红外吸收光谱表征，有助于确定杂质原子的成分及存在形式，并作为钻石分类的主要依据之一（见表2-2-1）。

表2-2-1 钻石的类型及红外吸收光谱特征

3人工充填处理宝玉石的鉴别

由两个或两个以上环氧基，并以脂肪族、脂环族或芳香族等官能团为骨架，通过与固化剂反应生成三维网状结构的聚合物类的环氧树脂，多以充填物的形式，广泛应用在人工充填处理翡翠、绿松石及祖母绿等宝玉石中。环氧树脂的种类很多，并且新品种仍不断出现。常见品种为环氧化聚烯烃、过醋酸环氧树脂、环氧烯烃聚合物、环氧氯丙烷树脂、双酚A树脂、环氧氯丙烷－双酚A缩聚物、双环氧氯丙烷树脂等。由图2-2-16可以看出，与蜡质物的红外吸收光谱表征明显不同的是，在充填处理翡翠中，环氧树脂中由苯环伸缩振动致红外吸收弱谱带位3028cm-1处（图中蓝圈处）；与之对应由vas（CH2）不对称伸缩振动致红外吸收谱带位2922cm-1处，而vs（CH2）对称伸缩振动致红外吸收锐谱带则位2850cm-1处（图中红圈处）。

利用镜反射附件对底部封镶的天然翡翠饰品（如铁龙生）进行红外反射光谱测试时，要注意排除粘结在贵金属底托上的胶质物的干扰，因为贵金属底托起到背衬镜的作用，由此反射回的红外光一并穿透胶质物和未处理翡翠样品，有时易显示充填处理翡翠的红外吸收光谱特征。

图2-2-19为充填处理绿松石的红外吸收光谱。官能团区内，除绿松石中羟基、水分子伸缩振动致红外吸收谱带外，在2930cm-1、2857cm-1处显示由外来高分子聚合物中vas（CH2）、vs（CH2）的不对称和对称伸缩振动，其苯环伸缩振动致红外谱带多被v（M—OH）吸收谱带所包络。

4相似宝石种类的鉴别

不同种属的宝石，在其晶体结构、分子配位基结构及化学成分上存在一定的差异，依据各类宝石特征的红外吸收光谱有助于鉴别之。日常检测过程中，检验人员时常会遇到一些不透明或表面抛光较差的翡翠及其相似玉石的鉴别难题，而红外反射光谱则提供了一个快速无损的测试手段。利用红外反射光谱指纹区内硬玉矿物中Si—Onb伸缩振动和Si—Obr—Si及O—Si—O弯曲振动致红外吸收谱带（经K-K变换）的波数位置及位移、谱形及谱带强度、谱带分裂状态等特征，极易将它们区分开（见图2-2-20）。

图2-2-19 绿松石与充填处理绿松石的红外吸收光谱（经K-K转换）

图2-2-20 天然翡翠与仿制品的红外吸收光谱（经K-K转换）

5仿古玉的红外吸收光谱

一些仿古玉器在制作过程中，常采用诸如强酸（如HF酸）腐蚀或高温烘烤等方法进行老化做旧处理。经上述方法处理的玉器表面或呈白（渣）化、或酸蚀残化（斑）、或呈牛毛网纹状，对其玉质的正确鉴别往往带来一定的难度。利用“漫反射红外附件”有助于对这类老化做旧处理玉器进行鉴别。图2-2-21显示，由指纹区内Si—O、Si—O—Si的伸缩振动和弯曲振动致红外吸收谱带，足以证实该玉器的主矿物成分为透闪石（标识为软玉）。

图2-2-21 仿古玉制品的红外吸收光谱（经K-K转换）

很多人买钻石并没什么经验和与钻石相关的专业的知识，所以可能只能根据一些说明书或者是卖钻者得介绍去了解。现在市场上买的钻石有很多事合成的钻石。那合成钻石怎么辨别呢？

