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
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

Gemmological Characteristic of Yellow Diamond with 480 nm Absorption Peak of UV-Visible Spectrum

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  • Received Date: July 08, 2020
  • In recent years, more and more yellow diamonds have been sent to our center for identification. There are many causes of formation of yellow diamonds, in addition to the yellow diamonds related to the N3 center, yellow diamonds with absorption peak at 480 nm in UV-Vis absorption spectrum are also often encountered in the laboratory. Therefore, it is particularly important to have a in-depth study of the various causes of colouration of yellow diamonds for identification. In this paper, ultraviolet visible optical fiber spectrometer, infrared spectrometer, laser confocal Raman spectrometer and DiamondViewTM were used to systematically study the relatively rare yellow diamonds with 480 nm absorption peak in UV-Vis spectrum. The results show that the UV-Vis spectra, infrared spectra and Raman spectra of the yellow diamonds with 480 nm absorption peak in UV-Vis spectra have high similarity: They are all type Ia diamonds, in addition to N element, they also contain H, Ni elements; They all have dislocations caused by plastic deformation. The analysis of these characteristics show that these diamonds are natural and have not been undergone heat teatment. The author speculates that the cause of the colour of these yellow diamonds may be related to Ni element and the vacancy produced by plastic deformation.
  • 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。

    Figure  1.  Seven yellow diamond samples with 480 nm absorption peak of UV-Vis spectra
    Figure  2.  UV-Vis spectra of seven yellow diamond samples

    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。

    Figure  3.  FITR spectra of seven yellow diamond samples
    Figure  4.  PL spectra of seven yellow diamond samples

    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。

    Figure  5.  Images of seven yellow diamond samples under DiamondViewTM

    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。

  • [1]
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    宋中华, 陆太进, 苏隽, 等.利用吸收和发光光谱技术分析高温高压天然富氢钻石的鉴定特征[J].岩矿测试, 2018, 37(1):64-69. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YKCS201801010.htm
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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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