钻石的鉴定方法

对 于钻石原石的鉴别，其结晶上的一些特点是很明显的，例如，晶形上常呈八面体、歪八面体，还可见呈立方体或各种聚型({111}+{100});对那些表面 常被熔蚀成浑圆状的钻石原石，可发现一些反映结晶特点的蚀像，如八面体中有三角形的蚀像，立方体中有四边形蚀像;此外，晶面上的阶梯状生长纹及典型的金刚 光泽也是重要的鉴别依据。

钻石成品的鉴别

对于钻石成品，则有如下的鉴别方法：

1钻石的肉眼(含10×放大镜下)鉴定

(1)注意宝石的光泽与色散。钻石应呈现典型的金刚光泽，除非受不合格抛光质量的影响;

切磨标准的钻石成品应能呈现出明显的“火彩”，但需注意常见的人造仿钻品(如立方氧化锆、钛酸锶、钇铝榴石……)呈现出更明显的“火彩”，从冠部观察见泛出七彩色光，而钻石的“火彩”一般泛出的只是蓝色和橙色两种光。

观看下面的: 中间是钻石，从1点钟位置起，依次是：萤石、石英、托帕石、合成蓝宝石、合成尖晶石、YAG、玻璃、GGG、锆石、CZ、铌酸锂、钛酸锶和合成金红石。

(2)注意钻石某些特性的表象。这些特性及其表象主要有：

A、由于钻石的最高硬度，所以在钻石的表面不应有擦痕。

B、由于钻石属等轴晶系，所以有双折射的天然代钻品很可能是锆石。

C、由于钻石的高折光率及精良的切工，当将钻石成品台面向下倒置于一文字上时，从亭部将无法看清该字，此称“读字法”;若将钻石的台面倾向观察者侧置，从台面观察宝石亭部与观察者视线相对的一侧，看不到因为光线漏出而呈现的暗窗，此称“暗窗法”。

将钻石台面向下倒置于一玻璃器皿中，加水至相当钻石底尖位置的高度，以聚敛光源垂直照射其底尖，当将容器拿离下承物一定距离后，在下承物背景上可看到一光芒四射的影像，而且四射光芒远离中心的光域范围，不似其它宝石的影像，光芒与光域交织在一起，此称“看图法”。

(3)用10倍放大镜注意观察不抛光的宝石腰部有否蚀像、解理面、生长纹等原始痕迹。

(4)注意钻石的一些辅助鉴定特征。凭借这些特征虽不能直接得出鉴定的结果，但却能籍此简单有效地达到防范的'目的。这些特征主要有：

A、注意钻石的“量价比”。钻石的基本特征就是粒小价高，如有相违则需注意。

B、注意钻石加工工艺留下的一些特征。这些特征由钻石的某些特性与特殊的钻石切工引致，主要包括：边棱直且利，无毛边(偶见残留晶面缺陷或崩口);刻面交接好，角顶很尖，无过陇或未碰尖现象;冠、亭部的对线很准确;从台面看钻石亭部刻面的反光总是有明有暗。

2、液滴试验

本试验的依据是钻石的亲油性。具体做法是用油性笔可以在钻石的表面划线或写字，而在其它宝石表面做同样试验时，油迹将呈断续的浮滴状。与此相类似，民间还 有一种铅笔划线法，具体做法是先用水润湿样品，然后以铅笔在其表面上划线，如果不留下铅笔的痕迹，说明被测样品为钻石，否则为其它宝石品种。

3、仪表试验

(1)热导仪。根据钻石的高热传导性能而设计，由于简单实用便于携带，它成为鉴定钻石最常用的仪表。由于此仪表较昂贵，民间常以“舌舔”的土办法去体验样品的冰凉感，从而判断样品的热导率，不过这种方法的灵敏度较低。

(2)钻石眼(反射仪)。根据钻石在红外线照射下的反射率明显大于其它物质的原理而设计。这类仪表实际使用得不多，因为其使用有一定的约束条件，例如只能测裸钻，而且主要可测标准圆钻式切工者。

