紫外可见分光光度计快速检测合成、处理钻石

（河南省岩石矿物测试中心，河南郑州市，450012） 刘文君

随着人们对钻石的需求量与日俱增，尤其在中国，自2009 年起，中国就连续三年稳居全球第二大钻石消费市场，而且钻石进口规模与世界排名第一的美国正逐渐缩小差距，2017年我国成品钻石交易总额约25 亿美元，随着西方文化的渗透，钻石在国内的普及率不断提升，80/90后成为消费主体，带动钻石需求上升[1]。在这种趋势下，合成钻石、处理钻石的成本日益降低，从而开始大规模进入零售终端市场（见图1）。由于合成钻石、处理钻石检测难度较大，常规难以鉴别，因此如何快速、准确的鉴别这两种钻石就成为珠宝质检站急需解决的问题。钻石在合成与处理过程中，由于外界条件的变化，会对钻石的紫外可见吸收产生一定影响，而且紫外可见分光光度计体积较小，使用方便，因此可以综合前人文献，采用紫外可见分光光度计进行鉴别。

图1 合成钻石

1 合成、处理钻石原理

1.1 合成钻石

流入市场的合成钻石主要为高温高压（HTHP）法合成钻石、化学气相沉淀（CVD）法合成钻石两种，HTHP 法指在高温高压条件下运用温度梯度法生长的合成钻石，采用不同的高压设备，如压带、四面顶、六面顶和BARS 装置，同时添加金属触媒，从而生长钻石的方法[2]。CVD法合成钻石是指在相对较低的温度、压力条件下，采用一定方法激活碳源气体（如甲烷和氢气），使其中的碳原子在基底（种晶）上过饱和沉积，生长钻石[3]。

1.2 处理钻石

市场上常用的处理钻石的方法为高温高压（HTHP）处理、辐照处理两种，分别通过特定的高温高压条件、通过高能粒子轰击来对钻石进行处理，目的在于改变颜色，也是市场上较为常见的处理钻石品种。

2 紫外可见分光光度计

物质的吸收光谱本质上就是物质中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波长的光能量，相应地发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁的结果，由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线[4]。钻石中由于N的存在形式与聚合形态的差异，导致钻石在紫外-可见光的激发下，出现不同的吸收曲线，从而可以帮助判断钻石的天然、合成与处理。

3 紫外可见分光光度计检测

天然钻石绝大多数为Ⅰa型，因此由N3所导致的415nm吸收线可以作为指示无色-浅黄色钻石为天然钻石的确切证据，有时也能见到由N2 所导致的477nm 吸收，而合成钻石、处理钻石一般缺失415nm吸收线。

表1 不同钻石的紫外-可见分光光谱

范澄兴2013 年针对CVD 合成钻石利用GEM3000发现，从样品紫外可见光谱图中看到所测样品均无415nm（N3）、452nm 和478nm（N2）氮吸收峰，在250～1 000nm范围内整体呈现比较平坦，强度变化较小，未见强吸收峰，放大观察可见在270nm、737nm 左右处有一吸收峰，大约在360nm 和515nm处有宽吸收台阶，研究显示CVD 合成钻石会产生270nm左右的吸收峰，以及360n和515nm处的吸收台阶，这三处的吸收台阶是CVD合成钻石的简单特征，且样品中有出现微小差异，说明CVD 合成钻石的方法趋向多元化[5]。

李倩等2014年对HTHP合成钻石、CVD合成钻石、辐照钻石采用GEM3000 进行检测，发现GR1 辐照损伤心738.93nm吸收可以作为辐照处理的证据；425nm左右弱的宽吸收峰则可以作为HTHP合成钻石的证据；270nm左右弱的吸收峰、370nm处弱的宽吸收台阶则是CVD合成钻石的证据[6]。

李桂林等2008 年综述了对HTHP 处理钻石前后的紫外可见光光谱，发现Ⅰa 型褐色钻石经过HTHP 处理后，503nm 吸收增强，出现415nm 吸收线，并且出现986nm、637nm 的吸收线，Ⅱ型钻石则伴有与孤氮有关的270nm吸收线[7]。

贾琼等2018 年对28 颗钻石样品进行了实验，综合对比HTHP处理、辐照处理钻石的谱学特征，发现经HTHP 处理的Ⅰa 型天然钻石有较弱的415nm处的钻石特征吸收峰，经辐照处理的Ⅰa 型天然钻石能见741nmdGR1心，未经处理的Ⅱa型CVD合成钻石显示与SiV-有关的737nm 吸收峰，而经辐照处理的Ⅱa型CVD合成钻石能见741nm的吸收峰[8]。

4 结论

综上，可以看到几人的研究结果中，几个特征吸收峰较有共性特征（如表1）。根据表格中所显示不同钻石的紫外可见光光谱，即可将钻石类型一一对应，再辅助其他检测手段，即可揭示该钻石是否为天然钻石。