天然黑色单晶钻石鉴定特征

钱伟吉 封卓然 陆晓颖 / 1.上海市计量测试技术研究院；2.国家金银制品质量监督检验中心（上海）；.上海浦东海关

0 引言

黑色钻石又称黑色金刚石，是一种在中非共和国及巴西冲积矿床发现的天然金刚石，在西伯利亚也有出产，可见多晶和单晶两种形态。黑色钻石常为透明至不透明，绝大多数天然黑色钻石的颜色是由于晶体中含有大量的石墨、硫化物、磁铁矿、赤铁矿或其他铁质矿物包裹体所致，其中石墨包裹体较为常见[1]。近年来天然单晶黑色钻石广泛地用于珠宝首饰饰品中，而有关黑色钻石的鉴定特征也受到了相应的关注和研究。本文通过对大量样品的筛选后，选取目前市场上常见的3颗样品，对其放大观察、红外光谱测试、钻石荧光观察仪（DiamondViewTM）荧光图像分析及拉曼光谱测试，开展鉴定特征的研究。

1 样品的选取和实验方法

选取3颗标记为1～3号的样品（图1）进行研究。通过肉眼观察，3颗样品均为标准圆钻型切工、体色为黑色、金刚光泽、不透明至透明，质量分别为1.40 ct、1.12 ct、0.98 ct（1 ct=0.2 g）。对 3 颗样品分别进行宝石显微镜下放大观察、DiamondViewTM荧光图像分析、红外吸收光谱、拉曼光谱光致发光谱特征分析。

图1 样品1～3号实物照片

2 实验过程和结果

2.1 放大观察

通过宝石显微镜放大观察3颗样品的内部包裹体，为点状、鳞片状弥散分布，在透射光下可见其内部裂隙发育。

1号样品整体洁净透明，表面未见裂隙，在透射光下观察包裹体，主要为细小颗粒物集中分布，无包裹体存在的区域形成无色透明的十字图案，有包裹体聚集的大部分区域呈灰黑色[2]。2号样品整体呈不透明黑色，放大观察其内部中心有透明核心区域且延伸至台面。3号样品主体呈不透明黑色，未见透明区域。

图2 1～3号样品放大观察特征

2.2 DiamondViewTM荧光图像分析

使用DiamondViewTM对3颗样品进行观察并分析。1号样品的荧光图像以黄绿色荧光为主并伴有蓝色环带，可见4个荧光惰性区域，4个区域的方向与八面体方向平行。在同一个区域用日光可见钻石内部大量暗色包裹体聚合，位置与黄绿色环带荧光带一致[3]。2号样品有透明核心区域，在紫外荧光下图像可见明显的天然生长带，中心透明核心区域，显示为较均匀的蓝色荧光。3号样品的紫外荧光图像无明显结构特征[4]。

图3 1～3号样品DiamondViewTM荧光图像

2.3 红外吸收光谱特征

采用Nicolet iS50 FT-IR，室温下对3颗样品分别进行测试，测试分辨力为4，扫描次数32次，1号样品测试结果为含氮量浓度较高的Ⅰa型钻石，较强的吸收峰出现于1 405 cm-1、2 785 cm-1、3 050 cm-1、3 107 cm-1、3 154 cm-1、3 236 cm-1、4 169 cm-1、4 496 cm-1；在中红外 1 300～1 100 cm-1区域有氮吸收引起的吸收谱带。2号、3号样品无法获得有效的红外反射光谱。

2.4 拉曼光谱特征

使用显微共聚焦拉曼光谱仪对样品进行拉曼光谱和光致发光光谱分析。测试条件为532 nm激光器；激光能量：10 mW；测试范围250 ～ 640 cm-1；积分时间：5 s。黑色钻石样品的拉曼散射特征峰位于1 332 cm-1处，指示拉曼的D峰。黑色钻石内部可见细小的片状石墨包裹体，所以在1 587 cm-1处指示了石墨的拉曼散射特征峰（见图5）[5]。用拉曼光谱仪的光致发光分别对2号样品的含石墨生长环带及透明核心区域进行测试，图谱显示为581 nm、607 nm、612 nm（见图6）。3号样品在常温和低温下的光致发光图谱均显示为581 nm、612 nm、658 nm（见图7）。

图4 1号样品红外反射光谱图

图5 黑色钻石拉曼散射图谱

图6 2号样品光致发光图谱

图7 3号样品光致发光图谱

3 结语

通过放大观察和拉曼光谱分析，可以确定黑色钻石的致色原因为内部大量暗色点状包裹体沿立方体生长区域聚合分布，产生黑色体色，无暗色包裹体区域呈无色透明。通过DiamondViewTM荧光图像观察，部分天然单晶黑色钻石会具有特殊的荧光图像，表现为几何生长分区结构。部分黑色钻石无法获得有效的红外反射光谱，运用这种特殊现象可以快速地与其他黑色系列宝石区分，如黑色碳硅石、黑色尖晶石等，这些宝石在红外反射光谱下都有相对应的图谱。