4、密度测定

除了测得352(±001)g/cm3的标准钻石密度值外，还可注意一些可供简易鉴定参考的规律性特征，例如因“火彩”而与钻石外观非常相象的常见人 造代钻品，其密度均大于钻石且差别明显，所以，同样尺寸下仿钻品要重，而同样重量下仿钻品的颗粒要小;常见无色透明的天然宝石，其密度值多比钻石小，其中 与无色透明托帕石之间，虽密度很接近，但据均非性很容易将之区分开。

5、宝石显微镜观察

利用宝石显微镜主要是观察包体特征。根据钻石形成的地质条件，其包体类别的特点是以固态包体为主，而具体常见的包体品种有：金刚石、透辉石、镁铝榴石、尖晶石、橄榄石、锆石及石墨(碳斑)等，这反映了钻石形成的基性超基性环境。

6、浸没试验

因为折射仪测定的上限一般是181，钻石的折射率特征只能通过浸没法间接获得。根据钻石折射率的特点，试验可选择二碘甲烷(N=174)作浸液。

其中，因为折射率与二碘甲烷接近而边界不清者，多属代钻品。不过需要注意：人造代钻品的折射率值与钻石相差不大甚至更高，这样浸没试验将发挥不出效果;由于不是准确测定，该试验的结论只能是供钻石鉴定的辅助依据。

7、分光镜观察

无色-淡**系列的钻石在紫光区(415nm)有吸收带，褐色钻石在蓝绿光区(504nm)处还有一条吸收线。

8、荧光试验

在紫外线长波条件下，钻石发蓝白色的荧光，Ⅱb型钻石还可见到磷光。不过需要注意：有些产地的钻石无此现象，另外，具蓝白色荧光者还有其它的一些宝石品种。

9、X-光照相试验

由于钻石对X-光的透射能力强，因此在该试验的感光照片上出现的是亮斑，而其它外观相似宝石在同样试验条件下得到的是一宝石的暗影。此试验因属有损鉴定，应慎用。

10、硬度试验

此试验虽属有损鉴定应慎用，但由于只有钻石的锐部(如腰棱)才能在刚玉片上留下擦不掉的划痕，所以这是一种简单有效的鉴定方法，可以适时地择用。

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。

Ⅰ型钻石多是无——浅黄——**系列，对于Ⅰa型钻石可以用色心理论来解释其颜色成因；而Ⅰb型钻石用能带理论可以做出更好的解释。

根据色心理论，Ⅰa型钻石中不同聚合态形式的N可形成不同的结构缺陷，从而形成不同的色心，对可见光产生不同的吸收，钻石的颜色是由多个色心共同作用的结果。如果Ⅰa型钻石中N以原子对形式（又称为ⅠaA型）取代相邻C原子的位置，引起晶格畸变形成N2心，造成了蓝区478nm、452nm、439nm的吸收；若N以3个原子围绕空穴组合在一起（又称为ⅠaAB型），形成N3心，造成了蓝紫区415nm以及423nm、435nm、465nm、475nm的吸收。由于N3、N2心吸收了可见光中的紫光和蓝光，从而使钻石呈现**。

根据能带理论，Ⅰb型钻石中，N原子比C原子结构多一个电子，这个多余电子在带隙内形成一个杂质能级，它的存在使带隙能降低22eV。所以只要大于22eV的任何光量子都能把多余电子激发到导带中，并由此引起紫光——蓝光范围内的光被吸收，其他光透过，钻石呈现**。合成钻石多属此类。 Ⅱb型钻石含有硼，B原子比C原子少一个电子，因此当B替代C进入钻石晶格时，就形成一个空穴色心。每100万个C原子中有一个或几个B原子时，它难呢过把从红外至500nm（绿光边缘）的光吸收，钻石可产生诱人的蓝色。

最新发现不含B、不导电的灰蓝色钻石，它们的晶体中含有H，因此普遍认为H的存在使导致灰色、灰蓝色钻石呈色的主要原因。 黑色钻石的颜色可能因为其为多晶体集合体、大量黑色内含物（石墨多）和裂隙造成的。

