天然粉色钻石的多光谱鉴定特征

孔 烨，俞丹燕，刘晋华，汪鑫燕，彭秋瑾,严雪俊

(浙江方圆检测集团股份有限公司，浙江杭州 310013)

0 引言

在彩色钻石中，粉色钻石是非常稀有且珍贵的，尤其是大颗粒且颜色浓度高的更是拍卖会上的珍品。世界上90%的粉钻都来自澳大利亚的Argyle矿,在2020年末，该矿结束了长达37年的开采作业。据前人研究，天然粉色钻石都为Ia型和IIa型[1]。前人大都通过紫外可见光谱和不同激光强度下的光致发光光谱仪对钻石进行内部缺陷的探究，也有采用DiamondViewTM进行钻石的荧光特征的观察等[2]。天然粉色钻石的颜色绝大多数是由于尚未确定的550 nm 处的色心缺陷吸收所致，可能与剪切应力和自然塑性变形相关的缺陷有关，极少情况下是由于N-V 色心缺陷导致的粉色[1,3]。

市场上也发现了高温高压合成粉色钻石，Ia型褐色钻石经高温高压处理形成的粉色钻石[4]，经辐照处理的粉红色IIa型钻石[5]的出现，当钻石的红外光谱中同时出现了1175、1282、1344 cm-1，紫外可见光谱中出现了986 nm(H2)吸收峰，则极有可能为高温高压处理钻石[6]。高温高压处理钻石和辐照处理粉色钻石的颜色是由N-V色心缺陷导致，在光致发光光谱中会出现575 nm和637 nm的发光峰。国内对天然粉色钻石的文献报道较少，本文对粉色钻石的常规宝石学特征、红外光谱、紫外可见光谱和405 nm激发光源的光致发光光谱进行一系列的研究分析，旨在为国内珠宝检测机构的日常检测提供一些理论与数据支撑。

1 实验样品及测试方法

1.1 实验样品

本次实验样品为3颗带有微弱粉色的天然钻石P-1、P-2和P-3(图1)，分别为0.0083 g、0.0098 g和0.0133 g。

图1 代表性样品(a：P-1；b：P-2；c：P-3)

钻石荧磷光特征采用De Beers(戴比尔斯)SNYTHdetect 钻石筛查仪检测。荧光观察时Sensor Gain(dB)参数设置为25，Digital Gain参数设置为1.0、 Exposure Delay(μS)参设设置为11、Exposure Time(μS)参数设置为19。荧光图像(图2)的获取采用设备自带谱图软件获得。由图像可知3颗样品在长鳞光下都不发光，绝大多数天然钻石在长磷光下都不发光，样品P-1、P-2在短磷光下呈蓝白色，样品P-3在短磷光下呈黄绿色(图2)。

图2 样品的荧磷光现象

1.2 测试方法

分别采用红外光谱仪、紫外-可见光光谱仪和光致发光光谱仪来对粉色钻石进行测试实验。

红外光谱主要是用来分析钻石的类型，本次红外测试使用的仪器型号为Thermo Nicolet is5，背景扫描次数32，分辨率4 cm-1，样品扫描次数32，采用漫反射法。

紫外-可见光谱主要是用来分析钻石的呈色机理等特征，本次紫外-可见实验使用的仪器型号为标旗光电GEM-3000，积分时间为90 s，平均次数为10，平滑宽度为1，波长范围为200～1000 nm，采用反射法。

光致发光光谱主要是用来分析钻石内部的光学缺陷等特征，本次光致发光实验使用的仪器型号为标旗光电GEM-3000，积分时间为90 s，平均次数为10，平滑宽度为1，波长范围为200～1000 nm，405 nm的激发光源，激光强度为20%。分别在液氮条件下(约77K)和室温条件下(约293K)对样品进行测试。

2 结果与讨论

由钻石的红外光谱图中可知(图3)，样品P-3在3106 cm-1左右出现一个红外吸收峰，并伴随着1404 cm-1的弱峰，该峰与氢杂质有关，主要为乙烯基团中C-H键振动吸收峰；同时还出现了2922 cm-1和2850 cm-1的吸收峰，主要为sp3杂化C-H键的振动吸收峰，样品P-1出现了2922 cm-1的吸收峰，样品P-2在2916 cm-1和2851 cm-1左右出现了吸收峰。氢主要存在于Ia型钻石中，极少情况下也可能在合成钻石的后期加热中引入[7]。样品P1和P-2分别在1366和1369 cm-1发现一个吸收峰，样品P-3在1361 cm-1发现一个极微弱的峰，说明样品P-3中氮的含量很少，在1361～1369 cm-1范围内的吸收峰为片晶氮的特征峰，属于IaB型钻石[8]。

图3 样品的红外光谱图

本次实验的3个样品在紫外可见光谱图(图4)中都出现了550 nm左右的宽吸收带，该吸收带是样品呈现粉色的原因，绝大部分天然粉色钻石都会出现550 nm左右的宽吸收带，该吸收带可能与塑性变形有关，但具体缺陷模式尚不明确[3]。

图4 样品的紫外-可见光谱图

由样品的光致发光光谱图可知(图5)，3个样品中都出现了415 nm的吸收峰，并在415～460 nm范围内出现了424、435、445、452与460 nm等附近的峰值，与N3中心有关[9]。同时样品P-1中还出现了519 nm的发光峰，初步推测为(N-V-N)0光学缺陷[9]。

图5 样品的光致发光光谱图

3 结论

通过常规宝石学测试、红外光谱、紫外可见漫反射光谱和光致发光光谱对3颗天然粉色钻石进行宝石与光谱特征研究，得出以下结论：

(1)本文测试样品均为IaB型钻石，在1361 cm-1附近均发现了片氮晶的特征峰，并发现了3107、2922、2850、1045 cm-1附近与氢相关的特征峰，氢峰主要存在于Ia型钻石中。

(2)在紫外可见光光谱中发现3个样品都在550 nm附近存在一个宽吸收带，绝大多数天然粉色钻石都存在该吸收带，该吸收带可能与塑性变形有关，但具体缺陷类型还有待进一步研究。

(3)在以405 nm为激发光源的光致发光光谱中发现，3个样品在415～460 nm附近出现的一系列的发光峰与N3中心有关。本次实验样品较少，且颜色都较浅，后续研究中可收集更多样品进行多方面的实验研究，并与高温高压合成钻石、高温高压处理钻石、辐照处理钻石进行谱学上的对比分析研究。