1内、外部显微特征

　　a合成钻石内常可见到细小的铁或铁镍合金触媒金属包裹体，在反光条件下观察可见这些包裹体呈金属光泽。

　　b合成钻石的晶面上常会显示不寻常的树枝状生长花纹，在{100}面上可见残留的四边形籽晶片。

　　C天然钻石一般呈八面体或立方体等单形或聚形，而合成钻石则发育由八面体、立方体、菱形十二面体和四角三八面体等单形组成的聚形。这样，在合成钻石中形成多种生长区，显微镜下可观察到相应的生长纹理及不同生长区的颜色差异。

合成钻石鉴别（一）

　　2荧光特征

　　合成钻石在长波紫外灯下常呈惰性，在短波紫外灯下不同生长区呈现差异性发光性。而天然钻石的荧光在长波下往往强于在短波下。

　　3吸收光谱

　　无色浅**天然钻石具有415nm特征吸收线，而合成钻石缺失415nm吸收线。另外，查塔姆合成无色钻石还具有特征的271m紫外吸收峰及2802cm一红外吸收峰

合成钻石鉴别（二）

　　4阴极发光

　　天然钻石通常显示相对均匀的蓝色灰蓝色。而合成钻石通常显示占绝对优势的黄黄绿色，与天然品形成鲜明的对比。另外，合成钻石的阴极发光还具有规则的几何图形(受生长区控制)。分布于晶体四个角顶的八面体生长区发黄绿色光，呈十字交叉状:位于晶体中心的立方体生长区发**光，呈正方形:位于八面体和立方体生长区之间菱形十二面体生长区发蓝色光，呈长方形二

天然蓝色钻石十分罕见，属于 Ⅱb型。天然蓝色钻石不含氮元素，但含极少量的硼元素。硼原子在钻石的晶体中产生一个受子能带。受子能带能够吸收近红外辐射和长波的可见光，因而使钻石呈现蓝色。受子能带与价带之间的能差很小，价带电子在热的作用下即可跃迁到受子能带，使钻石导电，所以蓝色钻石是半导体。

辐射所产生的GR1色心也会使不含氮的无色Ⅱa型钻石产生饱和度较低的蓝色。这种GR1致色的蓝色钻石不含硼，它的红外吸收光谱不具典型的蓝色钻石的吸收峰。

图3-6 北极光彩色钻石珍藏中的一颗艳蓝色钻石（Tino Hammid/Courtesy of Aurora Gem Collection）

图3-6为北极光彩色钻石珍藏的一颗119ct的艳蓝色钻石。蓝色钻石稀有，高饱和度的蓝色钻石更少，饱和度能达到如此之高的蓝色钻石可谓瑰宝。北极光彩色钻石珍藏中有好几颗蓝色钻石的饱和度都很高，达到艳的级别。

合成钻石时加入适量的硼元素即可产生蓝色。在合成钻石过程中，主要是在装填原料时空气中的氮分子会残留其中，所以合成蓝色钻石往往带有绿色。合成蓝色钻石所呈现的偏绿色调是由离散氮元素对短波可见光吸收所造成的。

在所有钻石中最具有传奇和悲剧色彩的是蓝色“霍普”（Hope）钻石（图3—7）。“霍普”钻石的原石产自印度，由法国的旅行探险家塔维涅于 1668年带回法国献给了路易十四世。原重1105ct呈不规则形状的“塔维涅”蓝钻被法国皇家钻匠重新切割成7613ct的心形。此后不久法国皇家就不幸连连。在法国大革命期间，这颗蓝色钻石在皇宫被盗，送到英国被切割成现在的4552ct古典垫型。于1830年，该蓝色钻石被银行家霍普以约18000英镑购得，从此被冠以“霍普”之名。后霍普因赌博导致破产，“霍普”钻石也在1901年被迫出售。后来经珠宝商卡帝亚，“霍普”钻石转手到美国报业大亨麦克林。麦克林得到这颗“霍普”钻石后不幸接连而至，麦克林太太去世后两年，在1949年“霍普”钻石由温斯顿以176920美元购得。1958年，温斯顿用普通邮件将“霍普”钻石寄到史密森尼博物院。这颗有过“魔咒”的“霍普”蓝色钻石从此便静静地陈列在史密森尼博物院的温斯顿展厅，供人观赏。尽管有人把1958年以后美国所有的天灾人祸都归咎于这颗蓝色的“霍普”钻石，且更多的人视它为自然的杰作，欣赏它无与伦比的颜色与魅力。