玛瑙是常用于镶嵌首饰和雕刻工艺品的一种宝石。真假鉴选方法如下： (1)颜色：真玛瑙色泽鲜明光亮，假玛瑙的色和光均差一些，二者对比较为明显。天然红玛瑙颜色分明，条带十分明显，仔细观察，在红色条带处可见密集排列的细小红色斑点。用石料仿制的假玛瑙烟壶，多数在底部呈花瓣形花纹，络成“菊花底”；而染色蓝玛瑙颜色艳丽、均一，给人一种假的感觉。 (2)质地：假玛瑙多为石料仿制，较真玛瑙质地软，用玉在假玛瑙上可划出痕迹，而真品则划不出。从表面上看，真玛瑙少有瑕疵，劣质则较多。 (3)工艺质量：优质高玛瑙的生产工艺严格且先进，故表面光亮度好，镶嵌牢固、周正，无划痕、裂纹。 (4)级别：水胆玛瑙是玛瑙中最为珍贵的品种，特征是玛瑙中有封闭的空洞其中含有水。 各种级别的玛瑙，都以红、蓝、紫、粉红为最好，并且要求透明、无杂质、无沙心、无裂纹；其中，块重45公斤以上者为特级，15公斤以上者为一级，05－15公斤为二级。 怎样鉴别真假玛瑙首饰 （ 1 ） 透明度：真玛瑙透明度不如人工合成的好，稍有混沌，有的可看见自然水线或 “ 云彩 ” ，而人工合成的玛瑙透明度好，象玻璃球一样透明。 （ 2 ） 重量：真玛瑙首饰比人工合成的玛瑙首饰重一些。 （ 3 ） 温度：真玛瑙冬暖夏凉，而人工合玛瑙随外界温度而变化，天热它也变热，天凉它也变凉。来自百度，

颜色中心，简称色心，是指能选择吸收可见光的晶体结构缺陷，都属于晶体的点状缺陷。色心主要由辐射损伤、杂质聚合，以及辐射损伤和杂质聚合共同产生。色心被束缚在晶格之中，其内的电子在光子能量激发下产生振动。这种电子振动会引起周围的碳原子振动，使振动能量在钻石中扩散。钻石色心均是这种振动电子型的中心，称为振动电子中心（Vibrational—Electronic Center，缩写为Vibronic Center）。振动电子中心的振动以纵波的形式在钻石晶体中传播。在固体物理中这种在晶体中传播的纵向振动波被称为声子（Phonon）,具有能量和频率的特性。钻石色心的光谱吸收可以由声子的理论简化模型来计算。一般情况，理论计算获得的声子吸收光谱与实际测量的光谱十分近似。反之，也可以利用测量获得的吸收光谱来推断色心的声子特性。

声子光谱的特征是由一条锐零声子吸收线和一个具有多个吸收峰的高能宽吸收带组成。高能宽吸收带的吸收峰分别为第一、第二、第三……声子峰（或称为声子线）。图2-6为典型的N3色心的声子吸收曲线，实际测量的色心吸收光谱比理论的声子特征光谱复杂，而且高能宽吸收带的吸收峰不易识别。在钻石的颜色成因、宝石学研究和鉴定中，用零声子线来代表整个声子吸收带，主要是因为零声子线在钻石吸收光谱中比较明显，其他吸收峰不易辨别。

零声子线的强度和宽度与温度有关，温度越高，强度越低，宽度越宽。其原因是温度越高，钻石晶格的热振动越强，使零声子线减弱并变宽。在研究钻石的颜色成因时，为了获得零声子线分辨清晰的吸收光谱，钻石一般都是在液氮温度（77K）下测量。当研究色心对钻石颜色的影响时，钻石的可见透射光谱或可见反射光谱应该在室温下测量，以便获得真实的颜色测量数据。

图2-6 N3色心的典型声子吸收光谱

N3色心的峰值位于415nm 处，其吸收波段主要扩展到短波紫外波长，同时也向长波波段扩展到波长约420nm处

当色心的电子被激发到激发态后，会自动返回基态，并辐射可见光，即荧光现象。理论计算所获得的色心荧光辐射光谱与相应的声子吸收光谱以零声子波长为中心成镜像，实际测量获得的色心荧光光谱与理论计算荧光光谱十分吻合。色心荧光光谱与吸收光谱以零声子线成镜像这一性质为钻石光谱的定性研究提供了另一个途径：测量钻石的荧光光谱来研究色心。利用短波的激光照射钻石即可获得荧光光谱。在低温下钻石色心的激光荧光光谱较强，零声子线吸收峰也比较清晰。另外，激光荧光光谱容易测量，使用也越来越广泛。

