新型GV5000宽频诱导发光测试仪的研制及其应用于筛分无色小颗粒合成钻石和天然钻石_兰延.pdf

2016 年 9 月 September 2016 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 35，No． 5 505 ～512 收稿日期 2016 －02 －19; 修回日期 2016 －06 －15; 接受日期 2016 －07 －15 作者简介 兰延， 硕士， 高级工程师， 主要从事珠宝玉石与贵金属首饰的研究和鉴定工作。E- mail 858lan163． com。 通讯作者 梁榕， 硕士， 工程师， 主要从事珠宝玉石与贵金属首饰的研究和鉴定工作。E- mail liang_rong107126． com。 兰延，陆太进，张丛森， 等． 新型 GV5000 宽频诱导发光测试仪的研制及其应用于筛分无色小颗粒合成钻石和天然钻石［J］ ． 岩矿测试， 2016， 35 5 505 －512． LAN Yan，LU Tai- jin，ZHANG Cong- sen，et al． Development of a New Multi- spectral Induced Luminescence Imaging System GV5000 and Its Application in Screening Melee- sized Near- colorless Synthetic Diamonds and Natural Diamonds［J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2016， 35 5 505 －512．【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 2016． 05． 009】 新型 GV5000 宽频诱导发光测试仪的研制及其应用于筛分 无色小颗粒合成钻石和天然钻石 兰延1，陆太进2，张丛森3，梁榕1*，丁汀4，陈华2，柯捷5，毕立君5 1． 国土资源部珠宝玉石首饰管理中心深圳珠宝研究所，广东 深圳 518020; 2． 国土资源部珠宝玉石首饰管理中心北京珠宝研究所，北京 100013; 3． 南京宝光检测技术有限公司，江苏 南京 210016; 4． 国家珠宝玉石质量监督检验中心深圳实验室，广东 深圳 518020; 5． 国土资源部珠宝玉石首饰管理中心，北京 100013 摘要 天然钻石中普遍含有聚合氮以及复杂的生长结构， 而合成钻石不含氮或含少量单氮并有典型的与合 成条件有关的生长结构， 利用此类性质可对天然和合成钻石进行区分。但对粒度细小或镶嵌复杂的钻石样 品进行检测时， 现有仪器由于局限性难以实现有效测量。本文研制了一种新型宝石发光性测试装置 宽频诱导发光测试仪 GV5000 ， 通过对激发光源和滤光片、 结构设计和测试方式的研发， 实现了可同时观察 多个小颗粒样品 最小为 0． 002 ct 的荧光特征和磷光特征， 建立了一种以发光特征差异性作为筛分条件快 速、 准确筛分无色小颗粒天然钻石和合成钻石的分析方法。应用本方法测试了 9015 粒样品， 并通过红外光 谱、 光致发光光谱等方法对筛查结果进行验证， 表明 97的天然钻石具有蓝白色荧光并无磷光， 而合成钻石 的发光特征明显区别于天然钻石。本方法避免了样品大小和形状的影响， 提高了小颗粒钻石鉴定的准确度 和检测效率， 对天然钻石的筛查率可达 97， 对合成钻石的筛查率可达 100。 关键词 宽频诱导发光测试仪 GV5000 ; 荧光; 磷光; 小颗粒无色合成钻石; 金刚石 中图分类号 TH744． 1; P619． 241文献标识码 A 合成金刚石 钻石 通常被广泛运用在切磨材 料、 光学材料等领域。然而， 自 1971 年美国 GE 公 司首次合成出高温高压合成钻石单晶体 简称 HPHT 合成钻石 以来 ［1 ］， HPHT 合成钻石单晶体技 术以及化学气相法合成钻石单晶体 简称 CVD 合成 钻石 技术在近几十年里得到了不断改进和发展， 目前， 合成出可用作宝石的高品质单晶钻石已经不 再困难 ［2 －7 ］。