如何鉴别钻石真假

钻石辨别真假小窍门：

1、滴水法

天然钻石的质地坚硬细腻，在表面上滴一滴水，如果是真钻，水滴会长时间不散，或者朝其表面哈气，真钻表面水汽能很快消失，反之即为假钻。

2、验硬度

天然钻石是自然界中最硬的宝石，用锋利刀具在其表面上刻划，不会造成任何的划痕，而假钻的硬度低，其表面经过刻划容易出现痕迹。

3、看火彩

在灯光的照射下，天然钻石具有闪亮夺目的火彩，其表面能够反射出五颜六色的彩光，而假钻的光彩生硬呆板，看起来不自然。

钻石的矿物名称为金刚石，英文名称为Diamond，源自希腊语“adamant”，意思是“坚不可摧”。

钻石与红宝石、蓝宝石和祖母绿一起并称为四大珍贵宝石。目前钻石已成为结婚的信物，并被誉为四月的生辰石，象征坚韧、永恒和纯洁无瑕。

一、钻石的化学成分和分类

1化学成分

钻石是具有立方结构的碳。主要成分是C，其质量分数可达9995%，次要成分有N、B、H等。其他微量元素还有Si、Al、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr等。

2分类

钻石的分类最早由Robertson、Fox和Martin等三人根据钻石在红外区吸收带和对紫外光透射的差异提出，他们认为Ⅰ型钻石能透过400～300nm的紫外光并在红外区显示与氮有关的吸收带，而Ⅱ型钻石可透过低至220nm的紫外光并在红外区无明显的吸收带。

1959年美国的Kaiser和Bond发现Ⅰ型和Ⅱ型钻石的差异与杂质氮有关，后来人们又发现在含氮的钻石中氮的最常见的存在形式不只一种，氮以单个氮原子分散在钻石中，称为C心、以原子对集合体出现，称为A心、3个氮形成的原子团称为N3中心，而多于4个原子的原子团则称为B集合体(B心)，也可为一些较大的有几个原子厚的扁平层偏片晶氮存在，称为D心。钻石的分类是按照是否含氮和硼及氮的聚型类型划分如下(表14-1-1)。

表14-1-1 钻石的分类

天然钻石中Ⅰa型钻石约占98%以上，Ⅱa型占1%左右，Ⅰb型和Ⅱb型很少，人工合成钻石中以Ⅰb型为主，少量为Ⅰb和Ⅰa型混合型。

二、钻石的结构与形态

1晶体结构

钻石属等轴晶系， ；a0=035595nm；Z=8，具立方面心格子，C原子位于立方体角顶和面的中心，将立方体平分为8个小立方体，在其中4个相间排列的小立方体的中心还存在C原子，呈四次配位。每个C原子以SP3外层电子构型与相邻的4个C原子形成共价键(如图14-1-1)。C—C间距为01542nm，C-C-C键角109°28′16″。

图14-1-1 钻石的晶体结构

2形态

钻石属六八面体晶类，Oh-m3m(3L44L36L29PC)，常见单形：八面体o{111}，菱形十二面体d{110}、立方体a{100}及其聚形(图14-1-2a和图14-1-2b)。

图14-1-2a 钻石的常见晶形

钻石晶体通常呈歪晶，由于溶蚀作用使晶面棱弯曲，晶面常发育阶梯状生长纹、生长锥或蚀象，且不同单形晶面上的蚀象不同，八面体晶面上可见倒三角形凹坑，立方体晶面上可见四边形凹坑，十二面体晶面上可见线理和显微圆盘状花纹。

钻石的双晶依(111)最普遍，可成接触双晶、星状穿插双晶或轮式双晶。其中三角薄片(macle)接触双晶具有典型的扁平三角形外观，在双晶两个平面结合处环绕钻石有明显的青鱼骨刺纹，在钻石贸易中称为结节。

三、钻石的光学性质

1颜色

钻石的颜色分两个系列：即无色—浅**系列和彩色系列。无色—浅**系列钻石的颜色为：无色至浅黄、浅褐；彩色系列钻石的颜色一般为深黄、褐、灰及浅至深的蓝、绿、橙黄、粉红、红、紫红色，偶见黑色。

图14-1-2b 钻石晶体不同聚形示意图

大多数彩钻颜色发暗，强至中等饱和度、颜色艳丽的彩钻极为罕见。彩钻是由于少量杂质 N、B和H原子进入钻石的晶体结构之中，形成各种色心而产生的颜色。另一种原因是晶体塑性变形而产生位错、缺陷，对某些光能的吸收而使钻石呈现颜色。

(1)黄至棕**钻石的颜色是由于N原子代替C原子而产生的。理想的钻石晶体是禁带很宽的半导体，宽的禁带避免了可见光范围内的一切可能吸收，因此理想的钻石是无色的。当N原子代替部分C原子时，由于氮外层有5个电子，代替碳原子后多余一个电子，这电子在禁带中形成一个新的能级，相当于减少了禁带宽度，从而使得晶体能吸收可见光范围内的光能而呈现颜色。N原子代替C原子有不同的形式，一种情况是孤立的N原子代替C原子，它对能量高于22eV(波长小于560nm)的入射光有明显的吸收，使钻石呈现一系列**、褐色、棕色，其颜色很鲜艳浓郁，Ⅰb型钻石的颜色往往由该种色心引起；另一种情况是金刚石内N原子可移动聚合在一起形成多个N原子集合体，这种集合体对400～425nm光有明显的吸收作用，同时对4772nm有弱吸收，由于人们对4772nm吸收反应灵敏，4772nm蓝光被吸收后，钻石呈现**。

