钻石的红外吸收光谱特征及其在钻石鉴定中的意义*
汤红云 涂 彩 陆晓颖 钱伟吉 / 上海市计量测试技术研究院
【摘 要】摘 要 对天然、合成和处理钻石进行红外光谱的测试，分别对这些样品的红外光谱特征进行描述并对其鉴定特征进行研究，红外光谱不仅可以鉴别钻石类型，还可揭示一些处理特征信息。根据红外光谱中的氮峰可以了解氮在钻石中的存在方式，从而鉴别部分合成钻石；1 450 cm-1（H1a）吸收峰的出现可作为钻石遭受辐照处理的判定依据之一；Ia型褐黄色钻石1422 cm-1、1329 cm-1、1010 cm-1红外吸收组合谱带的出现可视为钻石经高温高压处理后塑性变形的一个重要识别标志。 【期刊名称】上海计量测试 【年(卷),期】2013(000)001 【总页数】5
【关键词】关键词 钻石；合成；处理；红外光谱；鉴定
0 引言
众所周知，钻石具有晶莹剔透、璀璨夺目和坚硬无比的优秀品质，是集最高硬度、强折射率和高色散于一体，任何其他宝石品种不可比拟的一种宝石，故被誉为“宝石之王”。如今，随着我国国民经济的高速发展，人民群众的物质生活水平也得到了很大提高，钻石再也不像以往那样神秘莫测，更不是只有皇室贵族才能专享的珍品，它已成为普通百姓都可拥有、佩戴的大众宝石，人们更多地把它看成是爱情和忠贞的象征。
自2008年全球金融危机以来，全球钻石产业发生了巨大变化，以中国、印度为代表的新兴钻石首饰市场蓬勃发展。2009年，中国已成为世界第二大钻石消
费大国。然而随着科技的进步，高科技材料技术在钻石改色上的应用也越来越多，改变钻石的颜色并由此提高钻石价值的改善处理技术（包括钻石的高温高压处理改色、辐照改色等）已达到很高水平，并且朝着多过程混合复加处理的方向发展，不仅能将钻石“漂白”得到高色级钻石（将茶色变成无色）， 还能得到彩色（黄绿色、金黄色）钻石（由无色或茶色改色）。若经高温高压（HTHP）处理，配以辐照和低温退火可以产生紫色、玫瑰色、棕色等钻石，极大地丰富了彩色钻石市场。大多数此类钻石用常规手段均不能检测、识别。近年来，这种未予以明示的经过改色处理的钻石在珠宝贸易中出现，极大地损害了消费者的经济利益，影响了消费者对钻石消费的信心，也给日常的钻石鉴定及分级业务带来了不小的影响和挑战。为了解决这个难题，笔者针对改色处理钻石进行了专项研究，发现：红外光谱除了能鉴别钻石类型，还能检测到一些合成及处理钻石的特征信息，可以作为鉴别合成及改色处理钻石的依据之一。 研究选用了化学气相合成（CVD）法合成钻石样品4件（图1：1、2、3、4），高温高压合成（HTHP）法合成钻石样品 6件（图1:5、6、7、8、9、10）、天然钻石样品18件（图2：1、2、3、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、17、20、22、28、30）、高温高压改色处理钻石样品8件（图2：7、19、21、23、24、26、27、29）、辐照改色处理钻石样品4件（图2：15、16、18、25）。
1 天然钻石
采用美国Nicolet Nexus型傅里叶变换红外光谱仪，分辨力为8 cm-1，扫描范围为4 000～400 cm-1（中红外范畴），样品扫描次数为64次，背景扫描次数为64次。天然钻石样品的红外光谱主要有钻石本征峰和氮与氢的吸收峰等。
钻石的本征峰位于1 500～2 680 cm-1之间，有 2 030 cm-1、2 160 cm-1和2 350 cm-1等主峰，为C—C之间的振动吸收峰。钻石的本征峰是表明样品为钻石的判断依据。
氮是钻石中最常见的结构杂质，包含于许多点缺陷中。根据是否含有氮，将钻石划分为Ⅰ型和Ⅱ型，含氮的Ⅰ型钻石又根据其氮的存在方式划分为Ia型、 IaA 型、IaB 型、IaAB 型和 Ib 型。不含氮（或者氮含量很少）的Ⅱ型钻石分为：Ⅱa 型、Ⅱb 型两种类型。对于理想钻石晶体，其对称性决定了其红外振动吸收是被禁止的。但是，由于杂质元素(例如:氮、氢、硼等)及其相关缺陷的出现，导致晶格点阵的对称性遭到破坏，从而产生红外活性。鉴于此，利用红外光谱图中反映不同氮聚合体及与硼有关的吸收峰位进行钻石分类。根据红外吸收光谱，杂质氮吸收峰很强的为Ⅰ型钻石，无吸收或吸收很弱的为Ⅱ型钻石。 1.1 Ⅰ型钻石 1.1.1 Ia 型钻石
具有 1 370 cm-1、1 430 cm-1、1 282 cm-1、1 175 cm-1、1 100 cm-1、1 010 cm-1等红外特征吸收峰，而无1 130 cm-1 吸收峰。 1.1.2 IaA 型钻石
具偶氮（N2）(A集合体) 1 282 cm-1 红外特征吸收峰，且A 型氮浓度较高（图3）。 1.1.3 IaB 型钻石
具 N4(四个置换氮集合体)B 中心1175 cm-1红外特征吸收峰，且B 型氮浓度较高，与聚合氮有关，在形成B 集合体的同时，称为“N3心”的微结构也产生；以及1 363～1 370 cm-1 的片晶氮集合体(片状偏析氮)吸收峰，称为B2
钻石的红外吸收光谱特征及其在钻石鉴定中的意义
