钻石的基本性质

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。

1、钻石最容易看到的就是没有颜色的样子，但是有些钻石仔细去看的时候会发现有一些**，因此根据**的含量，从低到高分为十种等级。

2、钻石的十种等级从低到高：N、M、K、J、I、H、G、F、E、D。

3、N-K级别的钻石可以直接看到**，质量较差；J-I级别的钻石可以看到一点点**，有一点投资价值。

4、H-G级别的钻石接近无色，投资价值较高；F级和E级的钻石品质都是很高的，肉眼看不出颜色，价格也比较昂贵，而D级的钻石是最稀有的，完全是没有颜色的，价格最高。

5、当学会这些后，就可以看看柜台上的钻石品质是否高了，自己学会鉴别。

1、D级是白色钻石中最高级别颜色。钻石，提到这个名词，相信广大的女性同胞都是一样的心花怒放。世界上没有人不喜欢钻石，就像世界上没有人不喜欢钱、不喜欢美女、帅哥一样。一说到钻石就有一种金光闪闪的感觉，它的魅力在于它的特别，物以稀为贵这一点在钻石上就得到了很好的验证和体现。

2、如何区分钻石颜色的分级：钻石颜色分三大系列：开普系列：包括无色、浅黄至**钻石。

3、褐色系列：包括不同强度的褐色钻石。

4、彩色系列：包括粉红、紫红、金黄、蓝色、绿色等钻石。

5、大部分的宝石级钻石，其颜色属于开普系列，即无色-浅**系列。在鉴定钻石的颜色时，将鉴定的钻石与一套国际通用的标准比色石进行比较，标准比色石的颜色是按照从无色的D级(最高等级)到**的Z级次序来排列的。

6、钻石色泽等级按美国宝石学院GIA建立的色泽分级，由“D”（透明无色，即从Diamond的第一个字母开始）至“Z”（**）。彩钻千变万化，是极之罕有，价格也极高的钻石。色泽分级系统不适用于彩钻。

7、常见的白色钻石分级标准

8、色泽是D，E，F的，又称为透明无色，是极为珍贵罕有，它们之间的区别要靠专家很仔细去辨别；较普遍的是色泽是G至J，又称为接近无色。专家较易分辨，但一般人很难区分，若镶在首饰上就更难察觉；色泽是K以下的，又称为淡**，一般人或许分辨得到，但价格就明显便宜很多了。

9、D级：钻石中的最高等级，纯净无色，堪称完美，是钻石中最难得的存在，稀有性强。

10、E级：高品质钻石，无色级，一般的人无法从中看出颜色，只有少量的珠宝鉴定专家才能鉴定出颜色来。

11、F级：比E级稍低的高品质钻石，除非是珠宝鉴定专家，否则难以检测出其中的颜色。

12、G~H级：虽然是接近于无色，但是相比于无色高品质钻石而言，内里有稍显清淡的**。

13、I~J级：仍旧接近无色，但是内部同样具有轻微**，有价值。

14、K~M级：一般人很明显的就能看到其中的颜色，且本身颜色稍显暗淡，等级低，火彩和光泽度差。

15、钻石颜色从DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ这么多种类，一般钻石的颜色只要在H色以上都是可以接受的。

16、目前国内商场多半是F-J色之间的钻石，D、E这样高色的钻石少见，K以后的**钻石也少见。

影响颜色的4个因素：

杂质元素致色

塑性变形致色

辐射中心致色

矿物包裹体致色

无色钻石：纯净、无杂质、无晶格变形。

粉红、紫红色 天然的粉红色：与褐色成因相似。

光谱：Ia : 415、 478、 560nm

IIa : 390、 396、560nm

Argyle粉红色：415、 503、 560nm

粉红色均以560nm吸收宽带为特征。

钻石塑性变形：位错(即第二种原因)

