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StellarNet拉曼光谱仪关于钻石的应用研究

作者:维尔克斯  时间:2022-9-14 9:52:21

什么是天然钻石?

天然钻石形成于地表下超过100公里深处,再伴随着火山喷发等地质活动上升到地面。地幔中的高温高压使碳元素结晶形成钻石,偶尔会将周围的尘埃或液体杂质包裹进去。包裹杂质的钻石通常含有少量的钠、钾和其他能揭示其形成环境信息的矿物质。天然钻石可分为一型钻石与二型钻石,两者主要区别是氮含量,二型钻石的纯度特别高,氮杂质极少,这种钻石只占天然钻石的2%


什么是人造钻石?

传统的合成方法,称为高温高压 (HPHT) 法,涉及利用铁 (Fe)、镍 (Ni) 或钴 (Co) 等熔融的金属合金形成钻石。较新的方法,称为化学气相沉淀法 (CVD) 或低压高温 (LPHT) 法,都是使用钻石晶体或板块被用作晶种,以开始合成。

而宝石级人造钻石采用高温超高压合成法 (UPHT)和等离子增强化学气象沉积合成法(PECVD)制造。本来人造钻石主要用于制造切割工具等工业用途上,但现在同样也被使用在珠宝首饰上。


StellarNet拉曼光谱仪可以用于区分天然钻石和人造钻石,StellarNet生产的拉曼光谱仪主要有:Raman-SRRaman-SR-TECRaman-HR-TEC-532Raman-HR-TEC-1064HYPER-Nova等。本文就StellarNet拉曼光谱仪可以从吸收谱线、发光特征、晶形及表面特征3个方面对钻石进行鉴定。


鉴别天然钻石和人造钻石

那么,现在你知道你有一颗钻石……但它是天然形成的,还是在实验室里创造的呢?

主要鉴别特征:

(1)内含物

具有不同形态合金包裹体,这些包裹体呈浑圆状、棒状、板状、针状等,其排列方式与内部生长区界限相关。包裹体还可呈微粒状分散于整个晶体中。这些包裹体不透明,反射光下呈金黄色或黑色,具金属光泽。

(2)颜色

绝大多数合成钻石呈黄色、渴黄色(大多数)具沙漏状色带;而天然钻石为无色、浅黄及其它颜色。而目前品质较好的CVD钻石也能达到无色或浅咖啡色,肉眼几乎无法辨认。

(3)吸收谱线

合成钻石 缺失天然钻石中无色-浅黄色系列具有415nm最为特征 谱线。另外绝大部分天然钻石为Ⅰa 型,而合成钻石主要为Ⅰb 型,少数情况下有双原子集合体氮存在。

(4)异常双折射

正交偏光下,天然钻石因生长及运移过程的复杂性表现出复杂的异常双折射特征,如不规则带状、波状、斑块状和格子状等,而合成钻石异常双折射表现较弱,某些合成钻石呈十字形交叉的亮带。

(5)发光特征

紫外荧光: 有些合成钻石在长波紫外光下呈惰性,在短波紫外光下显示中等至强的黄绿色荧光,并且具分带现象,与天然钻石的荧光特征不同。

阴极发光仪(电子激发下):

合成钻石:颜色:黄色-黄绿色,规则分区(主方体、八面体区不同)

天然钻石:蓝色为主,层状生长或复杂的生长形式

(6)晶形及表面特征

合成钻石常以八面体和立方体聚形为主体,并且可发育菱形十二面体、四角三八面体或三角三八面体晶面。

表面可能显示树枝状生长纹或不规则的小丘或瘤状物与天然钻石不同。

利用StellarNet拉曼光谱仪,可以在(3)(5)(6)这几个方面鉴别钻石的特征。

Raman-HR-TEC-532拉曼光谱仪

StellarNet的客户正在努力识别天然钻石和人造钻石,甚至为每种钻石创建独特的光谱指纹。有研究表明,通过利用钻石的光学吸收光谱和阴极发光光谱,可以清楚地识别出天然钻石和高压钻石。使用荧光技术,不同的岩石、矿物和宝石对紫外线的反应往往明显不同,因此也可以用StellarNet拉曼光谱仪鉴别其他的宝石。

随着人造钻石技术的不断成熟,发展出尽可能多的鉴别特征并综合利用,才能为鉴别天然钻石和人造钻石提供有力的证据。但要确定一颗钻石是否是人工合成的,还是依赖于符合资格的宝石实验室的检测。


钻石和氧化锆石

StellarNet拉曼光谱仪可以帮助你确定那块闪闪发光的岩石的成分。钻石和氧化锆石都是清晰和闪闪发光。但其中一种完全由四面体金刚石结构中排列的碳原子组成,另一种是锆和氧的化合物ZrO2。在肉眼看来,两者都很漂亮……但在拉曼光谱仪的光谱分析看来,它们的拉曼特征完全不同。

(左图为钻石的晶体结构,右图为氧化锆石的晶体结构)

       钻石的拉曼特征很容易识别,因为钻石中的所有碳原子都是平等的四面体共价键合。这意味着晶格中每个原子之间的相同振动特性是相同的,这反映在所示的拉曼光谱数据中。钻石的拉曼特征和氧化锆晶体的拉曼特征完全不同。


使用StellarSCOPERaman-HR-TEC-532光谱仪和激光将钻石(天然和合成)的532nm拉曼光谱与立方氧化锆进行比较,蓝色为立方氧化锆,红色为天然钻石,紫色为人造钻石。你可以看到钻石中碳的1332cm-1特征峰。



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