2012 年国家珠宝玉石质量监督检验 中心 NGTC 首次在国内珠宝首饰中发现了无色 CVD 合成钻石 ［8 ］; 2015 年 NGTC、 美国宝石研究院 GIA 等相继在钻石首饰中检测到小颗粒无色 HTHP 合成钻石 ［9 －10 ］， 大量未知来源的合成钻石已 经悄然进入国内外珠宝市场并被当作天然钻石销 售。我国是世界上工业级合成金刚石的主要生产国 之一， 目前我国有能力生产无色宝石级合成钻石的 企业有十几家， 主要是制作质量在 0． 002 ～ 0． 05 ct 克拉 小颗粒 HPHT 合成钻石， 其制作成本比大颗 粒合成钻石低， 因此更可能被用于珠宝首饰。但合 成钻石一旦泛滥将严重损害消费者利益， 扰乱珠宝 行业秩序， 因此， 如何有效鉴定出合成钻石已成为当 前国内外宝石学研究领域的重点和难点问题。 基于天然钻石和合成钻石在生长特征上有明显 505 ChaoXing 差别 天然钻石具有复杂的生长结构特征， 并有约 98的天然钻石含有聚合氮; 而 HPHT 合成钻石具有 立方八面体几何生长结构， CVD 合成钻石具有层状 生长结构， 并且无色合成钻石都不含氮或仅含少量单 氮。实验室通过采用紫外 －可见 － 近红外吸收光谱、 红外吸收光谱、 生长结构发光图像、 光致发光光谱等 测试手段， 已可较为有效地鉴定出大颗粒 ＞0．05 ct 的 HPHT 合成钻石和 CVD 合成钻石 ［ 4 －6， 11 －13 ］。但在 运用这些分析方法筛查、 鉴定小颗粒合成钻石 时 ［ 14 －15 ］， 效果并不理想。由于自然界中约 95 ～ 98的天然钻石具有 N3 色心 由三个氮原子围绕一 个晶格空位组成 ， 可检测到与之有关的415 nm 吸收 峰 ［ 16 －18 ］， 而无色合成钻石不含氮或仅含少量单氮， 无 415 nm 吸收峰， 由此差异可首先将大部分无色天然 钻石与合成钻石区分开来。但目前许多实验室配置 的光纤光谱仪或分光光度计 UV －VIS －NIR 在测量 小颗粒样品时， 由于仪器分辨率不足、 样品不规则及 对称性差等难以实现有效测量， 往往造成约 50 ～ 60的小颗粒天然钻石样品无法测到 415 nm 吸收 峰， 意味着更多的小颗粒钻石被当作合成钻石疑似样 品需进行进一步的测试， 极大影响了实验室对合成钻 石的筛查效率。虽然， 国外 DTC － AMS 系统可有效 筛查 0． 01 ～ 0． 20 ct 的圆钻形裸石， 但对于小于 0．01 ct和其他形状的样品， 却无法进行检测。另外， 在我国有大量的首饰成品需要检验， 当小颗粒合成钻 石被镶嵌在饰品上后利用常规紫外 － 可见吸收光谱、 红外吸收光谱、 光致发光光谱仪、 DTC － AMS 系统等 均无法获得有效测量。 图 1GV5000 宽频诱导发光测试仪 专利号 201520934631． 0 及其结构示意图 Fig． 1Multi- spectral induced luminescence imaging system GV5000 and schematic diagram 发光特征和生长结构发光图像是区分天然钻石 与合成钻石的方法之一 ［ 4， 11 －13 ］， 目前可用于观察宝石 荧光特征、 磷光特征或生长结构特征的仪器， 主要包 括长短波紫外荧光灯、 钻石观察仪 DiamondViewTM 和阴极发光仪 ［ 16 ］。然而在应用紫外荧光灯观察大批 量小颗粒钻石时， 其激发能量较弱， 发光图像无法放 大、 采集， 部分钻石的荧光、 磷光特征难以观察到; 钻 石观察仪 DiamondViewTM 不可观察样品的磷光持续 时间， 阴极发光仪仅可观察样品的阴极发光生长结构 特征， 并且 DiamondViewTM和阴极发光仪的测试舱空 间较小， 需逐粒测试样品， 操作复杂， 都不适用于对大 批量和镶嵌钻石样品的初次筛查。因此， 对此类粒度 小或镶嵌复杂的天然钻石和合成钻石的筛分国内外 还没有有效的解决方法。 针对目前实验室检测无色小颗粒合成钻石遇到 的难题， 本文设计了一种新型宝石发光性测试装 置GV5000 宽 频 诱 导 发 光 测 试 仪 专 利 号 201520934631．0 ， 可以同时观察多个样品的荧光特 征 包括荧光颜色、 强度和生长结构发光图像 和磷 光特征 包括磷光颜色、 强度和持续时间 ， 并可对 图像进行放大、 采集。通过对大量天然钻石、 HPHT 合成钻石和 CVD 合成钻石样品的荧光和磷光特征 进行测试， 分析它们之间的差别， 从而建立了一种以 发光特征差异性作为筛分条件， 快速、 准确筛分无色 小颗粒 最小为 0． 