红色钻石主要是 澳大利亚 产

当钻石在形成时受地质条件的影响 会对内部结构产生影响 产生电子位错

形成新的能级，吸收自然光中的部分能量，形成红色粉红色

蓝色：

B原子所致，其外层为三个价电子，当与碳原子形成共价健时产生一个空穴，并被相邻的碳原子的电子充填，电子吸收长波（红色），残余色呈蓝色。

黑色：大量的暗色不透明的包裹体

—微晶状 铁质 矿物或分子级石墨化。

绿色：辐射损伤中心致色，

天然钻石常为很薄的绿色表皮

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绝大多数的天然颜色天然彩色钻石价格昂贵，都具备宝石鉴定机构所签发的鉴定证书，其他种类的彩色钻石也最好具有鉴定证书或保证书。彩色钻石的鉴定和颜色评定决非一般珠宝商和宝石学家所能胜任的。鉴定天然钻石除了使用经典宝石学方法外，更多地使用各种非损伤型光谱仪器，包括紫外、可见、红外、拉曼、荧光、X 射线荧光等光谱仪。另外紫外荧光图像仪是分辨天然钻石与合成钻石的主要仪器之一。彩色钻石的光谱和数据资料库甚至比仪器更重要，积累多年的光谱和数据资料是鉴定彩色钻石的重要依据，彩色钻石的色心光谱是鉴别天然、处理和改色的关键。当然最重要的是具有经验，能够正确解读各种光谱和数据的彩色钻石鉴定人员。

宝石鉴定机构签发两类彩色钻石证书：“彩色钻石评定证书”（Color Diamond Grading Report）和“彩色钻石鉴定和来源证书”（Colored Diamond Identification and Origin Report）。彩色钻石评定证书是彩色钻石的一个完全证书，内容包括克拉重量、切工、净度、颜色来源和颜色评定。因为彩色钻石的净度和切工不是十分重要，彩色钻石鉴定和来源证书是一个简化证书，只包括颜色来源和颜色评定，以及形状、尺寸和重量。

图6-9是一个美国宝石学院彩色钻石评定证书的样本，仅供参考。此彩色钻石评定证书样本的序号为12345678，签发日期为2005年1月l日。彩色钻石的评定包括四部分：形状和切工式样（Shape and Cutting Style）、比率（Proportions）、净度级别（Clarity Grade）和颜色（Color）。

图6-9 美国宝石学院彩色钻石评定证书样本

彩色钻石评定证书样本中的彩色钻石的形状和切工式样为改良亮圆形（ROUNDMODIFY ED,BRILLIANT），尺寸为666mm×686mm×372mm，重量为105ct。

彩色钻石的比率为：

全深比（Depth)　　502%；

台面比（Table)　　688%；

腰围（Girdle） 中等到厚，切面（MEDIUM TO THICK,FACETED）；

底尖（Culet） 小（SMALL）。

修饰度（Finish）：

抛光（Polish） 很好（VERY GOOD）；

对称（Symmetry） 好（GOOD）。

彩色钻石的净度：VVS2。

颜色：

颜色来源（Origin） 天然（NATURAL）；

级别（Grade） 彩艳（FANCY VIVID）；

　　　　　　　偏绿蓝色（GREENISH BLUE）；

分布（Distribution） 均匀（EVEN）；

荧光（Fluorescence） 强红色（STRONG RED）。

彩色钻石评定证书样本还包括附注（Comments）：内部纹理没有标示（Internal grainning is not shown）。这一附注是指在下面的瑕疵素描图中没有标示内部纹理。

在瑕疵素描图中的亭部投影图上的右下方绘有一个小红点。根据符号标志（KEY TO SYMBOLS），这一小红点表示此彩艳偏绿蓝色改良亮圆形钻石中有一很小的晶体包裹体，通过亭部可以观察到。

在彩色钻石评定证书中对于所评定的彩色钻石来说最重要的是颜色来源和颜色级别两项。颜色来源有两种情况：天然（NATURAL）或经处理（TREATED）。天然颜色的天然钻石都在颜色来源一项明确注明为“天然”。如果天然钻石的颜色经过人工改色处理，颜色来源一项应明确注明为“经处理”。一般说来，具有彩色钻石评定证书的彩色钻石都被鉴定为天然颜色。经人工颜色处理的彩色钻石几乎没有彩色钻石评定证书。