2007年10月8日一颗604ct的蓝色钻石在苏世比的香港拍卖会上以798万美元的价格被英国伦敦穆塞耶夫珠宝公司（Moussaieff Jewellers）购得，创造了钻石的132万美元/克拉的新记录。这颗604ct蓝色钻石的颜色为彩艳蓝色（Fancy Vivid Blue），净度为内部无瑕（Inter nal Flaw less）。据报道，这颗蓝色钻石可能来自南非的第一矿（Prem ier M ine）。

图3-7 霍普钻石

（刘严摄影/藏收于史密森尼博物院）

艳蓝色，重4552ct，是世界上最著名的蓝色钻石，也是最具有悲剧传奇的钻石

图3-8 著者收藏的一颗蓝色合成钻石

（刘严摄影/刘严收藏）

其颜色是由搀杂的硼元素造成的

图3-9 蓝色钻石及其原石（Robert Weldon/Courtesy of Aurora Gem Collection）

一、热导仪

物质的热能可通过三种方式进行传递：传导、对流和辐射。在室温条件下，主要是传导。

热有四种固有的特性，即热导率、热扩散率、传热系数和比热容。其中热导率对于物质而言是一常数，表示每秒钟通过一定厚度的物质的热量。热导率的测量单位为瓦特每米每摄氏度（W/m·℃）。热导仪是根据宝石的导热性能设计并制造的，它是一种用途较为专一的鉴定仪器。由于在所有宝石中，钻石具有极高的导热性能，因此，热导仪主要用于鉴别钻石及其仿制品（见图2-1-56）。

图2-1-56 热导仪外观

（一）设计原理

对于非均质体晶体而言，因为晶体结构的异向性，不同方向热导率不同。

通常认为热量的传递是通过自由电子和光子进行的。因此，金属的热导率较非金属大，而非晶质体中由于结构单元的无序性，光子产生更多的散射，因此晶体的热导率（λ较非晶体大。然而钻石是一例外，虽为非金属，但其热导率却比金属还要大（见表2-1-4）。其原因是，钻石的热导率与钻石晶体中碳原子振动或共振频率有关。在钻石晶体中，C原子非常轻，而结合的键力却很强。因此，原子的震动或共振频率非常高，并且C原子振动时消耗的能量非常小，热量可以非常迅速地传过钻石而不会被吸收。

表2-1-4 几种材料的热导率

（二）结构

热导仪包括热探针、电源、放大器和读数表四部分。读数表可由信号灯或鸣叫器代替，显示测试结果。电源为热探针供热，并为整个仪器供电。整个热导仪的关键元件是热探针，仪器内部结构如图2-1-57所示。

图2-1-57 热导仪结构示意图

电热元件为铜针，铜针两端连接仪表形成电路，即组成了热电偶。接通电源，经预热，铜针升至一定温度即可测试。当铜针外端与宝石表面接触时，热量传递给宝石，铜针外端降温，温度变化通过热电偶测出，再经过放大器和读数表或蜂鸣器显示结果。