002 ct 天然钻石和合成钻石的分 析方法， 避免了由样品大小、 形状造成的影响。 1GV5000 宽频诱导发光测试仪 GV5000 宽 频 诱 导 发 光 测 试 仪 专 利 号 201520934631． 0， 见图 1 ， 主要由 183 ～ 240 nm 宽 频紫外光源、 CCD 图像传感器、 滤光片、 显微放大系 统和二维平台等组成。紫外激发光源固定于仪器侧 605 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing 面， 根据所测样品的发光属性在激发光源前配置允 许特定紫外光波长通过的滤光片， 使得照射到样品 上的光具有最优激发波长， 可有效激发样品的发光 性。2． 5 倍至 18 倍显微放大系统置于 CCD 1360 像素 1024 像素 与样品台之间， 可将样品图形进 行放大后通过 CCD 图形传感器传输到电脑上进行 实时观察， 并通过软件将样品发光现象以照片和录 像形式保存。 GV5000 宽频诱导发光测试仪的工作原理是利 用宝石荧光和磷光的发光性质。当宝石矿物受到高 能紫外辐射时， 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产生荧光， 当光源关闭后样品 依然发光的现象称为磷光 ［16 ］。 该设备在激发光源和滤光片的选用、 结构设计 和测试方式上均具有创新性。激发光源经过前期的 多波段实验测试后选用 183 ～ 240 nm 的宽频紫外 光， 该波段可与各种类型的宝石样品发生强烈的相 互作用使得样品发光， 因此适用于各种类型宝石的 荧光特征 包括荧光颜色、 强度、 生长结构发光图 像 和磷光特征 包括磷光颜色、 强度、 持续时间 测 试。滤光片的运用， 使得特定波长的紫外光照射到 钻石表面时， 钻石表面下更深区域产生的光不足以 使钻石表面发出的光的颜色、 强度和对比度模糊， 由 此在钻石表面形成清晰的生长区域发光图像。在结 构 设 计 和 测 试 方 式 方 面，鉴 于 国 外 的 DiamondViewTM和阴极发光仪由于光源光斑辐照范 围和测试舱体积都较小， 仅能检测单个小颗粒样品， 因此 GV5000 宽频诱导发光测试仪通过扩大激发光 源辐照范围 20 mm 25 mm 和采用可移动的二维 平台 75 mm 36 mm ， 实现了可同时测试100 粒约 0． 01 ct/粒的钻石样品或者项链、 手镯等较大体积的 复杂镶嵌饰品， 并通过机械控制样品台左右移动， 可 以实现 5 ct/min 裸石样品 最小为 0． 002 ct 的快速 检测效率。另外， 通过图像采集定位， 可快速、 准确 将其中的疑似合成钻石样品挑选出来， 并可进一步 对样品的生长结构图像特征放大观察鉴定。 2实验部分 2． 1实验样品 实验样品包括 1500 粒质量在 0． 010 ～0． 003 ct 之间的无色天然钻石， 以及 NGTC 近年收集的 6200 粒质量在 0． 300 ～0． 003 ct 之间的无色 HPHT 合成 钻石， 和 1315 粒质量在 1． 000 ～ 0． 003 ct 之间的无 色 CVD 合成钻石。这些样品包括有镶嵌饰品以及 裸石。天然钻石以及合成钻石样品的颜色级别均在 D ～ L 之间， 净度级别为 VVS ～ SI。天然钻石中部分 可见暗色矿物包裹体及羽状裂隙， HPHT 合成钻石 通常可见暗色的金属触媒包裹体， CVD 合成钻石通 常可见黑色无定形碳、 石墨包裹体。由于这些包裹 体在外观上没有十分明显的区别， 因此， 单凭肉眼无 法将天然钻石与合成钻石区分开。 2． 2测试方法 首先使用 GV5000 宽频诱导发光测试仪观测每 一个小颗粒天然钻石、 HPHT 合成钻石和 CVD 合成 钻石样品的荧光特征 包括荧光颜色、 强度和生长 结构发光图像 和磷光特征 包括磷光颜色、 强度和 持续时间 ， 并对所有测试结果进行统计， 分析三类 样品在荧光和磷光上的差异。然后测试 GV5000 宽 频诱导发光测试仪在筛分天然钻石和合成钻石上的 有效性， 将质量在 0． 010 ～ 0． 