为获得最大的重量，彩色钻石的切工式样大多为非理想圆形。彩色钻石的台面颜色可能不是均匀分布，例如马眼形切工的彩色钻石的颜色比较倾向分布在两端，而中间部分会呈不同程度的窗口效应。彩色钻石评定证书中的颜色分布一项评定颜色分布的均匀程度，颜色分布越均匀越好。

彩色钻石都具有一定程度的紫外荧光。由于较强的紫外荧光可能改变钻石的颜色，一般情况下彩色钻石的荧光越小越好。

因为颜色来源和颜色级别两项对彩色钻石最为重要，彩色钻石商和彩色钻石顾客对彩色钻石的切工和净度并不十分在意，美国宝石学院签发的彩色钻石鉴定和来源证书只专注于颜色来源和颜色级别两项，可以为顾客节省彩色钻石的评定时间和费用。彩色钻石鉴定和来源证书包括形状和切工式样、尺寸、克拉重量、颜色来源、颜色级别和分布，不包括比率、净度、荧光，以及瑕疵的素描图。彩色钻石鉴定和来源证书的优点是简明易懂和重点突出。

图6-10所示的美国宝石学院彩色钻石鉴定和来源证书的样本，仅供参考。此彩色钻石鉴定和来源证书的样本序号为12345678，签发日期为2008年1月1日。

图6-10 美国宝石学院彩色钻石鉴定和来源证书样本

彩色钻石鉴定和来源证书样本中的彩色钻石的形状和切割形式为改良亮圆形（ROUND MODIFYED,BRILLIA NT），尺寸为688mm×6916mm×361mm，重量为108ct。

颜色评定：

颜色来源（Origin） 天然（NATURAL）

级别（Grade）　彩艳（FANCY VIVID）

　　　　　　　　　蓝色（BLUE）

分布（Distribution） 均匀（EVEN）

根据此彩色钻石鉴定和来源证书可一目了然而知这一彩色钻石是一颗改良亮圆形切割，重108ct，天然颜色的彩艳蓝色天然钻石。

只要在彩色钻石鉴定证书上没有注明是合成钻石，这颗彩色钻石就是天然钻石。过去宝石鉴定机构只为天然颜色的天然钻石签发鉴定证书，现在也逐步为经改色处理的天然钻石和合成钻石签发证书。当一颗彩色钻石的颜色来源不能确定时，宝石鉴定机构都是将彩色钻石退回，并告知顾客此彩色钻石的颜色来源不详。

彩色钻石的颜色级别取决于颜色评定系统。不同宝石鉴定机构使用的颜色评定系统有所区别，目前没有国际标准，基本上以美国宝石学院的彩色钻石颜色评定系统应用最为广泛。著者所研发的通用颜色系统的颜色级别均匀分布在均匀颜色空间，并可以通过颜色测量获得准确的颜色级别。有关彩色钻石的颜色系统和颜色评定请参阅第五章的详细介绍。

彩色钻石的颜色评定可以由颜色评定师在标准条件下通过比较台面的特征色与标准色序系统色卡颜色而获得，也可以用颜色测量的方法获得。两种方法各有优缺点，但颜色测量方法是必然的趋势。

彩色钻石的颜色级别在一定的色调范围内，饱和度越大颜色越好，其对应的价格就越高。艳的饱和度最大，相对应的颜色最好，价格也最高。例如，艳蓝色（Vivid Blue）天然彩色钻石的价格在蓝色天然钻石中最高。在相同的色调和亮度的条件下，饱和度为浓的彩色钻石价格高于饱和度为彩的彩色钻石；饱和度为强的彩色钻石价格高于饱和度为浓的彩色钻石；饱和度为艳的彩色钻石价格高于饱和度为强的彩色钻石。

彩色钻石的颜色级别较少，同一颜色级别的颜色相差很大。一个彩色钻石颜色级别的差别可能比D—Z之间的23个颜色级别的颜色差别的总和还大得多。在精确评定彩色钻石的颜色级别方面，颜色测量较目视颜色评定具有明显的优点。通用颜色评定系统中饱和度是独立的要素，饱和度由小到大的排列顺序为彩、浓、强和艳。根据测量的饱和度不同还可以在同一颜色级别内加以比较。例如，两颗彩色钻石的颜色级别及其他方面都一样，一般说来价格是相同的。如果经颜色测量，一颗彩色钻石的饱和度大于另外一颗的饱和度，那么选择饱和度大的更合算，甚至还可能是大赚！