某些色心的电子被束缚得非常强，电子的相对振动很弱，使零声子线的强度太弱而不能测得，整个零声子吸收光谱变为一个没有吸收峰的吸收带。虽然这种色心无法直接由测量零声子线来确定，通过激发紫外荧光的方法可以间接加以验证。

为简明起见，以下在论述钻石颜色中心时，以色心的零声子线的波长来代表整个颜色中心，以便与光谱学研究中标定颜色中心的惯例相对应。在钻石的光谱学研究中，只需要知道色心的零声子线即可对色心和钻石得出相应的结论。在钻石颜色色度学研究和计算时，钻石的透射光谱和反射光谱的测量应在室温下进行，所获得的光谱的零声子线和其他吸收峰都不明显，而且零声子线对颜色的影响一般要远小于宽吸收带对颜色的影响。

以下简单介绍几种典型常见的色心。

1N3色心

Ⅰb型钻石晶体中的离散氮原子在高温高压条件下会逐渐聚合形成2个或2个以上氮原子的聚合体，使得Ⅰb型钻石变成了Ⅰa型钻石。在氮的聚合过程中，最有利于生成含3个氮原子的聚合体，其次是含2个和4个氮原子的聚合体，生成其他氮原子聚合体的可能性较小。这些氮原子的聚合体都会对光产生不同程度的吸收。其中2个和4个氮原子的聚合体会在红外波长范围产生吸收，3个氮原子的聚合体会吸收蓝色可见光使钻石呈**，被称为N3色心，是钻石中最重要的色心之一。N3色心由三个氮原子与一个碳原子结合而成。N 3色心的零声子峰值位于415nm 处，其吸收波段主要扩展到短波紫外波长，同时也向长波波段扩展到波长约420nm处，如图2—6所示。

一般情况下，N 3色心总是伴随着一个的峰值位于478nm 处的N 2吸收峰。N 2吸收峰的强度与N3色心的强度有关，N3色心越强，N2吸收峰也越强。相对于N3色心，N2吸收峰在可见光范围的吸收强度较弱。N2吸收峰不是一条零声子线，因而N2吸收峰不代表一个色心，其原因是N2吸收峰不能产生相应的荧光辐射。由于在可见光短波范围波长越短人眼颜色视觉越低，位于478nm 处的N 2吸收峰产生颜色的效能大于位于415nm 处的N3色心零声子线。

图2-7 由N3色心和N2吸收峰组成的“开普”吸收光谱

N3色心由3个氮组成的聚合体产生，N2吸收峰总是伴随N3色心，但既不属于N3色心，也不是由其他声子色心产生的，其具体成因不明

N3色心和N2吸收峰组成著名的“开普”吸收光谱，如图2—7所示。“开普”光谱最早是在产于南非开普城（Cape）附近的**钻石中发现的，因故得名。N3色心和N2吸收峰形成一个可见光吸收带，一般在光谱仪下观察到的是位于415nm 处的一条强吸收峰线，所以N3吸收峰又被称之为“开普”线。所有的Ⅰa型钻石都具有“开普”线，因而绝大多数的天然钻石都具有吸收强度不同的“开普”线。

