
Citation: | Yueping LUO, Jingjing CHEN. Gemmological Characteristic of Yellow Diamond with 480 nm Absorption Peak of UV-Visible Spectrum[J]. Journal of Gems & Gemmology, 2020, 22(5): 39-43. DOI: 10.15964/j.cnki.027jgg.2020.05.005 |
在彩色钻石市场中,黄色钻石(下文简称“黄钻”)最为常见,近年来国家首饰质量监督检验中心(北京)检测的黄钻样品越来越多,呈现增长趋势,对其鉴定也越来越重要,故研究分析一些黄钻的颜色成因尤为重要。
黄钻的颜色是其含有N、H等杂质元素形成色心对可见光范围蓝紫区的光的选择性吸收引起。相关的研究表明[1-3],Ⅰa型黄钻主要是由N3中心吸收引起,这类黄钻在市场上最为常见;有些黄钻除了N3中心,还具有与H、H3心有关的吸收;一些Ⅰb型黄钻与孤氮(C心)有关,其颜色成因前人均有深入的讨论。本文研究分析对象是在紫外-可见吸收光谱下具480 nm处吸收的黄钻样品,前人对其特征报道较少,故笔者收集了7粒在紫外-可见吸收光谱下具480 nm吸收的黄钻样品,对其宝石学和光谱学特征进行测试分析,以期进一步丰富多种颜色成因黄钻的宝石学特征,为检测工作提供更多的参考资料。
本次黄钻样品均由客户提供,主要用于颜色成因的测试分析。在客户提供的几百粒黄钻样品中, 经测试后笔者发现有7粒在紫外-可见光谱下具有480 nm处的吸收宽带,其与具N3中心(415 nm和478 nm)的黄钻的典型吸收特征不同。
因此,笔者采用常规宝石学显微镜对这7粒黄钻样品进行观察;利用广州标旗的GEM-3000紫外-可见光谱分析仪对黄钻样品进行测试,测试条件:测试范围210~900 nm,积分时间70 ms,平均次数20次,平滑度2;利用德国Bruker Tensor27红外光谱仪对黄钻样品进行测试,测试条件:光谱范围400~4 000 cm-1,分辨率4 cm-1,扫描次数64次;采用美国热电的DXR显微共聚焦拉曼光谱对黄钻样品进行光致发光光谱测试,激光器为532 nm;采用英国DeBeers的DiamondViewTM(使用波长小于225 nm的短波紫外光激发样品)捕获黄钻样品的荧光图像。
7粒刻面型黄钻样品,每粒重量约0.5 ct,形状有心形、水滴形和垫型;颜色为浅黄色-艳彩黄色,肉眼观察部分样品具有色带(如样品#9-9),有些色带不明显。在宝石显微镜下,有些黄钻样品具暗色矿物包裹体,羽状纹,部分样品内部较为洁净。
紫外-可见吸收光谱主要用于解释钻石颜色的成因机理。Ⅰa型黄钻的颜色主要是由N3中心引起的吸收所致,N3中心会在蓝紫区产生415,478 nm及相关的吸收,从而产生黄色;有的黄钻除了N3中心,还有具与H、H3心有关的吸收;有的Ⅰb型黄钻与所含的孤氮(C心)有关,孤氮会引起钻石在低于560 nm以下呈渐变式吸收,吸收逐渐增强,从而使钻石产生黄色。
黄钻样品的测试结果(图 2)显示,7粒黄钻具以480 nm为中心的宽吸收带,400~445 nm范围显示渐变式吸收,吸收逐渐增强,与Ⅰb型钻石在400~445 nm范围的吸收类似。蓝紫区的宽大吸收使钻石成浅黄色-深黄色;同时,样品在540~700 nm范围内未见其他明显吸收。
纯净的钻石通常是无色的,内部常因具有N、B、H杂质元素而呈色,黄钻的颜色通常是由于含N元素所致,N以一种或多种聚合态存在于钻石中,从而影响钻石的颜色。红外光谱分析能很好地确定钻石中N的聚合形式。
红外光谱在400~1 500 cm-1范围内,400~1 332 cm-1为钻石的Ⅰ声子区,主要为钻石中杂质N的吸收。黄钻样品在1 428、1 380、1 356、1 330、1 282、1 235、1 175、1 138~1 145 cm-1和1 010 cm-1处具强弱不等的红外吸收峰。其中,1 380、1 356、1 235、1 138~1 145 cm-1与Y心有关。研究表明[4],Y心仅出现在天然钻石中,合成钻石未发现该心;1 282 cm-1是A集合体氮,1 175 cm-1为B集合体氮。从红外光谱测试结果显示,黄钻样品既有A心,还含有B心和弱的C心。红外光谱中1 428、1 330、1 010 cm-1处的吸收与{111}面滑移有关。钻石在形成过程中由于温度、压力迅速改变引起的塑性变形,塑性变形会使钻石在一定的方向发生面滑移,并产生缺陷(空位和填隙)。