利用颜色测量有可能知道彩色钻石的饱和度是否靠近颜色级别的边界。购买高饱和度的低级别颜色的彩色钻石要比低饱和度的高级别颜色的彩色钻石合算，而且两颗彩色钻石的颜色可能没有明显的视觉差别。例如，购买一颗高饱和度彩浓蓝色钻石可能要比一颗低饱和度彩艳蓝色钻石更合算。这两颗蓝钻石的颜色没有很大的差别，但由于颜色级别的不同会有很大的价格差别。彩艳蓝色钻石的价格要远高于彩浓蓝色钻石的价格。这就像购买一颗098ct的无色钻石要比一颗颜色相同的100ct的无色钻石合算的多一样，尽管二者之间的大小几乎没有差别，但当重量达到100ct时价格跳跃上涨。

一、传统宝石学颜色成因

传统宝石学主要基于宝石的化学成分和外部构造特点，将宝石颜色划分为自色、他色和假色。

1自色

由作为宝石矿物基本化学组分中的元素而引起的颜色，这些致色元素多为过渡金属离子，如铁铝榴石、绿松石、孔雀石、蓝铜矿等。

2他色

由宝石矿物中所含杂质元素引起的颜色。他色宝石在十分纯净时呈无色，当其含有微量致色元素时，可产生颜色，不同的微量元素可以产生不同的颜色。如尖晶石，其化学成分主要是Mg Al2O4，纯净时无色，含微量的Co元素时呈现蓝色，含微量Fe元素时呈现褐色，而含微量Cr元素时呈现红色。另外同一种元素的不同价态可产生不同的颜色，如含Fe3＋常呈棕色，含Fe2＋则呈现浅蓝色。同一元素的同一价态在不同的宝石中也可引起不同的颜色，如Cr3+在刚玉中产生红色，在绿柱石中产生绿色。

3假色

假色与宝石的化学成分和内部结构没有直接关系，而与光的物理作用相关。宝石内常存在一些细小的平行排列的包裹体、出溶片晶、平行解理等。它们对光的折射、反射等光学作用产生的颜色就是假色。假色不是宝石本身所固有的，但假色能为宝石增添许多魅力，这一方面的具体内容已在宝石的特殊光学效应一节里进行了较详细的叙述。

二、近代科学宝石颜色的成因

随着科学的发展，人们发现宝石的颜色不仅仅取决于其化学组成，更重要的是取决于其内部结构。近代科学颜色成因理论打破了传统颜色成因理论中的自色、他色的界限，从晶体场理论、分子轨道理论和能带理论等的角度揭示了宝石颜色成因的本质。

（一）离子内部的电子跃迁呈色（晶体场理论）

晶体场理论研究的对象是处于宝石晶体结构中的过渡金属元素和某些镧系、锕系元素。它把晶体场看成一种正负离子间的静电作用，将带有正电荷的阳离子称为中心离子，把带有负电荷的阴离子和络阴离子统称为配位离子，或简称配位体。晶体场理论与其他理论的区别在于，它把配位体处理为一个点电荷，点电荷作用的实质是产生静电势场力，这种静电势电场又被称之为晶体场。晶体场跃迁包括d-d跃迁和f－f跃迁。元素周期表中第四、五周期的过渡金属元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别含有4f和5f轨道。在配位体的存在下，过渡元素五个能量相等的d轨道和镧系元素七个能量相等的f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨道和f轨道。当它们的离子吸收光能后，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁至高能态的d或f轨道，这两类跃迁分别称为d-d跃迁和f－f跃迁。由于这两类跃迁必须在配位体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。