（三）测试

1）待测宝石必须干燥和干净，测试应在室温下进行。

2）打开仪器开关，预热。手握探测器，以直角对准测试宝石，若探头接触了金属托，许多仪器会自动发出警报声。

3）施加一定的压力，仪器显示出光和声信号，得到测试结果。

（四）注意事项

1）热导仪的探头非常精细，因此在使用过程中，必须小心以免损坏。使用完毕应立即盖上保护罩。

2）电池电力不足时应及时更换，以免测量结果不准确。

3）长时间不使用，应将电池取出，以免造成仪器的腐蚀与损坏。

4）定期清洁探头，测试前将探头在一张软纸上轻擦即可。

5）测试裸石时，应使用金属托盘作为底托，热导仪通常有此附件。测试小粒宝石，如分钻，光和声信号可能不会很强。

6）在测试时，铜针应尽可能与测试宝石表面垂直接触。

7）宝石表面应干净、干燥，排除宝石之外的干扰。

8）尽量控制室内空气的流通，如不要急促呼吸，不要正对空调或窗户测试。

二、钻石确认仪（DiamondSureTM）

钻石确认仪（Diamond SureTM）是一种快速的天然钻石筛选仪器（见图2-1-58），可以检测重量在010～10ct范围内的无色—浅**（Cape系列）抛光钻石，它可以在各种环境下对已切磨钻石进行鉴定、对有怀疑的样品建议做进一步检测分析。但是被“建议做进一步检测”的样品，样品必须经附加检验才可确认其准确的产品类别，因为该仪器尚不能识别某些罕见天然钻石（大约占所有普通钻石的1%～2%）。钻石确认仪主要用于检测无色或基本无色的钻石。通常来讲，棕色天然钻石或其他彩色天然钻石鉴别后很容易显示“请进一步检测”，但天然黄钻石例外。该仪器可以鉴别**合成钻石与天然**钻石。钻石确认仪并不适用于其他宝石或钻石仿制品的鉴别分类，也不能用于检测天然钻石进行了何种人工处理，如裂缝填充、辐照或热处理等。

图2-1-58 钻石确认仪（Diamond SureTM）及其显示内容

钻石确认仪操作简便，既可用来检测未镶嵌的钻石，也可检测简单镶嵌过的钻石。检测时，将抛光的待测样品台面朝下放在光纤点中心位置、按“检测”键，这时仪器将自动检测并分析样品的可见光吸收光谱，几秒钟后显示屏上将出现测试结果。如果样品处于良好的检测状态、操作准确，会有以下几种结果之一出现在液晶显示屏上：

1）显示“通过”说明样品为天然钻石，无需做进一步检测。

2）显示“通过，请作热仪检测”的样品，如果在热导仪检测时显示为“钻石”，则该样品为天然钻石。合成立方氧化锆在钻石确认仪上也显示这样的结果，但热导仪检测不会显示为钻石。

3）显示“建议作进一步检测”，如合成钻石将会显示这一结果或者是以下两种结果之一。许多钻石仿制品也会显示这一结果，偶尔在检测天然钻石时也会出现这种信息，尤其是彩色钻石，但是通过常规宝石鉴定就可以确认。

4）显示“请进一步检测（Ⅰb型成分）”：Ⅰb型成分是**合成钻石的特点。在极少数情况下，天然钻石也可能显示此特性（这种极少的天然钻石则被称为“金丝雀黄”）。大部分浅**合成钻石经检测都会显示此结果。

5）显示“请进一步检测（Ⅱ型）”：所有无色天然Ⅱ型钻石、合成Ⅱ型钻石以及钻石仿制品都会显示如此结果。偶尔也会有Ⅰ型钻石检测后显示此信息。如果需要鉴定类别，该仪器的检测结果还需要通过红外吸收光谱分析确认。

6）显示“请进一步测试（碳硅石检测）”：碳硅石一般都能被钻石确认仪辨识，大部分都会显示本条信息。进行一些简单的宝石鉴定测试就可区别碳硅石和钻石。

实验性检测表明天然钻石中大约只有1%的天然钻石在钻石确认仪检测会被要求“建议作进一步检测”，这其中包括了稀少的Ⅱ型钻石和极少部分Ⅰb型钻石，这并不能肯定它们就是合成钻石或钻石仿制品，这种情况下常规的宝石学方法鉴定是不可缺少的。