003 ct 的天然钻石、 HPHT 合成钻石和 CVD 合成钻石样品均匀混合后 使用 GV5000 宽频诱导发光测试仪对样品进行盲样 筛分， 总结出测试结果的筛分判定方法， 并利用 EQUINOX － 55 傅里叶变换显微红外光谱仪和 Renishaw － inVia 型显微共焦激光拉曼光谱仪的光 致发光光谱测试对 GV5000 的检验结果进行综合鉴 定验证。 3结果与讨论 3． 1GV5000 分析天然钻石和合成钻石的发光特征 3． 1． 1分析结果 在 GV5000 宽频紫外光源 183 ～ 240 nm 照射 下， 1500 粒天然钻石样品中， 1496 粒 97． 3 为蓝 白色荧光， 仅 41 粒 2． 7 为绿蓝、 绿色等荧光 图 2 ， 部分样品可观察到天然的生长结构; 绝大多 数天然钻石无磷光， 少量钻石具有中 － 弱的磷光现 象， 磷光持续时间 1 ～2 s。 对于 HPHT 合成钻石， 6200 粒样品都显示强 － 极强的蓝绿色荧光， 部分样品可见典型的立方八面 体生长结构; 需特别指出的是， 当紫外光源关闭后， HPHT 合成钻石均有强磷光现象， 持续时间可达 3 ～60 s 图 3 。而对于 1315 粒 CVD 合成钻石样 品， 有 1150 粒 88． 06 CVD 合成钻石样品显示强 的蓝绿色荧光 图 3 ， 135 粒 10． 27 显示中 － 强 绿色荧光， 11 粒 0． 84 发出中 － 强红色荧光， 7 粒 0． 53 呈中等强度斑杂状颜色荧光以及 4 粒 0． 30 为中 － 强强度其他颜色荧光， 部分样品可 705 第 5 期兰延， 等 新型 GV5000 宽频诱导发光测试仪的研制及其应用于筛分无色小颗粒合成钻石和天然钻石第 35 卷 ChaoXing 无色天然钻石 总质量 ～1 ct 显示蓝白色荧光， 仅一粒天然 钻石显示绿色荧光， 这些钻石样品均无磷光。 图 2利用 GV5000 宽频诱导发光测试仪观察无色小颗粒 ～0． 01 ct/粒 天然钻石的荧光特征图像 Fig． 2Fluorescence characteristic image of colorless natural diamond samples ～ 0． 01 ct per grain detected by the GV5000． Colorless natural diamond samples all up ～1 ct showed blue fluorescence， only one showed green fluorescence，and all these diamond samples were no phosphorescence 见典型的层状生长结构; CVD 合成钻石通常均具有 磷光， 磷光强度强至弱， 持续时间通常低于 3 s。 3． 1． 2发光现象的成因分析 天然钻石的蓝白色荧光通常与晶体结构中的 N3 色心有关， 前人指出， 大于 95 的天然钻石具有 N3 色心有关的发光特征 包括 415 nm 光致发光峰 和蓝白色发光 ［16 －18 ］， 这与 GV50000 宽频诱导发光 仪检测到 97． 3 的天然钻石具有蓝白色荧光的结 无色天然钻石显示蓝白色荧光 B 无磷光 C ， HPHT 合成钻石和 CVD 合成钻石均显示蓝绿色荧光 B 和磷光 C ， HTHP 合成钻石的磷光持续时间较长 D 。 图 3利用 GV5000 宽频诱导发光测试仪观察无色小颗粒天然钻石、 HPHT 合成钻石和 CVD 合成钻石的荧光和磷光特征图像 Fig． 3Fluorescence and phosphorescence characteristic images of colorless natural， HPHT synthetic and CVD synthetic diamond samples detected by the GV5000． Colorless natural diamonds show blue fluorescence B no phosphorescence C ，HPHT synthetic diamonds and CVD synthetic diamonds showed blue- green fluorescence B and phosphorescence C ． Among them，HTHP synthetic diamonds display strong greenish blue phosphorescence with lifetime of more than three seconds to one minute D 果一致。