过渡金属元素的d-d电子跃迁引起宝石颜色变化的最好例子是红宝石、祖母绿及变石，图1-4-11为三者的紫外可见吸收光谱。

图1-4-11 红宝石、祖母绿及变石的UV吸收光谱

A——红宝石；B——变石C——祖母绿

红宝石中致色离子为Cr3＋，从Cr3+的3d3电子组态导出的自由离子谱项为：基谱项为4F，激发谱项为4P、2G、2D等。八面体场中，由基谱项4F分裂为三个能级，即4A2、4T2、4T1。红宝石的吸收光谱特征表明，在可见光区域内，出现两个强而宽的吸收带，分别由4A2→4T2、4A2→4T1能级之间的跃迁所致。d电子在4A2→4T2、4A2→4T1能级间跃迁的过程中，分别吸收225和302e V能量，其余吸收后的残余能量组合成红宝石的颜色（见图1-4-12）。

祖母绿吸收光谱特征表明（见图1-4-13），在可见光区域内，出现两个强而宽的吸收带，分别由4A2→4T2、4A2→4T1能级之间的跃迁所致。d电子在4A2→4T2、4A2→4T1能级间跃迁的过程中，分别吸收204和292e V能量，其余吸收后的残余能量组合成祖母绿的颜色。

图1-4-12 红宝石的UV吸收光谱

图1-4-13 祖母绿的UV吸收光谱

变石的化学式组成（BeAl2O4）介于红宝石和祖母绿之间，影响铝氧八面体的金属离子只有Be一种，因此Cr3＋离子与周围配位体电场强度低于红宝石而高于祖母绿，它的金属氧离子之间化学键的性质也介于红宝石和祖母绿之间。变石中Cr3＋离子4A2→4T2跃迁吸收的能量为216eV，介于红宝石（225eV）和祖母绿（204eV）之间，而4A2→4T1跃迁所吸收的能量（298eV）与红宝石和祖母绿相差不大。在可见光区域内，变石中红光和蓝绿光透过的几率近于相等，于是外部环境的光源条件（色温）就决定了变石的颜色。例如，色温较高的日光灯中蓝绿色成分偏多，导致变石中蓝绿色成分的叠加，而呈现蓝绿色。反之，白炽灯光源中色温偏低，导致变石中红色成分的叠加，而呈现红色（见图1-4-14）。

图1-4-14 变石的UV吸收光谱

（二）离子间的电荷迁移呈色（分子轨道理论）

分子中单个电子的状态函数称为分子轨道。根据分子轨道模型，认为一个分子中所有的轨道都扩展至整个分子上。占据这些轨道的电子不是定域在某个原子上，而是存在于整个分子之中。根据分子轨道理论，电子可以从这一个原子轨道上跃迁到另一个原子轨道上去，这种电子跃迁称为电荷迁移。

某些分子既是电子给体，又是电子受体，当电子受辐射能激发从给体外层轨道向受体跃迁时，就会产生较强的吸收，这种光谱称为电荷迁移光谱。伴随电荷转移，在吸收光谱中产生强吸收带，如果电荷转移带出现在可见光范围内，则产生相应的颜色。电荷迁移有多种形式，它可以发生在同核原子价态之间，也发生在异核原子价态之间。

1金属—金属原子间的电荷迁移

金属—金属原子间的电荷迁移可分为同核原子价态之间的电荷迁移和异核原子价态之间的电荷迁移。

（1）同核原子价态之间的电荷迁移

同核原子价态之间的电荷迁移来自不同价态的同一过渡元素的两个原子之间的相互作用，当两个不同价态的同核原子分布在不同类型的格点中，且两者之间有能量差时，电子可发生转移，并产生光谱吸收带，从而使宝石呈现颜色。堇青石的蓝紫色的产生是这种情况的典型实例。在堇青石中，Fe3+和Fe2+分别处于四面体和八面体位置中，两个配位体以共棱相接，当可见光照射到堇青石时，其Fe2+的一个d电子吸收一定能量的光跃迁到Fe3+上，此过程的吸收带位于17000cm-1（相当于黄光），使堇青石呈现蓝色。蓝色、绿色电气石和海蓝宝石也是由于Fe2+-Fe3+间的电荷迁移而呈的色。