总之，钻石确认仪是一种天然钻石快速分辨仪器，易于操作，能将所有的合成品及仿制品筛选出去，能识别Ⅱ型钻石和合成碳硅石。DTC对60万粒天然钻石样品进行过测试，98%的天然钻石样品“通过”钻石确认仪检测，不需要其他检测；仅不到2%的样品需要做其他的检测，以判断其是否为天然钻石。

三、钻石观测仪（Diamond ViewTM）

Diamond ViewTM是Diamond SureTM的绝好补充，运用钻石观测仪对样品的荧光图谱进行分析，可对被钻石确认仪“建议作进一步检测”的样品做准确鉴定。 当然，Diamond ViewTM也可以作为检测或研究仪器单独使用。Diamond ViewTM的原理是依据天然钻石与合成钻石的荧光图谱显示不同的生长结构，合成钻石在短波紫外光下呈现特征的生长区结构荧光图谱，从而可与天然钻石相区分。Diamond ViewTM的组成部分包括：电脑及显示屏，照相装置，真空夹持镊子及其他辅助元件（见图2-1-59）。

图2-1-59 钻石观测仪（Diamond ViewTM）

使用时将已抛光的钻石样品置于真空样品仓的短波紫外光下，电脑显示屏上会出现样品的紫外荧光图谱，操作者可方便地对焦于样品表明并选择适当的放大率。按“UV”（即紫外光）键，可见光关闭，紫外光打开，当显示屏上出现合适的图谱时，按“Capture”（即抓图）键，图像会保留在显示屏上。紫外灯熄灭后，显示屏会自动出现磷光图谱，以作检查。通常情况下近无色的天然钻石磷光很弱，而HTHP合成钻石磷光都很强、持续时间也长。磷光图谱会显示在屏幕的右下角。

与Diamond ViewTM连接的电脑中存有各种天然和合成钻石的紫外荧光图样，可直接将待测样品的荧光图样与之对比，从而得出结论。

总之，对钻石确认仪“建议作进一步检测”的样品，可借助钻石观测仪作荧光图谱分析。钻石观测仪可利用强短波紫外灯照射样品，激发样品获取荧光图谱，如HPHT合成钻石的荧光图谱显示特别的几何型生长区结构，从而达到进一步检测的目的。

四、590型无色合成碳硅石/钻石测试仪

用热导仪测试钻石和合成碳硅石时，两种材料均显示为钻石，二者无法区分。为此美国C3公司设计了590型测试仪，用于热导仪测试之后进一步区分钻石和合成碳硅石。590型测试仪体积小，携带方便，用途专一，操作简便（见图2-1-60）。

图2-1-60 590型无色合成碳硅石/钻石测试仪

590测试仪的设计原理是在导热性测试后，检测宝石对紫外光的吸收。钻石不吸收紫外光，紫外光可以穿透钻石，而合成碳硅石对紫外光有强烈的吸收。

测试时使宝石台面与仪器光导纤维探头端部保持垂直并接触（镶嵌钻石的金属托不能与探头接触）。如果是钻石，就能激活蜂鸣器和绿色指示灯；如果是合成碳硅石，只要宝石的台面与探头保持接触且未翻转，则绿色指示灯和蜂鸣器就应处于关闭状态。

590型测试仪为精密光导纤维电子仪器，必须在正常温度、湿度下使用，不得储存在有化学品的地方。光导纤维探头的端部应保持清洁。清洁探头时，应使用蘸过酒精的棉签轻轻擦拭其端部，然后用柔软的棉布擦干。由于光导纤维探头从测试仪中伸出，所以必须小心操作，以免对其造成损伤。590型测试仪在不用时，必须把防护滑板盖住测试口以保护探头。不得用手指直接触摸从590型测试仪的窗口可以看见的卤灯，因为卤灯在点亮后温度很高，皮肤上的盐分和油分对其有损坏。应用清洁的塑料或布擦拭卤灯，如果卤灯被手指触摸到，必须在使用前用酒精棉签擦拭干净。

