紫外可見分光光度計(jì)快速檢測合成、處理鉆石

（河南省巖石礦物測試中心，河南鄭州市，450012） 劉文君

隨著人們對鉆石的需求量與日俱增，尤其在中國，自2009 年起，中國就連續(xù)三年穩(wěn)居全球第二大鉆石消費(fèi)市場，而且鉆石進(jìn)口規(guī)模與世界排名第一的美國正逐漸縮小差距，2017年我國成品鉆石交易總額約25 億美元，隨著西方文化的滲透，鉆石在國內(nèi)的普及率不斷提升，80/90后成為消費(fèi)主體，帶動鉆石需求上升[1]。在這種趨勢下，合成鉆石、處理鉆石的成本日益降低，從而開始大規(guī)模進(jìn)入零售終端市場（見圖1）。由于合成鉆石、處理鉆石檢測難度較大，常規(guī)難以鑒別，因此如何快速、準(zhǔn)確的鑒別這兩種鉆石就成為珠寶質(zhì)檢站急需解決的問題。鉆石在合成與處理過程中，由于外界條件的變化，會對鉆石的紫外可見吸收產(chǎn)生一定影響，而且紫外可見分光光度計(jì)體積較小，使用方便，因此可以綜合前人文獻(xiàn)，采用紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行鑒別。

圖1 合成鉆石

1 合成、處理鉆石原理

1.1 合成鉆石

流入市場的合成鉆石主要為高溫高壓（HTHP）法合成鉆石、化學(xué)氣相沉淀（CVD）法合成鉆石兩種，HTHP 法指在高溫高壓條件下運(yùn)用溫度梯度法生長的合成鉆石，采用不同的高壓設(shè)備，如壓帶、四面頂、六面頂和BARS 裝置，同時(shí)添加金屬觸媒，從而生長鉆石的方法[2]。CVD法合成鉆石是指在相對較低的溫度、壓力條件下，采用一定方法激活碳源氣體（如甲烷和氫氣），使其中的碳原子在基底（種晶）上過飽和沉積，生長鉆石[3]。

1.2 處理鉆石

市場上常用的處理鉆石的方法為高溫高壓（HTHP）處理、輻照處理兩種，分別通過特定的高溫高壓條件、通過高能粒子轟擊來對鉆石進(jìn)行處理，目的在于改變顏色，也是市場上較為常見的處理鉆石品種。

2 紫外可見分光光度計(jì)

物質(zhì)的吸收光譜本質(zhì)上就是物質(zhì)中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波長的光能量，相應(yīng)地發(fā)生了分子振動能級躍遷和電子能級躍遷的結(jié)果，由于各種物質(zhì)具有各自不同的分子、原子和不同的分子空間結(jié)構(gòu)，其吸收光能量的情況也就不會相同，因此，每種物質(zhì)就有其特有的、固定的吸收光譜曲線[4]。鉆石中由于N的存在形式與聚合形態(tài)的差異，導(dǎo)致鉆石在紫外-可見光的激發(fā)下，出現(xiàn)不同的吸收曲線，從而可以幫助判斷鉆石的天然、合成與處理。

3 紫外可見分光光度計(jì)檢測

天然鉆石絕大多數(shù)為Ⅰa型，因此由N3所導(dǎo)致的415nm吸收線可以作為指示無色-淺黃色鉆石為天然鉆石的確切證據(jù)，有時(shí)也能見到由N2 所導(dǎo)致的477nm 吸收，而合成鉆石、處理鉆石一般缺失415nm吸收線。

表1 不同鉆石的紫外-可見分光光譜

范澄興2013 年針對CVD 合成鉆石利用GEM3000發(fā)現(xiàn)，從樣品紫外可見光譜圖中看到所測樣品均無415nm（N3）、452nm 和478nm（N2）氮吸收峰，在250～1 000nm范圍內(nèi)整體呈現(xiàn)比較平坦，強(qiáng)度變化較小，未見強(qiáng)吸收峰，放大觀察可見在270nm、737nm 左右處有一吸收峰，大約在360nm 和515nm處有寬吸收臺階，研究顯示CVD 合成鉆石會產(chǎn)生270nm左右的吸收峰，以及360n和515nm處的吸收臺階，這三處的吸收臺階是CVD合成鉆石的簡單特征，且樣品中有出現(xiàn)微小差異，說明CVD 合成鉆石的方法趨向多元化[5]。

李倩等2014年對HTHP合成鉆石、CVD合成鉆石、輻照鉆石采用GEM3000 進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)GR1 輻照損傷心738.93nm吸收可以作為輻照處理的證據(jù)；425nm左右弱的寬吸收峰則可以作為HTHP合成鉆石的證據(jù)；270nm左右弱的吸收峰、370nm處弱的寬吸收臺階則是CVD合成鉆石的證據(jù)[6]。

李桂林等2008 年綜述了對HTHP 處理鉆石前后的紫外可見光光譜，發(fā)現(xiàn)Ⅰa 型褐色鉆石經(jīng)過HTHP 處理后，503nm 吸收增強(qiáng)，出現(xiàn)415nm 吸收線，并且出現(xiàn)986nm、637nm 的吸收線，Ⅱ型鉆石則伴有與孤氮有關(guān)的270nm吸收線[7]。

賈瓊等2018 年對28 顆鉆石樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，綜合對比HTHP處理、輻照處理鉆石的譜學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)經(jīng)HTHP 處理的Ⅰa 型天然鉆石有較弱的415nm處的鉆石特征吸收峰，經(jīng)輻照處理的Ⅰa 型天然鉆石能見741nmdGR1心，未經(jīng)處理的Ⅱa型CVD合成鉆石顯示與SiV-有關(guān)的737nm 吸收峰，而經(jīng)輻照處理的Ⅱa型CVD合成鉆石能見741nm的吸收峰[8]。

4 結(jié)論

綜上，可以看到幾人的研究結(jié)果中，幾個(gè)特征吸收峰較有共性特征（如表1）。根據(jù)表格中所顯示不同鉆石的紫外可見光光譜，即可將鉆石類型一一對應(yīng)，再輔助其他檢測手段，即可揭示該鉆石是否為天然鉆石。