（2）异核原子价态之间的电荷迁移

图1-4-15 蓝宝石的UV吸收光谱

异核原子价态之间的电荷迁移的典型实例是蓝宝石（见图1-4-15），在蓝宝石中Fe2+与Ti4+分别位于相邻的以面相连接的八面体中，Fe、Ti离子的距离为0265nm，二者的d轨道沿结晶轴重叠，当电子从Fe2+中跑到Ti4+中时，Fe2+转变为Fe3+，而Ti4+转变为Ti3+，即Fe2++Ti4+→Fe3++Ti3+。电荷迁移的这一过程，伴随着的光谱吸收能为211eV，吸收带的中心位于588nm，其结果是在蓝宝石的c轴方向只透过蓝色，呈现蓝色。当两个八面体在垂直c轴方向上以棱相连接时，这时电荷转移吸收带略向长波方向位移，使蓝宝石在非常光方向上呈现蓝绿色。异核原子价态之间的电荷迁移，也是蓝色黝帘石、褐色红柱石呈色的原因。

2其他类型的电荷迁移

除了上述两种类型的电荷迁移外，还有非金属与金属原子之间的电荷迁移和非金属与非金属原子之间的电荷迁移。

宝石中常见的非金属与金属原子之间的电荷迁移为O2-→Fe3+。02-与Fe3+之间的电荷迁移对可见光光谱中紫色、蓝色光强烈吸收，导致宝石呈金**。金**绿柱石、金**蓝宝石的颜色均由02-→Fe3+之间的电荷迁移引起。

（三）能带间的电子跃迁呈色（能带理论）

能带理论是研究宝石材料的一种量子力学模式，是分子轨道理论的进一步发展。它较好地解释了天然彩色钻石的呈色机理及其金刚光泽的产生原因。能带理论认为：固体中电子并非束缚于某个原子上，而为整个晶体所共有，并在晶体内部三维空间的周期性势场中运动。电子运动时的能量具一定的上下限值，这些电子运动所允许的能量区域就称之为能带。它与晶体场理论和分子轨道理论的区别是：晶体场理论和分子轨道理论主要适用于局部离子和原子团上的电子，电子是定域的，是局部态之间的跃迁；能带理论则与之相反，它认为电子是不定域的，是非局部态之间的电子跃迁。能带又可分为：①导带（又称空带），由未填充电子的能级所形成的一种高能量带。②带隙（又称禁带），价带最上部的面（又称为费米面）与导带最下部面之间的距离，禁带的宽度随矿物键性的不同而不同；③价带（又称满带），由已充满电子的原子轨道能级所构成的低能量带，当自然光通过宝石时，宝石将吸收能量使电子从价带跃迁至导带，所需的能量取决于带隙的宽度，即价带顶部与导带底部间的能量差，又称能量间隔，一般用ΔEg表示。不同的宝石由于能量间隔不同而呈现不同的颜色。与晶体场理论一样，电子从导带返回至价带的过程中，其吸收的能量仍以光的形式发射出来。例如，Ⅱa型钻石带隙的能量间隔（ΔEg=54e V）大于可见光的能量，即电子从价带跃迁至导带时吸收的能量为54e V，故吸收主要发生在紫外光区，对可见光能量无任何吸收，故理论上，IIa钻石为无色（见图1-4-16）；由于Ⅰb型钻石中含有微量的孤氮原子，氮原子外层电子（1s22s22p3）比碳原子（1s22s22p2）多一个，额外的电子则在禁带中生成一个杂质能级（氮施主能级），由此缩小了带隙的能量间隔，电子从杂质能级跃迁至导带所吸收的能量为22e V（564nm），故该类钻石显橙**（见图1-4-17）。

（四）晶格缺陷呈色

宝石晶体结构中的局部范围内，质点的排列偏离其格子状构造规律（质点在三维空间作周期性的平移重复）的现象，称为晶格缺陷。其产生原因与宝石晶体内部质点的热振动、外界的应力作用、高温高压、辐照、扩散、离子注入等有关。

例如，在上地幔的高温高压环境中结晶出的金刚石晶体，被寄主岩浆（金伯利岩岩浆或钾镁煌斑岩岩浆）快速携带到近地表时，温压条件的迅速改变和晶体与围岩物质的相互碰撞，则易导致侵位金刚石晶体的结构局部发生改变，并诱发晶格缺陷，使一部分原本无色的金刚石的颜色发生改变，从而形成褐黄、棕**及粉红色金刚石。