氮最初是以单氮的形式进入钻石晶格， 在 一定地质温度、 压力和长时间作用下， 单氮逐渐发生 “单氮→A 聚集氮 2 个氮→B 聚集氮 4 个氮和一 个空位 ” 的聚合转变。由于合成钻石的形成时间 较短， 无法使晶格中的氮完全发生聚合， 而单氮可导 致钻石呈黄色， 因此无色合成钻石不含氮或仅含少 量单氮， 不具有与 N3 色心有关的蓝白色荧光 特征 ［18 ］。 所有的无色 HPHT 合成钻石和 88 的 CVD 合 成钻石显示的蓝绿色荧光和磷光特征与其晶体结构 中微量的硼和氮原子有关， 其导致了位于 ～ 500 nm 的磷光谱带 ［4 ］， 该发光特征在天然钻石中十分罕 见， IIb 型含硼蓝色钻石可出现该特征 ［19 ］。无色合 成钻石中的硼是在其合成过程中故意加入的 例如 乙硼烷气体 ［7 ］ ， 硼原子可引起可见光红区至蓝区 逐渐降低的吸收， 强蓝绿色磷光可中和合成钻石的 黄色调， 从而提高合成钻石色级。 具有红色荧光的无色 CVD 合成钻石为未经过 后期处理的早期合成品， 晶体中掺杂少量的单氮并 带有褐色调， 红色荧光是由其晶格中 N － V 缺陷造 成 ［11， 20 ］; CVD 合成钻石经过高温高压处理后其褐色 调被消除， 并有少量氮原子发生聚合， 形成 H3 缺陷 由两个氮原子和一个空位组成［ N － V － N］ 0 ， 产 生绿色荧光和磷光 ［12， 20 ］。另外通过加入高含量的 硅和后期处理等， 使 CVD 合成钻石的近红外区产生 737 nm 强吸收峰以提高钻石的色级， 同时硅相关缺 陷使得 CVD 合成钻石的晶格变形出现斑杂色的荧 光特征。虽然少量天然钻石也可由 N － V 缺陷、 H3 缺陷、 镍、 硼等杂质缺陷产生红、 绿、 蓝绿色等荧 光 ［19 －21 ］， 但数量极少， 可通过进一步的生长结构观 察、 红外光谱测试、 光致发光光谱测试等与合成钻石 区分开。 805 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing 由此可知， 由于无色天然钻石和合成钻石在生 长环境上存在明显差异， 它们晶体内部的杂质缺陷 也存在明显差别; 由不同晶体缺陷造成的发光性特 征差异反映出不同的形成环境。GV5000 宽频诱导 发光测试仪对天然钻石和合成钻石的发光性分析结 果， 与天然钻石和合成钻石内部不同缺陷导致的发 光特性具有一致性， 因此， GV5000 宽频诱导发光测 试仪可准确地分析天然钻石和合成钻石的荧光和磷 光特征。 3． 2GV5000 筛分小颗天然钻石和合成钻石的方法 依据样品的紫外荧光和磷光特征， 利用 GV5000 宽频诱导发光测试仪可将未知样品分为四类进行 筛查。 1 蓝白色荧光 无磷光 为天然钻石的发光 特征， 蓝白色荧光通常与天然钻石中的 N3 色心有 关 ［16 －18 ］， 可排除合成钻石的可能性， 97 的天然无 色小颗粒钻石可由此筛查出来。 2 强蓝绿色荧光 强磷光 为合成钻石的发 光特征， 该特征与合成钻石晶体中的氮和硼原子有 关 ［4 ］， 所有的无色 HPHT 合成钻石和 88 的 CVD 合成钻石具有该特征， 而在天然无色钻石中十分罕 见， 通常以 IIb 型蓝色钻石出现 ［18 －19 ］。因此具有该 特征的样品基本可作为疑似合成钻石筛查出来。筛 查出的疑似合成钻石样品可进一步采用其他仪器作 确认， 例如光致发光光谱测试。 具有蓝白色荧光并无磷光的样品作为天然钻石通过检测， 具有其他颜色荧光并有或无磷光的样品作为疑似合成样品筛查出 来进行进一步其他仪器检测。 图 4利用 GV5000 宽频诱导发光测试仪筛查小颗天然钻石和合成钻石 Fig． 