当Ⅰa型和Ⅰb型钻石氮含量相同时，Ⅰa型钻石要比Ⅰb型钻石的**饱和度低很多。这一现象说明，当Ⅰb型钻石中的离散氮原子在高温高压下形成Ⅰa型钻石中的聚合氮色心时，氮原子对可见光的吸收减弱。Ⅰb型钻石中的离散氮原子在可见光的短波范围产生一个很宽的吸收带。Ⅰa型钻石中的聚合氮所产生的N3色心在可见光波长范围主要产生一个很窄的415nm 吸收峰，其宽吸收带位于可见光的短波末端和紫外范围，对于颜色的视觉影响很小。另外一部分氮原子生成2个和4个氮原子的聚合体，在可见光波长范围没有吸收。由于以上原因，Ⅰb型钻石中的氮离散原子要比在Ⅰa型钻石中相同含量的氮原子聚合体对短波光的吸收强很多，钻石产生的**饱和度也相应高很多。人工合成钻石时，氮原子以离散的形式存在，属于Ⅰb型。当含离散氮的合成钻石再经高温高压处理后，部分离散的氮原子会形成聚合体，产生聚合氮色心，其**变浅，从而达到改善颜色的目的。

2GR1色心

GR 是英文一般辐射（General Radiation）的缩写，顾名思义，GR 色心是由辐射在钻石晶体产生的空穴而生成的颜色中心。放射性物质铀、铊和钴等对钻石辐射后，可以将碳原子从晶格中击出，从而产生一个空穴。这一钻石晶格中的空穴被称之为GRl色心。GR1色心的晶体空穴属于钻石的点晶体缺陷，空穴中没有电子填充。钻石的GRl色心是一种永久辐射损伤颜色中心，几乎不可能用加热或其他方法恢复原有晶体结构。GRl色心在可见和红外波长范围产生一个较宽的吸收带和一系列的吸收峰，形成典型的声子吸收光谱。GR1色心的零声f吸收峰的波长为7409nm，其相应的激发能量为1673eV，并在412～430nm波长范围形成一个宽吸收带并伴随GR2—8的吸收峰。包括零声子吸收峰和吸收带的典型GRl色心的吸收光谱，如图2—8所示。一般情况下位于宽吸收带上的GR2—8吸收峰并不明显对钻石的颜色贡献可以忽略。

由图2—8中的GR1吸收光谱可知，GR1色心所产生的吸收带的吸收率从长波到短波逐渐降低，直到430nm，然后又略微增加。GRl色心光谱本身会使钻石产生蓝色。当GR2—8吸收峰较强时钻石的颜色为偏绿的蓝色。经辐射处理的Ⅱa型呈现蓝色，就是由于GRl色心所致。另外GRl色心也可以使含氮量很低的Ⅰa和Ⅰb型无色钻石呈现蓝色，即一些蓝色钻石的颜色实际是由GRl色心产生的。如果对Ⅱb型蓝色钻石进行辐射处理，其蓝色饱和度有可能提高。

图2-8 GR1色心在可见光谱范围的吸收带和吸收峰

零声子线的波长为7409nm，其相应的激发能量为1673eV:GRl色心的吸收带扩展到可见光的长波范围，伴随的GR2—8吸收峰在可见光短波范围产生较弱的吸收

**的Ⅰa型钻石具有N3色心并含有较多的氮原子，其蓝紫光会部分地被氮原子吸收。经辐射处理的Ⅰa型钻石同时具有GRl色心和N3色心，其中GR1色心吸收长波可见光，N3色心吸收短波可见光，使经辐射处理的Ⅰa型钻石的色调变为绿色。绝大多数的天然绿色钻石都是Ⅰa型，经过天然辐射，其绿色是由GRl色心和N3色心共同产生的。许多文献简单地将钻石的绿色只归属于GRl色心，实际上，N3色心对钻石绿色的贡献是必不可少的。

图2-9 天然绿色钻石（Tino Hammid/Courtesy of Aurora Gem Collection）

北极光彩色钻石集86号，063ct

根据GRl色心和N3色心的强度不同，钻石颜色的色调在蓝色到**之间变化。当钻石只有GR1色心时，颜色为蓝色；当钻石的GRl色心对可见光长波的吸收大于N3色心对可见光短波的吸收时，颜色为绿蓝色；当GRl色心的吸收约等于N3色心的吸收时，颜色为绿色；当钻石的GRl色心的吸收小于N3色心的吸收时，颜色为黄绿色；当钻石只有N3色心时，颜色为**。图2—9是北极光彩色钻石珍藏中的一颗绿色钻石。