(2)蓝色钻石：从晶体完美程度来讲，蓝色钻石是最好的，也是极罕见的。它不含N却含有微量B(wB＜1%)，属Ⅱb型钻石。正是这些B使钻石呈现美丽的蓝色。少数含H杂质的钻石也呈蓝色。

(3)粉红色钻石和褐色钻石：这两种彩钻都是由于钻石在高温和各向异性压力的作用下发生晶格变形而产生的颜色，相比之下粉红色钻石罕见得多，因而极其昂贵。这种晶体缺陷在极端情况下可形成紫红色钻石。

(4)绿色钻石：绿色和蓝绿色钻石通常是由于长期天然辐射作用而形成的。当辐射线的能量高于晶体的阈值时，碳原子被打入间隙位置，形成一系列空位-间隙原子对，使钻石的电子结构发生变化，从而产生一系列新的吸收，使钻石着色。若辐照时间足够长或辐照剂量足够大，可使钻石变成深绿色甚至黑色。辐射造成的晶格损伤有时还可形成蓝色钻石和黄褐色钻石。

2光泽

钻石具有特征的金刚光泽，金刚光泽是自然界透明矿物最强的光泽。但钻石的光泽有时会因表面不平而显得暗淡。

3透明度

钻石的透明度为透明-不透明。纯净的钻石应该是无色透明的，但由于地质条件的复杂性，常有杂质元素进入钻石的晶格或以包裹体的形式存在于钻石中，使钻石的透明度受到一定的影响。

4光性

钻石属等轴晶系，为均质体，在正交偏光下全消光，但有些钻石由于内部应变或内部含有包裹体，偶见异常消光。

5折射率

钻石为单折射宝石，在钠光(5893nm)中折射率为2417，超过了常规折射仪的测试范围，是透明矿物中折射率最大的。

6色散

钻石的色散强，色散值为0044，比天然无色透明宝石的色散都高，所以我们在切割标准的钻石表面能看到漂亮的“火彩”。

7发光性

(1)紫外荧光：钻石在紫外灯下的荧光可有不同的反应，有些钻石发光很强，有些则不发光。钻石在长短波紫外光下可呈现从无至强的蓝色、**、橙**、粉色等荧光，通常长波较短波的荧光强。

(2)X射线荧光：钻石在X射线下一般呈现蓝白色的荧光，且稳定性好，在钻石开采中可根据钻石X射线下的荧光特性，将其他砾石分选出去。

(3)阴极发光：阴极发光可揭示钻石的内部生长结构，钻石在阴极发光仪的电子束照射下，绝大多数钻石会发出阴极荧光，主要呈现蓝色、橙红色和黄绿色，天然钻石和合成钻石的生长条件不同，表现出的生长结构也不同，目前阴极发光技术已成为鉴别钻石是天然的还是合成的主要手段之一。

8吸收光谱

无色—浅**的钻石，在紫色区4155nm处有一吸收谱带；其他颜色的钻石的吸收线位于453nm，466nm和478nm处；褐—绿色钻石，在绿区504nm处有一条吸收窄带，有的钻石可能同时具有415nm和504nm处的两条吸收带。辐照改色的**钻石可能在498nm，504nm和592nm处有吸收带。

四、钻石的力学性质

1解理

钻石有四组八面体{111}方向的中等解理，{110}、{221}的不完全解理。图14-1-3为钻石{111}方向解理示意图。

图14-1-3 钻石{111}方向解理示意图

2硬度

钻石的摩氏硬度为10，是自然界最硬的矿物，钻石的硬度具有各向异性的特征，不同方向硬度不同，其八面体晶面的硬度大于立方体晶面的硬度，因此在钻石加工中可用钻石研磨钻石。

钻石具有很强的抗磨性能，摩擦系数小，其抗磨能力是刚玉的90倍。这种特性使钻石能高度抛光，并使每个小面边棱锐利、挺直。但值得注意的是，钻石虽硬，但常显脆性，在外力冲击作用下很容易破碎。

3密度

钻石的密度为352(±001)g/cm3，因钻石成分单一，并且纯度较高，所以钻石的密度相对很稳定。

五、钻石的内含物

钻石的内含物主要有浅色至深色矿物包体、云状物、点状包体、羽状纹和生长纹。矿物包裹体主要是钻石、橄榄石、辉石、石榴子石、锆石、刚玉、黑色石墨、暗色的赤铁矿、钛铁矿、铬铁矿、硫化物等。云状物由云雾状白色或灰色包体组成，羽状体则包括开放式裂隙和隐蔽式裂隙两种裂隙类型。此外，钻石中还可见生长纹和解理等特征。