4Screening melee- sized natural diamonds and synthetic diamonds by the multi- spectral induced luminescence imaging system GV5000 ． Samples with blue fluorescence and without phosphorescence can pass the test as natural diamonds，while samples with fluorescence of other color and with or without phosphorescence will be screened out as suspected synthetics to detect with other instruments for further confirmation 3 蓝白色荧光 磷光 在天然钻石样品中发 现少量此类特征， 由于 CVD 合成钻石普遍具有磷 光， 在生长结构难以观察到的情况下， 为了谨慎起 见， 该类样品可作为疑似天然钻石进一步应用其他 仪器进行确认， 例如显微红外光谱检测鉴定。 4 其他颜色荧光 无磷光或有磷光 CVD 合 成钻石样品中约有 12 为非蓝绿色荧光。天然钻 石样品中仅约 3为非蓝白色荧光。因此该类样品 需作为疑似合成钻石进一步应用其他仪器进行检 测， 如显微红外光谱、 光致发光光谱测试等 图 4 。 3．3红外吸收光谱和光致发光光谱验证 GV5000 筛分结果的可靠性 红外吸收光谱和光致发光光谱是用于筛分、 鉴 定天然钻石和合成钻石的重要测试手段。通过红外 光谱 1000 ～ 1400 cm －1 之间的氮相关吸收， 可以判 断样品中氮的赋存状态 单原子氮 Ib 型 的主要吸 收位于 ～1130 cm －1、 1344 cm－1， 双原子氮 IaA 型 吸收位于 ～1282 cm －1， 四原子氮 IaB 型 和片晶氮 吸收分别位于 ～ 1175 cm －1 和 ～ 1360 cm －1; 由于自 然界中 98的无色天然钻石含有聚合氮， 而无色合 成钻石不含氮或含少量单氮 在 1000 ～ 1400 cm －1 之间无相关吸收 ， 从而将天然钻石鉴定出来 ［18 ］。 通常 HPHT 合成钻石含有由金属触媒带入的镍相关 缺陷， CVD 合成钻石含有由合成舱中硅零件带入的 硅相关缺陷， 通过光致发光光谱测试可检测到位于 883 nm、 884 nm 的镍相关峰或位于 737 nm、 946 nm 的硅相关峰。而含有镍、 硅缺陷的天然钻石十分稀 905 第 5 期兰延， 等 新型 GV5000 宽频诱导发光测试仪的研制及其应用于筛分无色小颗粒合成钻石和天然钻石第 35 卷 ChaoXing 少， 并有与天然成因有关的其他缺陷 ［21 －22 ］， 因此利 用光致发光光谱可鉴定天然钻石和合成钻石。 依据以上3．2 节四点筛分后的样品利用红外光 谱、 光致发光光谱等其他分析方法， 佐证 GV5000 宽 频诱导发光测试仪的检验结果得到， 所有样品通过进 一步分析得到的鉴定结论与样品原有的鉴定证书结 果完全一致。例如， 第 1 和 3 类具有蓝白色荧光 的钻石样品几乎均可检测到与聚合氮相关的 ［ 18 ］位于 ～1175、 ～1282、 ～1360 cm －1红外吸收峰， 由此确认为 天然钻石; 少数样品 比例低于 1 红外光谱检测不 到氮相关吸收 氮含量低于红外光谱检出限 ， 通过光 致发光光谱测试均可检测到与天然成因有关的发光 峰， 从而得到第 1 和第 3 类具有蓝白色荧光的钻 石样品均为天然钻石。而第 2 类具有强蓝绿荧光 和磷光的样品红外光谱都检测不到氮相关的吸收， 光致发光测试均可检测到位于883 nm、 884 nm 与镍 相关的强发光峰， 或与硅相关的位于 737 nm 双发光 峰， 结合典型的生长结构发光图像 ［4 －10 ］可判断第 2 类样品均为 HPHT 合成钻石和 CVD 合成钻石。 第 4 类具有其他颜色荧光的样品， 通过红外吸收 光谱鉴定出其中的天然钻石， 剩下的疑似合成钻石 采用光致发光光谱测试， 均可检测到 737、 596、 597、 946 nm 等特征发光峰， 结合典型的生长结构发光图 像， 由此鉴定出其中的 CVD 合成钻石。 因此， 利用无色天然钻石和合成钻石两者间荧 光和磷光特征差异性作为筛分条件的分析方法是准 确、 有效的。通过第 1 类特征可筛查出 97 的天 然钻石; 通过第 2 和 4 类特征可完全将所有的 HPHT 合成钻石和 CVD 合成钻石筛查出来做进一 步检验。 4结论 GV5000 宽频诱导发光测试仪可以同时观察多 个样品的荧光特征 包括荧光颜色、 强度和生长结 构发光图像 和磷光特征 包括磷光颜色、 强度和持 续时间 ， 清晰地放大生长结构特征， 并可同时、 快 速、 准确地检测大批量的钻石样品 最小为 0． 