五、反射仪

在宝石鉴定中，反射仪主要用于测试折射率超过标准折射仪极限的高折射率宝石的近似折射率，如人造钇铝榴石、钆镓榴石、钛酸锶、合成立方氧化锆、钻石等。

（一）原理

反射率是指单位时间内从界面单位面积上反射光的强度与入射光的强度之比。宝石对光线的反射程度取决于该宝石的分子结构和成分，还取决于宝石表面的抛光程度。

反射仪是根据宝石的反射率性质设计的一种仪器，它可以测量从宝石表面返回的光量。宝石的反射率与折射率之间存在准线性关系，即：

反射率＝反射光线的强度/入射光线的强度＝（n1-n2）2/（n1+n2）2

式中：n1——宝石的折射率；

n2——周围介质的折射率，空气的折射率为1。

根据各种宝石的折射率，可以依上式计算出各种宝石的反射率。由于宝石的折射率有一定的变化范围，因此宝石的反射率也存在一定变化范围（见表2-1-5）。

表2-1-5 常见宝石的折射率与反射率（R）

（二）反射仪的结构和使用

LC特朗姆帕（Trumper）于1959年设计出了世界上第一台测定宝石反射率的仪器。目前采用电子反射仪，利用远红外线发光二极管作为入射光源，用袖珍的光电管检测从宝石表面反射的光量，从而达到鉴定宝石品种的作用。

反射仪的右上角（或下半部）有一个圆形测光孔，孔内构造如图2-1-61所示。内部有一个发光二极管和一个光电接收器。测试时，将宝石抛光良好的台面对准测光孔，盖好遮光罩，打开开关。仪器通电后二极管发出一束波长930nm的红外光，以大致7°～10°的入射角射到宝石台面上，经台面反射后，射入光电管的接收器。接收器的光电管产生光电流，所产生的电流大小与从宝石台面反射回的光的强度成正比。光电流传到反射仪的仪表显示器中，通过指针偏转所指的刻度，即可知道所测宝石的品种。

图2-1-61 反射仪原理图

反射仪显示器上的刻度，分为高、低两档。低档反射率范围是278%～8%；高档反射率范围是8%以上。两档在测定时可由按钮变换。只有宝石的折射率大于180，即反射率高于8%时，才适用于反射仪。

（三）使用反射仪的注意事项

目前，大多型号的反射仪已把反射率转换成了折射率，但其测量精度不如常规折射仪，只能达到±005。使用反射仪应注意以下事项：

1）对于折射率低于180的宝石，不宜使用反射仪，尽量用折射仪来测定。

2）所测样品必须具有抛光良好的平面且大于测试孔，否则接收不到仪器信号或导致读数过低。

3）样品内部的包体的反光可导致读数出现偏差。

4）每个样品从多个方向测量，以保证结论的准确性。

5）样品表面要求洁净无污物，否则影响光的反射，导致结论错误。

6）可以将热导仪和反射仪结合使用。

另外，应特别注意合成碳硅石在空气或氧气中经高温处理后，表面可形成一层的二氧化硅薄膜，降低了合成碳硅石的反射率，使其在反射仪上的读数与钻石相似。

棕色钻石自古以来都有出产，但并不被人们所喜爱。过去多数的棕色钻石都被用作工业用途。20世纪80年代，澳大利亚的阿盖尔矿大量产出棕色钻石。澳大利亚向全世界极力推销棕色钻石，利用各种方法来促销，大力提高其接受程度。现在棕色钻石都以法国葡萄酒来命名，冠以浅棕色钻石为香槟钻石，冠以深棕色钻石为考涅克（Cognic，干邑白兰地）钻石。在香槟钻石首饰设计比赛和诱人的颜色级别的促销下，现在棕色钻石已成为流行时尚，主要用于中价位的钻石珠宝首饰。图3-13为北极光钻石集中的一颗天然棕色钻石。

