珠宝玉石的数智化检测：一物、一证、一码、一链

陆太进，兰 延，张 勇，张 晓，柯 捷，张 健

(国家珠宝玉石首饰检验集团有限公司，北京 100013)

1 珠宝检测行业的发展变化

改革开放后，我国珠宝首饰行业的迅速发展得益于庞大的市场规模，目前中国已成为全球最大的黄金生产国、进口国以及全球钻石第二大消费国，玉石和彩色宝石等销量也连年攀升。但尽管如此，中国珠宝首饰产业仍处于初级发展阶段，消费层次、质量和人均拥有量仍有待提升[1]。随着珠宝市场规模的扩张，由第三方检测机构作为公证的检测业务需求也日益增长，且在行业制度的深化改革下，珠宝玉石检测资质逐渐向外资和民营检测机构放开。在全球珠宝检测行业中，中国珠宝检测产业的优势主要体现在数量和规模上，但在品牌影响力和前沿技术方面仍存在不足。

在数字化转型升级、数字赋能、创新发展的大背景下，各行各业都在积极拥抱人工智能技术，以提高生产和工作效益，并促进形成新的服务模式和商业模式。受珠宝市场营销模式变化的影响，近年来珠宝检测行业也发生了较大的变化(图1)。传统的珠宝检测业务模式往往是根据现有的实验室检测程序出具检测证书，但随着珠宝直播的兴起，对检测的及时性提出了更高的要求，检测机构不得不进一步加强以快速、网上出证、便捷查询和打印为特点的即刻检测服务。另外，随着珠宝玉石材料的合成优化处理技术的不断发展，以及客户对某些珠宝玉石产地来源的检测需要，对检测机构提出了新的挑战，这一过程中不可避免需要大量收集各种宝石的检测数据和各项参数，以建立系统数据库，对各种样品进行建档，从而提升检测效率并满足产品溯源需求。

图1 珠宝检测行业需求的“K字”变化图Fig.1 “K-type”development trend for gems and jewelry testing and inspection industry

总的来说，智能检测、智能一体机、溯源、数字化、大数据、区块链、防伪等内容已成为近年来珠宝检测行业的热门话题，故积极融合新技术，提升检测效率和准确性已是行业高质量发展的导向。

2 天然与合成钻石的智能检测鉴定

对宝石材料的快速、准确鉴别一直是宝石学家关注的重要研究课题之一。但宝石合成和处理技术的不断进步增加了鉴定的复杂性，尤其是在钻石方面，如何鉴别合成钻石和不同方式处理改色钻石是钻石鉴定中的难点。合成钻石和处理钻石是合法的宝石产品，但应在销售过程中向消费者明确标识，然而，它们具有天然钻石相似的外观、性质和较低的价值可能导致其被不良商家当作天然钻石出售。因此，对天然与合成、处理钻石的准确鉴别已成为整个钻石行业面临的紧迫挑战，这也导致了检测机构对易操作、高准确率鉴定仪器的迫切需求。

目前钻石检测中使用的方法主要有三种。第一种是基于天然钻石和合成钻石的谱学吸收差异区分，这一方法又可进一步分为两类：一类方法主要聚焦于紫外-可见光光谱范围。据报道，该范围内天然钻石的识别率为51.6%～95.3%，这也就意味着部分天然钻石会进一步测试或被误判为合成钻石或仿钻；另一类方法基于红外吸收光谱差异进行筛选鉴别，该方法能在筛选出近100%合成钻石的同时，实现天然钻石的高准确识别率(约95.9%)，但对已镶嵌钻石首饰可能会影响样品的吸收测量结果，从而可能降低分析的灵敏度或导致需要进一步测试。基于吸收光谱进行鉴别的方法成本相对更高且更耗时。第二种方法是通过图像分析天然钻石和合成钻石的荧光、磷光差异特征对其进行区分，该方法相对依赖测试人员的实际经验，其天然钻石识别率约为81.4%～99.7%，但有时识别率可能更低，因为仅靠荧光或磷光不能对钻石仿制品进行有效区分，经处理后的合成钻石也会呈现出与天然钻石相近的发光特性，导致将合成钻石误判为天然钻石。第三种鉴定方法是基于荧光或光致发光(PL)光谱分析，然而这种方法相对耗时，且对设备及样品要求较高，需要实验室配备多个波长的激发光源及昂贵的PL光谱仪完成。同时，钻石样品还需被冷却至液氮温度，以最大限度地提高检测灵敏度，这些检测条件都严重限制了该方法的使用[2]。

图2 NGTC自主研发的钻石智能鉴定仪DDO 3210N(专利号：CN 216747403U)(a)和DDO珠宝首饰观察鉴定仪结构示意图(b)Fig.2 DDO 3210N diamond identification system developed by NGTC (Chinese Patent No.:CN 216747403U)(a) and schematic drawing of the structure of DDO device(b)