六、钻石的电学性质和热学性质

1电学性质

Ⅰ型和Ⅱa型钻石是绝缘体，室温下电阻率为1014～1015Ω·cm。通常情况下，Ⅱb型钻石因含硼而电阻率降低，为25～108Ω·cm，为P型半导体，钻石半导体的电阻值随温度变化特别灵敏，甚至连很微小的变化(00024℃±)都能在瞬间被记录下来，这一特点被广泛应用于真空仪器和精密测温的仪器中。

2热学性质

(1)导热性：钻石具有很高的导热率，且导热率与含氮量有关。若300°K下其导热率为铜的3倍，则其含氮量＜300×10-6。Ⅰa型钻石的含氮量多高于此值，故不宜作散热元件。Ⅰb和Ⅱ型钻石含氮量低，均具有很高的导热率，适于作散热元件。其中Ⅱa型钻石的导热率最好，约比铜高6倍，在190℃则升至30倍左右。

根据钻石的高导热率，宝石鉴定中可用钻石笔(热导仪)鉴定钻石和其仿制品；若简单地对着样品哈气，如果是钻石，则表面上的那层雾气比仿制品要消失得快，这是因为钻石传热快，钻石提供的热量让水膜迅速蒸发的缘故。

(2)热膨胀性：钻石的热膨胀性非常低，温度的突然变化对钻石的影响很小，但若钻石中有裂隙或含有热膨胀性大于钻石的包裹体时，温度的突变可能使钻石发生破裂。

(3)可燃性：高温下钻石可燃，燃点在空气中为850～1000℃，钻石在氧中加热到650℃时，即缓慢燃烧而变为气体二氧化碳。燃点和钻石与空气的接触面及增温率有关，一般小颗粒钻石比大颗粒钻石易燃。激光打孔就是利用该原理在很小区域内提供集中的热量，使空气中的氧将钻石中的暗色物质烧掉。在绝氧并加压的真空条件下，钻石加热到1800℃，可转变成石墨。

3其他性质

(1)表面性质：钻石表面具有亲油性和疏水性。由于钻石由非极性的碳原子组成，对水的H+和(OH)-不产生吸附作用，即水对钻石不产生极化作用，故钻石具有疏水性。

(2)化学稳定性：钻石对任何酸都是稳定的，甚至在高温下，酸对钻石也不显示任何作用，但在含氧盐类和金属熔体中，钻石很容易受侵蚀。

几乎所有的矿物，包括钻石，在紫外线照射下都会释放荧光，颜色由浅蓝到深蓝，或者**、红色。但这对于紫外线也有一定的波长要求。大约40%-60%的钻石在超过366纳米紫外线照射下会释放荧光，有些钻石在254纳米的紫外线短波照射下也会发射荧光。

所以像片中所做的利用验钞机发出的紫外线检验钻石有一定的可行性，但并不能作为绝对的检验指标。

1979年，CIBJO会议提出了钻石和宝石的统一术语和证书问题，讨论自然地转向了宝石的发光问题，也就是所谓的荧光性。CIBJO的德国代表们认为，一颗完美的钻石必须只有纯净的碳，没有其他任何的杂质，如果没有符合这个标准，那么就不能称为一颗完美的钻石。他们称，钻石在长波和短波紫外线(UV)照射下发出的荧光是检测钻石和宝石成分和净度的一个有效且学科的方法。这种观念主要是受钻石买家对钻石净度和纯度认知的影响。但这一提议受到了当时宝石和钻石生产商的抵制，他们声称，如果宝石学会利用紫外线测试来划分净度等级，他们将不再提交一颗宝石给宝石学会做评估。

在今天，钻石的价值主要取决于4C，也就是颜色、净度、大小和切工。其他指标只是作为参考。国际上检测钻石是要将荧光指标写出来的，国内证书上没有特别标注。

在显示出荧光特性的钻石中，95%呈现的可见光是蓝色。因为蓝色是**的互补色，而**是彩钻中最常见的色彩，所以蓝色荧光会使得原本的黄钻石看起来更白甚至接近无色。而除蓝色外，也有非常少量的荧光呈现出**，白色或者其他颜色。

如果是STRONG BLUE的钻石，在放大镜下，会出现蓝色的幽幽蓝光，非常的漂亮。世界很多著名的钻石，都是强荧光的钻石，如蓝色的下午钻石（HOPE钻）等。

在高的颜色中（D—F）中，荧光会给钻石带来一种奶油白色的表现，从而降低钻石的价值。但是在很多情况下，荧光非常难以被察觉到，这样对钻石的亮度和价值的影响就非常小。蓝色的荧光可能会增加低颜色钻石的价值，因为蓝色荧光会使得钻石看起来白一些，亮一些。但是白色和**的荧光由于对钻石通透性的影响会使得钻石的价格下降5-10个百分点。

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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。

I色30分大小VVS1净度加上711-709x468mm比例，还有中度荧光，这样一枚钻石戒指价格不会超过4000元。高了就是贵了，但如果是在商场或实体店购买成品的话，价格可能去到8千上下。