002 ct ， 以及较大体积的镶嵌饰品。在 GV5000 测试 下， 97 的天然钻石具有蓝白色荧光并无磷光， HPHT 合成钻石均为蓝绿色荧光并有强磷光， CVD 合成钻石具有蓝绿色、 绿色、 红色、 斑杂色等荧光， 并 有强 － 弱磷光。由此将样品筛分为四类， 并通过红 外吸收光谱、 光致发光光谱等其他仪器鉴定证明了 GV5000 筛分方法是准确、 可靠的。 应用 GV5000 宽频诱导发光测试仪， 以无色天 然钻石和合成钻石两者间荧光和磷光特征差异性作 为筛查条件， 对天然钻石的筛查通过率可达 97， 对合成钻石的筛查准确性可达 100， 并避免了样 品大小、 形状的影响， 可快速检测大批量粒度小或镶 嵌复杂的无色钻石。该仪器已经作为合成钻石的初 次筛查、 检测工具运用到实际的实验室检测工作中， 同时在其他宝石、 矿物品种的荧光和磷光测试方面， 以及样品发光峰位的自动化识别正在进行拓展性研 究， 以扩展其应用范围和自动化程度。 5参考文献 ［ 1］Growningshield R． General Electric’ s Cuttable Synthetic Diamonds［ J］ ． Gems ＆ Gemology， 1971， 13 1 302 － 314． ［ 2］Eaton- Magaa S， D’ Haenens- Johansson U F S． Recent Advances in CVD Synthetic Diamond Quality［J］ ． Gems ＆ Gemology， 2012， 48 2 124 －127． ［ 3］Tallaire A， Achard J， Silva F， et al． Growth of Large Size Diamond Single Crystals by Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition Recent Achievements and Remaining Challenges［J］ ． Comptes Rendus Physique， 2013， 14 169 －184． ［ 4］D’ Haenens- Johansson U F S， Moe K S， Johnson P． Near- colorless HPHT Synthetic Diamonds from AOTC Group ［ J］ ． Gems ＆ Gemology， 2014， 50 1 2 －14． ［ 5］Poon P Y， Wong S Y， Lo C． Large HPHT- grown Synthetic Diamonds Examined in GIA’ s Hong Kong Laboratory［ J］ ． Gems ＆ Gemology， 2015， 51 1 65 －66． ［ 6］D’ Haenens- Johansson U F S， Katrusha A， Moe K S， et al． Large Colorless HPHT Synthetic Diamonds from New Diamond Technology［J］ ． Gems ＆ Gemology， 2015， 51 3 260 －279． ［ 7］Branko D， Matthias A， Adolf P， et al． NDT Breaking the 10CaratBarrier WorldRecordFacetedSynthetic Diamonds Investigated［J］ ． Contributions to Gemology， 2015， 6 15 1 －7． ［ 8］Song Z H， Lu T J， Lan Y， et al． The Identification Features ofUndisclosedLooseandMountedCVD Synthetic Diamonds Which Have Appeared Recently in the China Gem Market［J］ ． The Journal of Gemmology， 2012， 33 1 －4 45 －48． ［ 9］兰延， 梁榕， 陆太进， 等． 