为提高技术，提升效益，智能一体机为满足行业需求应运而生。在行业高质量发展的背景下，NGTC自主研发了钻石智能鉴定仪(型号：DDO 3210N，图2a)。这款仪器主要通过观察珠宝首饰被高能紫外光激发时所产生的发光图像特征，对其磷光曲线进行测试，可以快速区分天然钻石、合成钻石以及钻石仿制品，综合分析结果准确率高达99%，可以对样品进行批量观察，适用于戒指、吊坠、项链等多种款式饰品的检测。DDO珠宝首饰观察鉴定仪(图2b)采用高能紫外光光源，经二向色镜的滤光作用后获得波长为180～230 nm的紫外光，用于激发宝石发光。当宝石矿物受到激发光辐射时，部分原子核外电子吸收光能从基态跃迁到激发态，之后不稳定从激发态恢复到基态时，以光的形式释放能量(发射光)，当光源激发和宝石持续发射光的间隔时间(衰减时间)极短，小于10 μm时，激发光停止后样品发光消失为荧光；当光源激发和宝石持续发射光的间隔时间较长，激发光停止后样品依然发光为磷光。由于天然钻石的光致发光衰减时间较短，一般肉眼观察不到磷光，而部分合成钻石的光致发光衰减时间较长，激发光停止后肉眼依然可观察到发光现象，由此可将90%的天然钻石与部分合成钻石区分开。另一方面，人眼对光的反应时间平均为225 ms，为观察到衰减时间小于肉眼反应时间的光致发光现象，设备可通过同步程序控制光源信号和工业相机采集信号，由此观察到宝石的更短衰减时间的发光特征。

通过对数以万计的大量天然合成钻石、HPHT合成钻石、CVD合成钻石及碳硅石(莫桑石)、合成立方氧化锆、玻璃等样品进行测试分析，结果显示，该仪器可对大于0.002 ct的天然钻石厘石进行快速筛查，对天然裸石、镶嵌天然钻石主石、群镶天然钻石主石及配石可以进行高准确率、快速检测。对HPHT合成钻石和CVD合成钻石的检测准确率可达99%，对仿钻的检测准确率可达100%。

3 珠宝首饰的溯源

产地证书是当今高端珠宝市场的重要组成部分，商品的稀有性、品牌和出处等因素对消费者和投资者都至关重要。高端珠宝售卖(如拍卖)中通常仅用原产国证书对其来源进行支撑，而不是寻找有关宝石来源的确凿证据，这与陶瓷、家具、绘画和葡萄酒等的专家意见报告非常相似。在某些情况下，由于不同实验室的检测手段和数据库差异，对同一件首饰的石学起源解释可能会有所不同[3]。21世纪初，许多学者针对“血钻”问题对钻石原产地的判定进行了大量研究，但至今尚未发现能对钻石裸石进行明确产地判别的手段[4]，这说明仅通过地球化学、同位素和光谱学方法并不能确定钻石裸石的来源。因此，笔者认为，可将重点放在监管链和其他机制上，对钻石裸石的来源进行把控。

如何实现钻石、彩色宝石和珍珠从矿山(产地)到市场的全过程溯源已成为珠宝行业日益关注的话题。受行业全球分布的复杂分散性影响，很少有关于宝石开采、首饰制作和销售的信息流通到消费者群体中，但增加这一过程的透明度可以更好地映射和理解供应链问题，最终有助于改善供应链的环境和社会影响，此外消费者也不断表现出对其所购买的珠宝首饰产品来源和制造方式的浓厚兴趣。与此同时，一些公司也希望积极投身其中以更好地了解自己的供应链和潜在的可持续发展影响[5]。

“溯源”的概念不同机构有不同的理解，笔者将其划分为三种层次：产地溯源(品种)、标识溯源(物·证)和认证溯源(品牌)，如图3所示。其中，产地溯源(品种)是通过对珠宝首饰的常规宝石学特征进行采集分析、AI深度学习辅助和数据采集分析，而后实现建模、建库、数据对比，最后出证。标识溯源(物·证)是针对目前市场上普遍存在的物证不统一问题，即套证现象，因此需要在物件、证书上赋印记、码、芯片等标识，通过采集各种数据，出具物证统一的证书。认证溯源(品牌)是指利用区块链技术将产业链各单元的证书信息串联起来，最后出具区块链存证证书，便于产品/品牌的溯源及推广。

图3 NGTC珠宝溯源分解图Fig.3 Decomposition diagram of gems and jewelry tracing by NGTC

图4 珠宝首饰全过程赋码的流程图Fig.4 Flow chart for coding in the whole processes of the supply chain for gems and jewelry