在2 665~4 000 cm-1范围内Ⅲ声子区,黄钻样品均显示与H有关的吸收:3 310、3 236、3 189、3 145、3 107 cm-1,除3 107 cm-1(H-3N-V)(与3N原子有关)外,3 310、3 236、3 189、3 145 cm-1处的吸收为与孤氮有关的N-H或C-H吸收所致。宋中华等[5]研究表明,与孤氮有关的N-H或C-H吸收表明钻石未经高温处理。
红外光谱测试结果显示,7粒黄钻样品均为Ⅰa型钻石,在Ⅰ声子区内显示A心、B心和弱C心,为A+B+C的混合钻石,Ⅲ声子区内显示与孤氮有关的含H的吸收,表明钻石颜色为天然成因,未经热处理。
光致发光光谱,特别是液氮下的钻石发光光谱能揭示其内部杂质元素和缺陷的存在,即使杂质元素或缺陷含量极低,也是研究钻石不可或缺的测试工具。
测试结果(图 4)显示,在532 nm激光器下,7粒黄钻样品在PL下的发光光谱基本一致:在600~750 nm间呈现出不寻常的波状振动现象,这种振动间隔约10 nm,形成了以674 nm为中心的宽发光峰;同时,在568,566 nm处出现强弱不等的发光峰。这与Sally Eaton-Magaña[6]报道的具550 nm吸收带的粉色钻石在600~750 nm的发光峰一致,Sally Eaton-Magaña认为600~750 nm宽带,568 nm和566 nm处的发光峰均与钻石的位错有关,600~750 nm与550 nm有很好的关联,而550 nm处的吸收使钻石呈现粉色。该区的发光峰验证了红外光谱测试结果显示的钻石具塑性变形。
本文黄钻样品除显示与具550 nm处吸收的粉色钻石相似的600~750 nm范围吸收外,黄钻在799 nm处还有一个中到弱的发光峰,该峰可归属于Ni有关的吸收[7],此发光峰在粉色钻石中未曾报道过[6],因此笔者推测,黄钻样品的颜色成因可能与Ni元素和因塑性变形产生的空穴有关,Ni、空穴簇共同作用从形成480 nm吸收。
钻石荧光图像能很好地反映钻石的生长结构,不同生长结构的钻石暗示着不同的生长环境。天然钻石由于生长环境比较复杂,荧光图像中发光区形态不规则,不受某个生长区控制,分布无规律性。
测试结果(图 5)显示,7粒黄钻样品均显示以绿色为主的荧光特征,绿色荧光是由于Ni引起的[8];除黄钻样品#9-2和#9-6外,其他样品均保留钻石的蓝色发光分区,有的呈带状分布,表明钻石后期经过塑性变形。
通过对7粒黄钻样品的测试分析,得出以下结论。
(1) 紫外-可见吸收光谱结果显示,与常见的由N3中心引起吸收致色的Ⅰa型黄钻不同,7粒黄钻样品在480 nm处具有宽带吸收,该吸收是使钻石呈浅黄色-深黄色的主要原因;除此之外,7粒样品均在400~445 nm呈渐变式吸收,吸收逐渐增强收,与Ⅰb型钻石类似,结合红外光谱所显示的微弱C心,推测400~445 nm渐变式吸收与C心有关。480 nm处的宽吸收和400~445 nm的吸收共同作用使样品呈黄色。
(2) 红外光谱结果显示,7粒黄钻样品均为Ⅰa型钻石,在Ⅰ声子区内显示A心、B心和弱C心,为A+B+C的混合钻石;Ⅲ声子区内显示与孤氮有关的含H的吸收,表明这些黄钻样品的颜色为天然成因,未经高温处理。
(3) 红外光谱和荧光图像分析结果显示,钻石样品受到塑性变形影响形成位错,位错使样品光致发光光谱(PL)中在600~750 nm间呈现出不寻常的波状振动现象,并形成以674 nm为中心的宽发光峰,该振动与在紫外-可见吸收光谱中具550 nm吸收的粉色钻石类似;样品的光致发光光谱(PL)还出现与Ni有关的799 nm发光峰,这个发光峰未在粉色钻石中出现。因此,笔者推测位错引起的缺陷和Ni有关的缺陷的结合可能是造成钻石具有480 nm吸收的原因。
随着市场上黄钻的增多,合成、处理黄钻也出现在市场上,熟悉不同品种的黄钻的光谱学特征,有助于鉴别不同成因黄钻。
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[5] |
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Hainschwang T, Notari F, Fritch E, et al. Natural, untreated diamonds showing the A, B and C infrared absorptions("ABC diamonds"), and the H2 absorption[J]. Diamond and Related Materials, 2006, 15(10):1 555-1 564. doi: 10.1016/j.diamond.2005.12.029
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