图1-4-16 Ⅱa型钻石中电子跃迁图示

图1-4-17 Ⅰb型钻石中电子跃迁图示

色心作为晶格缺陷的一种特例，泛指宝石中能选择性吸收可见光能量并产生颜色的晶格缺陷。属典型的结构呈色类型。色心的种类十分复杂，但最常见的为电子心（F心）、空穴心（V心）及杂质离子心。

1电子心（F心）

电子心（F心）是由宝石晶体结构中阴离子空位引起的。就整个宝石晶体而言，当阴离子缺位时，空位就成为一个带正电的电子陷阱，它能捕获电子。如果一个空位捕获一个电子，并将其束缚于该空位，这种电子呈激发态，并选择性吸收了某种波长的能量而呈色。因此，电子心是由一个阴离子空位和一个受此空位电场束缚的电子所组成的。例如，紫色萤石晶体中的氟离子离开正常格位，而形成一个阴离子空位（缺少负电荷），该结构位显示正电性，形成一个带正电的电子陷阱。为了维持晶体的电中性，阴离子空位必须捕获一个负电子，由此产生了颜色。

2空穴心（V心）

空穴心（V心）是由晶体结构中阳离子缺位引起的。从静电作用考虑，缺少一个阳离子，等于附近增加了一个负电荷，则附近一个阴离子必须成为“空穴”才能保持静电平衡。因此，空穴心是由一个阳离子空位捕获一个“空穴”所组成的。例如，烟晶中以类质同象形式替代Si4+的Al3+杂质，在晶格位中形成正电荷不足的位置（正电荷陷阱），为了维持暂时的电中性，Al3+离子周围必须有相应的正一价阳离子存在。当水晶受到辐照后，与最近邻的O2-将失去一个多余的电子，而残留下一个空穴，形成空穴心（V心）。利用辐照源的带电粒子（加速电子、质子）、中子或射线辐照宝石，通过带电粒子、中子或Y射线与宝石中离子、原子或电子的相互作用，最终在宝石中形成电子－空穴心或离子缺陷心。如辐照处理钻石、蓝黄玉等，辐照的本质是提供激活电子、格位离子或原子发生位移的能量，从而形成辐照损伤心。

已知的紫红色钻石寥寥无几（图3—10），粉红色钻石在澳大利亚的阿盖尔矿偶然会有发现。天然紫红色钻石和粉红色钻石的颜色部主要是由钻石晶体的塑性变形所产生。钻石晶体在地幔中的高温高压环境下，由于不均匀侧向力的挤压，钻石的晶体结构产生塑性变形。这种塑性变形改变了钻石晶体在缺陷处的物理和光学性质。在显微镜下，塑性变形呈粉红色或棕色带状分布，在可见光波长范围中部产生一个550nm 宽吸收带，使钻石呈现红紫色调的颜色，包括粉红色、红紫色和棕色。一般情况下塑性变形较少者呈浅棕色，较多者呈棕色到暗棕色，二者饱和度都较低。只有在极特殊的情况下，适当的塑性变形才会使钻石产生亮度较高的粉红色到饱和度较高的紫红色。

图3-10 北极光彩色钻石珍藏中的一颗紫红色钻石（Tino Hammid/Courtesy of Aurora Gem Collection）

第196号，重106ct

图3-11 著者收藏的一颗紫红色调的粉红色合成钻石

（刘严摄影/刘严收藏）

由印度古都戈尔康达（Golconda）所产出的稀有粉红色钻石均呈淡粉红色，其颜色是由N—V色心所致。由于N—V 色心的零声子线位于 5748nm对可见光中段产生吸收，因此，可见光两侧的红光和蓝光混合产生紫红色调的淡粉红色。根据对测量光谱的研究，印度戈尔康达的粉红色钻石的含氮量极低，属于Ⅱa型。因为N—V色心必须在高温下，离散氮原子与晶格空穴结合才能生成，戈尔康达的粉红色钻石一定曾经受过一个天然辐射和高温过程。戈尔康达的粉红色钻石的颜色分布较均匀，这很可能是由γ辐射产生的GR1色心再经天然热处理后所产生的。由于戈尔康达的粉红色钻石的含氮量极低，N—V色心不可能很多，在钻石晶体中的少量N—V色心只能产生饱和度很低的淡粉红色。