在高能粒子的轰击下，钻石比较容易产生较多的GR1色心，使得相应的宽吸收带很强GR2—8吸收峰也很明显。钻石的GR1色心可由任何一种高能辐射产生，包括天然α和γ射线、高能电子束、高能中子束和原子反应堆的快中子等。一般情况下，产生GR1色心的高能辐射源的能量应大于1M eV，钻石改色处理实验用电子加速器的能量级别一般为2M eV以上，使得电子能够穿透较多的厚度。

由钻石晶体空穴形成的GR1色心是形成以下介绍的H 色心和N—V 色心的关键。H 色心和N—V色心都是由空穴与不同形式的氮元素结合而成。

3H 色心

H 色心是一个含氮Ⅰa型钻石经辐射后再经热处理而产生的晶体缺陷。钻石经辐射处理后会在晶体中产生一个没有碳原子的空穴，即GR1色心。再经热处理时，GR1色心可能与氮原子的聚合体结合而形成新的色心。当一个空穴与两个氮原子组成的A 聚合体结合时就形成H3(N—V—N）颜色中心，一个空穴与四个氮原子组成的B 聚合体结合时产生H4色心。

H 3色心产生的一个零声子波长为5032nm的宽吸收带。由于H 3色心的宽吸收带大约位于可见波长的长波段400～500nm 之间，H 3色心本身会使钻石产生**色调的颜色，常见于经处理的彩**钻石的吸收光谱。

图2-10 H3和H4色心的吸收光谱

H4色心的零声子线几乎与H3色心的第一吸收峰重叠

H4色心产生一个零声子线位于496nm的宽吸收带。相对于H3色心，H4色心一般较弱。H4色心的零声子线叠加在H3色心的第一吸收峰上，几乎与之重合。图2-10所示为H3和H4色心的吸收光谱。

H3、H4和N3色心叠加可以使钻石呈现饱和度很高的**，甚至是橙**和黄橙色。Ⅰa型**天然钻石的颜色由N3色心产生，并含有大量的A和B聚合体。Ⅰa型**天然钻石经高能粒子加速器强辐射后，在钻石晶体中会产生许多空穴。经辐射处理的钻石再经热处理后由辐射产生的空穴与A聚合体和B聚合体结合产生很强的H3和H4色心。N3色心经处理后没有发生显著变化，对短波可见光的吸收强度基本不变。经处理后产生的H3和H 4色心吸收短于505nm的可见光。如果N 3色心的吸收远大于H 3和H4色心的吸收，钻石仍呈现**，但饱和度比只有N3色心时得以提高。如果N3色心的吸收接近H3和H4色心的吸收，钻石可能呈现橙**甚至黄橙色。如果N3色心的吸收小于H3和H4色心的吸收，钻石呈现黄橙色，甚至呈现橙色。Ⅰa型**钻石经辐射和热处理处理后可能变成彩**或橙色钻石。如果H3、H4和N3色心都很强，在整个可见光范围可能产生较强的无选择性吸收，使钻石的亮度较低，所显现的颜色为低亮度的棕橙色或棕色。

H2色心也是由空穴和氮原子A 聚合体组成的，带有负电荷（N—V—N），产生一个较宽的吸收带，吸收峰中心位于9861nm 处。当H 2色心较强时，吸收带会扩展到可见光谱的长波范围。由于H2色心总是与N3、H3和H4色心共同存在，在可见光范围H2吸收远远小于其他3个色心的吸收，所以H2色心对钻石产生颜色或改变颜色的贡献十分有限，通常在讨论钻石颜色成因时不考虑H2色心的影响。

因为H 色心是由空穴与氮原子聚合体结合形成的，因此，具有H 色心的钻石一定属于Ⅰa型。另外，H是英文H eat的第一个字母，因此，从字面上可以看出，H 色心一定经过某种高能辐射和热处理。产生H 3和H 4色心的热处理温度范围大约为500～1800℃，常用的温度为800℃。

Ⅰa型钻石经辐射和热处理后还可能产生波长5036nm的3H 色心和595nm 色心。虽然这两个色心对于彩色钻石鉴定具有辅助作用，但比较少见，而且光谱吸收很低对产生钻石颜色的贡献一般可以忽略。3H 色心的零声子波长与H 3色心的零声子波长十分接近有时会混淆。