棕色钻石的颜色主要是由晶体的塑性变形所产生的。塑性变形的程度越高，其棕色就越深。在显微镜F观察，其晶体的塑性变形呈棕色带状分布。这里所述的塑性变形实际包括真正意义上的塑性变形和不可恢复的永久变形。塑性变形在高温高压下会恢复到固有的立方晶格结构，由塑性变形所产生的棕色也会随之消失；永久变形经高温高压处理也不会恢复到固有的立方晶格结构，由其所产生的棕色也不会消失。

图3-13 北极光彩色钻石集中的一颗棕色钻石（Tino Hammid/Courtesy of Aurora Gem Collection）

第236 号，重164ct

钻石的塑性变形在可见光波长范围的中部产生一个中心位于 550nm的宽吸收峰。这一吸收峰使钻石呈现紫红色调的颜色。这一宽吸收峰的相对强度较低，而且总是伴随较强的无选择性吸收，使颜色为棕色，而不是高饱和度的紫红色。

因为棕色钻石的颜色是由钻石晶体的塑性变形所产生，只要消除钻石晶体内部的应力就可以消除晶格的塑性变形，以改善棕色钻石颜色。很多Ⅱa型棕色钻石只有塑性变形，不具有其他任何与氮有关的色心和能带。这种Ⅱa型棕色钻石经过高温高压处理后，可以消除塑性变形，使棕色钻石的颜色大为改观，甚至变成完全无色的钻石，其颜色能够最高达到 D 级。现在美国的通用电气公司和世界上其他几家公司从事棕色钻石的高温高压改色业务。国际钻石珠宝市场上很容易购买到经高温高压处理的无色钻石。

经高温高压处理的无色钻石与天然无色钻石外观相差无几，很难用肉眼或宝石学仪器鉴定出来。但经高温高压处理的无色钻石的类型是Ⅱa，因此可以借助红外光谱测量或紫外光谱测量加以鉴定。经高温高压处理的无色钻石的红外光谱没有天然无色Ⅰa和Ⅰb型钻石的红外吸收峰。另外，经高温高压处理的Ⅰb型无色钻石的紫外截止波长在220nm，而天然Ⅰa型和Ⅰb型无色钻石的紫外截止波长在330nm，因此，使用紫外分光光度仪测量钻石的紫外截止波长也可以准确鉴定经高温高压处理的无色钻石。

根据法律规定，经高温高压处理的无色钻石在出售时必须向顾客说明不可隐瞒经高温高压处理的事实。美国通用电气公司在经高温高压处理的无色钻石的腰围上用激光刻有经高温高压处理的标记“GE POL”，其中“GE”为通用电器公司（General Electric）的缩写，“POL”为派加索斯海外公司（Pegasus Overseas Ltd）的缩写，派加索斯海外公司是美国通用电器公司销售高温高压处理钻石的伙伴公司。GE POL激光标记可以供钻石交易时的鉴别。虽然高温高压处理钻石的颜色是永久性的，但磨去高温高压处理的标记是违法行为。

已知最大的香槟钻石为“金巨人”（Golden Giant），重达40743ct；最大的考涅克钻石为11159ct的“地球之星”（Earth Star）。

宝石所含的微量或致色元素对光有吸收，各种宝石的特征吸收光谱不一样。特征吸收峰的意思是，未知宝石在光谱特定的地方能看到吸收峰（此时吸收峰的区域为黑色），很大程度上“暗示”了此宝石为某种宝石。珠宝鉴定需要配合多种仪器，才能得出结论。

老师说只有绿色翡翠才有特征吸收光谱，如果紫色也有的话，不是Mn谱就是Fe谱，因为现在对于紫色翡翠的致色元素有争议。