国内市场小颗粒无色高温高 压合成钻石的鉴定特征［J］ ． 宝石和宝石学杂志， 2015， 17 5 12 －17． LanY，LiangR，LuTJ，etal．Identification Characteristics of Near- colourless Melee- sized HPHT 015 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing Synthetic Diamond in Chinese Jewelry Market ［J］ ． Journal of Gems and Gemmology， 2015， 17 5 12 －17． ［ 10］Wasura S， Piradee S． Near- colorless Melee- sized HPHT Synthetic Diamonds Identified in GIA Laboratory［J］ ． Gems ＆ Gemology， 2015， 51 2 183 －184． ［ 11］Martineau P M，Lawson S C，Taylor A J，et al． IdentificationofSyntheticDiamondGrownUsing Chemical Vapor Deposition CVD ［J］ ． Gems ＆ Gemology， 2004， 40 1 2 －25． ［ 12］Wang W， D’ Haenens- Johansson U F S， Johnson P， et al． CVD Synthetic Diamonds from Gemsis Corp［J］ ． Gems ＆ Gemology， 2012， 48 2 80 －97． ［ 13］Lan Y， Liang R， Lu T J， et al． Identification of a CVD Synthetic Diamond with a ‘Tree Ring’Growth Pattern ［ J］ ． The Journal of Gemmology， 2015， 34 8 702 －710． ［ 14］Wang W Y， Altobelli M， Dieck C， et al． Screening of Small Yellow Melee for Treatment and Synthetics［J］ ． Gems ＆ Gemology， 2014， 50 4 293 －294． ［ 15］Johansson P， Moe K S， Moses T， et al． HPHT Synthetic Diamond Melee in High- quality Jewelry Piece［ J］ ． Gems ＆ Gemology， 2015， 51 1 64 －65． ［ 16］ 张蓓莉， 王曼君编著． 系统宝石学［ M］ ． 北京 地质出 版社， 2012． Zhang P L， Wang M J． Systematic Gemmology［M］ ． Beijing Geological Publishing House， 2012． ［ 17］Zaitsev A M． Optical Properties of Diamond Data Handbook ［M］ ． NewYork Springer- VerlagBerlin Heidelberg， 2001 320 ［ 18］Breeding C M， Shigley J E． The‘Type’Classification System of Diamonds and Its Importance in Gemology ［ J］ ． Gems ＆ Gemology， 2009， 45 2 96 －111． ［ 19］Eaton- Magaa S， Lu R． Phosphorescence in Type Ⅱb Diamonds［J］ ． Diamond and Related Materials， 2011， 20 7 983 －989． ［ 20］ Shigley J E， Breeding C M． Optical Defects in Diamond A Quick Ref