图2-11所示为著者收藏的一颗经改色处理的橙色钻石。这颗橙色钻石的H3、H4和N3色心极强，因而呈现橙色。

图2-11 经改色处理的橙色天然钻石（刘严摄影/刘严收藏）

橙色由H3、H4和N3色心共同产生

4N—V色心

N—V是英文氮（Nitrogen）和空穴（Va-cancy）的缩写，顾名思义N—V 色心是由氮和空穴组成的色心。N—V 色心是含离散氮的Ⅰb型钻石经辐射和热处理后产生的晶体缺陷。如前所述，钻石经辐射处理会产生一个GRl色心。再经热处理时，GRl色心可以与单个氮原子结合而形成新的色心。当一个空穴与一个氮原子结合时就形成N—V 色心。中性（N—V)0色心的吸收峰为575nm带有负电荷（N—V)－色心的吸收峰为637nm。图2-12为典型的N—V色心吸收光谱。

图2-12 N-V色心的吸收光谱

（N-V)0的零声子线575nm,

（N-V)－的零声子线位于637nm

N-V色心常伴随H 色心共同存在于吸收光谱中，在N-色V心的生成过程中不可避免地会生成H 色心

N—V 色心的重要之处在于它产生于可见光中波范围的主峰值波长为5748nm和6370nm的宽吸收带。N—V 色心位于可见光中段，会使钻石产生红紫色调的颜色，例如粉红色或紫红色。一般测量所获得的钻石吸收光谱中N—V 色心的吸收峰总是与其他吸收峰伴随存在N—V 色心吸收峰单独存在的光谱比较少见。只有Ⅱb型钻石产生N—V 色心时没有伴随H 色心，其原因是Ⅱb型钻石几乎不含氮，个别离散氮原子的晶格间距很大，不可能聚合在一起，也不可能产生H 色心。

H3和H4吸收峰常常伴随N—V吸收峰存在十吸收光谱中这一现象说明，在生成N-V 色心的热处理过程中，离散氮原子可能聚合成A 聚合体和B聚合体，然后再与空穴结合生成H 色心。也可能是N—V色心在热的作用下与离散氮原子结合而直接生成H 色心。不论在生成N—V色心的过程中是如何产生H 色心，H 色心的生成都会不同程度地减少N—V色心的相对数量。

具有N—V 色心的天然钻石很少，即使存在N—V 色心一般也很弱，对彩色钻石的颜色贡献有限。Ⅱa型钻石含氮量非常低，而且氮元素都是以单原子的形式存在。个别 Ⅱa型钻石经辐射和高温处理后也会产生N—V 色心。这种具有N—V 色心的Ⅱa型钻石都呈现饱和度很低的紫红色调的粉红色。其原因是氮含量极低不可能产生较多的N—V 色心。极少数的天然浅粉红色钻石的颜色是由N—V 色心产生的，这类天然浅粉红色钻石属于 Ⅱa型，据报道产自印度。

多年来，随着对于钻石的颜色成因的深入了解、人工合成钻石的设备不断改进、合成和颜色处理技术的逐步完善，许多颜色的钻石都可以由合成和处理而获得，尤为重要是红色钻石的合成。在钻石的人工合成及其辐射和热处理过程中，N—V色心较容易产生，并可以获很强的N—V色心。N—V 色心的波长处于可见光范围的中部，对可见光的吸收效率较高，在产生某些颜色的合成钻石时起到了至关重要的作用，例如一些经改色处理的人工合成红色钻石的颜色就是由N—V色心和游离氮共同产生的。图2-31所示为著者收藏的一颗经改色处理的Ⅰb型红色合成钻石，颜色是由游离氮原子和N—V 色心共同产生。游离氮原子主要吸收短波的可见光，N—V 色心吸收中波的可见光，剩余的长波可见光呈现红色。若N—V 色心的吸收强度大于游离氮原子的吸收强度，则短波可见光的相对强度会大于中波可见光的相对强度，这种情况下，钻石呈现偏紫红的红色（Purplish Red）。在标准日光光源下这颗合成红色钻石的实际颜色就是偏紫红的红色，而不是纯红色。根据著者的测量研究和目视观察，市面上为数不多的红色合成钻石的实际色调均为偏紫红的红色，其色调与图2-13中红色钻石的色调相似。