低氮含量的Ⅰb型合成钻石经辐射和热处理后，较容易产生N—V 色心，且绝大多数的离散氮原子都与空穴结合而生成N—V色心。这种具有N—V 色心的Ⅰb型合成钻石的颜色呈紫红色调的粉红色。图3-1l所示是著者所收藏的一颗具有紫红色调的粉红色合成钻石，其粉红颜色主要是由N—V色心所致。

现在的钻石合成技术还不能在合成钻石的晶体内产生塑性变形，因而目前还没有具有塑性变形的粉红色合成钻石。

根据颜色命名原理，粉红色为具有高亮度和低饱和度的红、橙和紫红色。高亮度的红、橙和紫红色调的颜色的饱和度不可能很高，所以高亮度的红、橙和紫红色调的颜色均属于粉红色。钻石的粉红色也不例外，不仅包括高亮度紫红色调的颜色，还包括高亮度的红色和橙色。具有红色和橙色色调的粉红色钻石的成因与红色和橙色钻石的成因相同，主要是塑性变形、N3色心、H 色心和N—V色心等共同产生，其中N3色心和H 色心为辅助色心。随着塑性变形吸收带、N3色心、H 色心或N—V 色心相对强度的变化，钻石的色调在橙色和红色之间变化。红色和橙色钻石十分罕见，具有红色和橙色色调的粉红色钻石也不多见。

浅粉红色的“阿格拉”（A gra）钻石重达3234ct，原产自印度。重达2053ct的五边形“霍特斯娅”（Hortensia）钻石是一颗法国皇冠上的钻石，呈现淡粉红色，原产自印度。这两颗著名的淡粉红色钻石的颜色都是由 N—V 色心所致。

图3-12 天然紫红色调的粉红色钻石及其原石（Robert Weldon/Courtesy of Aurora Gem Collection）

这颗粉红色刻面钻石的饱和度较高，亮度适中实际颜色接近紫红色

这个问题不用担心，下面由艾茉珠宝鉴定师来详细解释下荧光及其对钻石价值的影响。

钻石在紫外线的照射下发出可见光的现象，这种性质称之为紫外荧光，简称荧光。大约35%的钻石有荧光，最常见的荧光颜色为蓝白色，比例达到97%，此外还可以出现**、橙色、黄绿色、绿色和红色荧光。

钻石的蓝白色荧光和N3色心（3个N原子环绕一个空穴）引起的吸收有关，N3色心会使钻石在可见光蓝--紫区（415nm处）有明显吸收，导致钻石的**调，但是并不是N元素含量越高，荧光越强。4～9个N原子占据晶格中相邻碳原子位置，并伴随有一个结构空位，这种结构为B集合，B集合与N3心往往同时存在，并且B集合对钻石的荧光有消减作用。所以钻石荧光的强弱，不仅和N3心有关系，还与B集合含量有关。

蓝白色的荧光，可以中和钻石的**体色，在自然光下强荧光钻石显得更白。不同钻石的荧光强弱差异很大，如南非Premier钻矿产出的“Jager"钻石，当时被认为是最好的颜色，在日光下观察为蓝白色，实际上是钻石强荧光造成的，这种蓝白色钻石的真正色级，在I色附近。由于钻石的颜色分级是在无紫外线条件下进行，荧光的强弱对颜色等级并不影响。

二，荧光级别的划分规则

按三粒荧光强度比对样品在长波紫外光下的发光强度，将钻石的荧光级别划分为强，中，弱，无四级。

三，荧光对钻石价值的影响

一般来说，荧光对中小质量（05克拉以下），色级和净度不高的钻石，价值影响不大，在钻石贸易中考虑的不多。但是当质量大于l克拉，色级、净度较高时，荧光等级就会对价值有高达15%的影响，净度、颜色等级越高，对价值影响越大。荧光对高净度、高色级钻石是负影响，对低净度、低色级钻石反而是正影响。

如果是**荧光，一般有 5%～10% 的折扣。

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