4 一物、一证、一码、一链

在全球区块链技术发展应用的背景下，中国珠宝行业也需要有自己的系统，建立数字系统供大家共享。从珠宝生产商或者开采商开始赋码，再依次流通至市场、检测，加工服务、产品销售(图4)。有了“码”和“链”的服务，珠宝的再循环市场也将被打开。

近年来，珠宝国检研究团队和数字国检团队共同为行业的高质量发展进行了相关研发工作，提出了珠宝玉石的数智化检测：一物、一证、一码、一链。“一物”“一证”延续传统珠宝鉴定中的概念，分别指首饰饰品及与之匹配的鉴定证书。“一码”是指被赋在首饰上的“码”或“印记”，目前市场上有各种“码”和“印记”，如条形码、二维码、激光印记、纳维码等。市场上现在对钻石赋加“印记”深度可达40 nm，而激光刻字技术深度可达300 nm，“印记”不断向透明化、多层化发展。目前，NGTC正在研发国检码(NGTC Code)，利用飞秒激光器在钻石的腰部或台面上赋码(图5)。“一链”指质量链，是运用区块链、云计算等先进技术手段，以标准专利、产品溯源、信用保险为全程质量保障的第三方全要素质量数据公共服务平台。区块链是指区域中心化、分步骤计算的数字化技术，具有点对点数据传输、共设机制以及加密算法等特点。中国企业——“浪潮”在质量链的相关技术应用方面全国领先，将消费者、企业、检测机构、政府部门串联起来，保证产品质量。NGTC已经与浪潮企业进行了技术合作，以期将珠宝玉石的质量链构建起来，提供全程的质量保障体系——全流程、可信任、可追溯，将检测数据和环节等通过加密算法形成不可篡改的哈希码，实现全系列的质量保证。

5 玉源码

图6 带玉源码标注的和田玉Fig.6 Nephrite with jade tracing code

纳维码(ND-code)是新一代数字标识技术，融合了纳米材料技术、光子技术与信息技术，通过将数据承载在纳米微晶材料，在物体表面形成融合性数字标记，再通过特殊光学手段实现数据的快速识别。这种纳维码具有耐高温、识别性强、寿命长、适用广、速度快、隐形等特点，可经受1 000 ℃的高温，寿命最长可达100年，且在全暗甚至30%破损的情况下也能在1秒内完成读码[6]。NGTC开发的玉源码是在纳维码的基础上形成的，可对各种形状、大小的玉石原石进行打码(图6)，打码位置可供选择，具有无色、透明、高稳定性等特点，可推动产地、品种、加工、销售、再循环的全过程赋码应用。

6 线上线下质检一站式体系

目前，NGTC组建了贯穿线上线下“物流+检测”的珠宝玉石质检一站式服务体系，其中手机操作的快递公司与“珠宝送检“小程序方便各类客户感受到珠宝数智化带来的便利和高效。“NGTC APP”手机软件建立了珠宝企业、珠宝国检、消费者三方联动、共建、共享的集“线上服务、数字证书、证书验伪”为一体的服务平台。

数字证书和珠宝数字身份证是传统纸质证书信息化的转变，数字证书的提出是基于档案管理的概念，为大家提供实物钥匙、区块链存证、数字化鉴定、证书展示和数字签章等新的服务助力产品推广(图7)。该概念综合了三种技术方法：(1)RFID(Radio Frequency Identification)芯片，检测机构与商家间的盘货匹配；(2)二维码(国检码)，查证、防伪、读取相关信息；(3)区块链技术，第三方监管可信、可溯源体系。区块链存证服务将存证名称、存证方、存证时间、确权机构签章等统一计算生成哈希(Hash)值作为产品唯一身份证ID，不可篡改。数字证书和珠宝数字身份证比传统的纸质证书更加便利，不易篡改的数字存证保证唯一溯源也是未来检测证书发展的大方向。消费者只需通过手机扫描就可读取数字证书。此外，NGTC的相关研究团队还实现了线上、线下联通网络构建，珠宝国检软件、珠宝送检小程序联合物流公司向大家提供线上送检的服务，经过试运营阶段，实现了可观的效果，将线上线下检测联合实现网络化。

图7 纸质证书、数字证书与珠宝数字身份证Fig.7 Paper report,digital report and jewelry digital ID card by NGTC

7 结语

在新时代、经济“双循环”下，珠宝玉石首饰的检测和评价正在向智能化、数字化、高效化、系统化方向快速发展，走线上、线下联通之路。近年来,运用现代的“码、链、标识、大数据”等技术开展了珠宝玉石首饰的“一物、一证、一码、一链”数智化检测和评价研发，同时线上、线下联通检测的网络服务，将有效地解决“溯源、求真、查重、再循环”等市场需求，为我国珠宝检测行业的高质量发展提供技术支持和保驾护航。