图2-13 经改色处理的Ⅰb型红色合成钻石

（刘严摄影/刘严收藏）

颜色主要是由离散氮原f和N—V 色心共同产生的

合成红色钻石的颜色都比较深，即亮度较低，其主要原因是离散氮含量很高对可见光短波的吸收强烈；而且经过强辐射处理和热处理后产生很强的N—V 色心，对可见光中波段产生很强的吸收，使红色合成钻石对中短波长可见光产生强吸收，并在整个可见光波段产生较强的无选择性吸收，因而呈现亮度较低的红色。如图2-13所示，这颗红色合成钻石的台面颜色分布为红色闪烁区域衬托在暗红棕色的背景之上。合成和处理红色钻石的困难有：钻石的含氮量必须很高，辐射处理必须很强，而且热处理的时间、温度和压力必须恰到好处。这就是为什么合成红色钻石也是少之又少的原因。与其说是有目的地合成红色钻石，不如说是在合成和处理的过程中的偶遇。如果钻石的含氮量较低，辐射和热处理不合适，这种合成钻石的颜色可能是黄橙色、橙色、棕橙色、紫红棕色、棕色或红棕色，而不是红色。

在相同氮含量的情况下，游离氮和N—V 色心对可见光的吸收远远大于N3、H3和H4色心对可见光的吸收，而且N—V 色心吸收峰位于可见光的中波范围，因此，经改色处理的合成钻石比较容易产生饱和度较高的红色和橙色调的颜色。

5其他色心

钻石中存在许多振动电子中心，多数振动电子中心对可见光的吸收太弱，而对钻石的颜色没有影响。除以上所介绍的颜色中心外，对钻石颜色产生影响的色心还有负电荷空穴色心（ND1）、477nm 吸收带和595nm 色心。

钻石经高能电子轰击后，高能电子会射入钻石晶体的浅层，不仅可以将碳原子移位产生GR1色心，也可能留在钻石晶体的晶格之中。这些留在钻石中的电子形成负空穴色心ND1(Negatively Charged Vacancy）。ND1色心的峰值波长为393nm，强度较弱，对钻石的颜色影响不大。很强的ND1色心有可能使Ⅱa型钻石呈淡**。

477nm 吸收带是一个振动电子型色心，由于电子结合非常强使得零声子线消失。根据吸收光谱曲线的分布可以推断477nm 吸收带的零声子线的位置应大约在520nm 附近，呈镜面对称分布的荧光辐射的颜色为橙红色。具有477nm 吸收带的钻石一般属于Ⅰb型，含氮量较低，呈琥珀色。由于属于Ⅰb型而没有A 聚合体，具有477nm 吸收带的钻石的荧光辐射较强，其荧光颜色一般为**到橙色。这说明可能伴随一个波长较短的电子振动中心，其荧光颜色是由这两个荧光辐射叠加而成。

Ⅰa型钻石经辐射和热处理后会产生一个595nm 色心，并伴随一个位于425nm 较弱的吸收峰。相对于同时存在的N 3、H 3和H 4色心，595nm 色心对可见光的吸收很弱，对钻石的颜色几乎没有影响。一般情况下，595nm 色心的存在是钻石经处理的佐证。当热处理温度高于1000℃时，595nm 色心会消失，因此，没有595nm 色心的Ⅰa型钻石并不能证明其未经处理。

钻石基本性质：

1、摩氏硬度为10，为自然界现今已知硬度最高的物质；

2、导热性好；

3、斥油亲水；

4、折射率高。

切工对钻石的品质有很重要的影响，切工是“4C”中是唯一可人为影响到的。只有比例合理、相同切面完全一致的钻石，光线折射后较为集中，可呈现出绚丽火彩，可完美体现钻石自然之美。而切工较差的钻石，光线折射后发散，使钻石显得暗淡无光。因此切工对钻石 品质影响有重要的因素，国际惯例，切工最高可影响到钻石价格的40%